Desain Li-ion Baru Memungkinkan Pengisian Cepat EV dalam Cuaca Dingin

Pasar kendaraan listrik (EV) global sedang mengalami pertumbuhan kuat, dengan satu dari lima mobil yang terjual adalah listrik. 

Tahun lalu, jumlah EV yang terjual meningkat 25%, dan dengan itu, EV menyumbang 21% dari semua penjualan mobil di seluruh dunia.

Pertumbuhan ini didorong oleh permintaan konsumen, yang peduli terhadap perubahan iklim, dukungan kebijakan dari pemerintah di seluruh dunia, meningkatnya persaingan harga, membuat EV terjangkau, dan perbaikan dalam teknologi baterai.

Dalam bidang baterai, baterai lithium-ion adalah teknologi baterai paling populer dan paling banyak digunakan karena ringan, kepadatan energi tinggi, dan umur panjang. 

Namun, meskipun ada kemajuan dalam teknologi baterai, baterai Li-ion yang ada memiliki kinerja terbatas pada suhu rendah dan pengisian cepat. Kinerjanya juga terpengaruh jika elektroda terlalu tebal, di mana banyak efek transportasi massa dan kinetik antarmuka harus diatasi secara bersamaan.

Hal ini menghasilkan kompromi desain yang membatasi penggunaan baterai di daerah yang sulit untuk dielektrifikasi. Hal ini khususnya berlaku pada lingkungan ekstrem dan konfigurasi di mana manajemen termal tidak memungkinkan. 

Ini berarti meningkatkan baterai litium memerlukan penanganan trilema antara elektroda berkapasitas energi tinggi, operasi pada suhu rendah, dan pengisian cepat. 

Dengan tujuan ini, insinyur dari University of Michigan telah memperkenalkan strategi yang memungkinkan pengisian sangat cepat, hingga 6C, pada suhu serendah −10°C. Pengisian cepat pada suhu rendah menjanjikan peningkatan EV di iklim dingin. 

Pengisian cepat pada suhu di bawah nol tercapai sambil mempertahankan beban elektroda >3mAh/cm2. 

Untuk ini, tim memperkenalkan strategi yang mengintegrasikan arsitektur elektroda tiga dimensi dengan antarmuka padatan elektrolit buatan (SEI) menggunakan deposisi lapisan atomik dari elektrolit padat (Li3BO3-Li2CO3). 

Strategi sinergis ini dapat mengatasi keterbatasan antarmuka dan transportasi pada kondisi ekstrem tanpa pembentukan lapisan Li yang berbahaya. Memodifikasi elektroda untuk meningkatkan transportasi massa dan kinetik antarmuka meningkatkan kapasitas yang dapat diakses.

Menurut studi, dipublikasikan di Joule¹, memberikan wawasan mendasar tentang mekanisme dominan yang mengendalikan pembentukan lapisan litium dan penurunan kapasitas pada kondisi suhu rendah dan pengisian cepat.

Pengisian Cepat untuk EV dalam Cuaca Dingin 

Adopsi EV global telah tumbuh secara stabil sejak tahun 2010-an. Pada 2020, mobil listrik mengalami momen besar karena pendaftaran meningkat di pasar utama meskipun pandemi COVID. 

EVs had their tahun rekor pada 2020, dengan lebih dari 10 juta di antaranya beroperasi di jalan pada akhir tahun, dengan model listrik baterai yang mendorong ekspansi.

Sejak itu, mobil listrik menjadi semakin populer, menjadi pemandangan umum di jalan raya. Namun, laju pertumbuhan kini melambat. 

Menurut survei konsumen AAA, jumlah orang dewasa AS yang akan “mungkin” atau “sangat mungkin” membeli EV baru atau bekas turun dari 23% pada 2023 menjadi 18% pada 2024. Selain itu, 63% mengatakan bahwa mereka “tidak mungkin” atau “sangat tidak mungkin” kendaraan berikutnya yang mereka beli adalah EV. 

“Early adopters who wanted an EV already have one,” Greg Brannon, director of automotive research at AAA, noted last summer. “The remaining group of people who have yet to adopt EVs consider the practicality, cost, convenience, and ownership experience, and for some, those are big enough hurdles to keep them from making the jump to fully electric.” Minat beralih ke hibrida.

Perubahan ini sebagian disebabkan oleh kekhawatiran tentang penurunan jangkauan di musim dingin dan pengisian yang lebih lambat. Di musim dingin, baterai perlu cukup hangat agar elektron dapat bergerak, yang berarti dapat memakan waktu setengah jam untuk menghangatkan baterai dan menyiapkannya untuk pengisian. Menurut Neil Dasgupta, associate professor of mechanical engineering and materials science and engineering at the U-M:

“Mengisi baterai EV memakan waktu 30 hingga 40 menit bahkan untuk pengisian cepat agresif, dan waktu itu meningkat menjadi lebih dari satu jam di musim dingin. Inilah titik masalah yang ingin kami atasi.” 

Studi telah menemukan bahwa kehilangan jangkauan dapat berkisar antara 10% hingga 36%. Masalahnya, pada suhu rendah, “hampir semua zat kimia melambat.”

Jadi, insinyur U-M mengembangkan proses manufaktur yang dimodifikasi untuk baterai EV yang dapat memungkinkan pengisian cepat dalam cuaca beku dan jangkauan tinggi. Dengan masalah utama ini teratasi, proses ini dapat lebih meningkatkan adopsi mobil listrik. 

“Kami membayangkan pendekatan ini sebagai sesuatu yang dapat diadopsi oleh produsen baterai EV tanpa perubahan besar pada pabrik yang ada. Untuk pertama kalinya, kami telah menunjukkan jalur untuk secara bersamaan mencapai pengisian sangat cepat pada suhu rendah, tanpa mengorbankan kepadatan energi baterai lithium-ion.” 

– Penulis korespondensi studi, Dasgupta

Dengan memanfaatkan proses manufaktur baru ini, baterai Li-ion EV dapat mengisi hingga 500% lebih cepat bahkan pada 14°F.

Kinerja kuat ini merupakan hasil dari struktur dan pelapisan yang mencegah pembentukan lapisan litium pada elektroda baterai. Pembentukan lapisan litium merugikan baterai, menghambat kinerjanya melalui penurunan kapasitas dan umur siklus yang berkurang. Bahkan dapat menjadi potensi bahaya keselamatan berupa hubung singkat internal karena pembentukan dendrit litium. 

Dengan mencegah pembentukan lapisan Li, modifikasi tersebut memungkinkan baterai mempertahankan hingga 97% kapasitasnya, bahkan setelah diisi cepat 100 kali pada suhu sangat dingin.

Merekayasa Baterai dengan Kecepatan, Jarak, & Ketahanan Dingin yang Lebih Baik

Baterai EV menyimpan energi kimia dan mengubahnya menjadi energi listrik. Konversi ini didorong oleh reaksi elektrokimia yang menggunakan sel lithium-ion dengan anoda (elektroda negatif) dan katoda (elektroda positif) yang dipisahkan oleh separator dan elektrolit. 

Elektrolit, larutan seperti garam litium, memfasilitasi transfer ion antara katoda dan anoda. Gerakan ion ini menggerakkan aliran elektron melalui sirkuit eksternal, menghasilkan energi listrik untuk memberi daya pada perangkat yang terhubung.

Selama pelepasan, ketika baterai digunakan, anoda melepaskan ion Li ke katoda. Saat mengisi, artinya terhubung ke sumber listrik, katoda melepaskan ion litium ke anoda. Pada suhu dingin, pergerakan ion melambat, mengurangi daya baterai dan laju pengisian.

Untuk memperpanjang jangkauan EV, yaitu jarak yang dapat ditempuh dengan satu kali pengisian, produsen mobil telah meningkatkan ketebalan elektroda. Hal ini memungkinkan produsen menawarkan perjalanan lebih lama sebelum perlu mengisi kembali, tetapi juga membuat sebagian litium sulit diakses, yang menyebabkan pengisian lebih lambat dan daya lebih sedikit untuk berat baterai tertentu.

The U-M team sebelumnya meningkatkan² kemampuan pengisian baterai dengan membuat jalur di anoda, masing-masing berukuran 40 mikron. Saluran tersebut berfungsi sebagai jalur difusi untuk transportasi ion cepat.

Untuk ini, mereka menampilkan proses laser-pola untuk menghasilkan arsitektur anoda grafit 3D. Dalam proses tersebut, mereka menembakkan laser pada grafit, yang memungkinkan ion Li menemukan tempat penempatan lebih cepat. Dengan menembus jauh ke dalam elektroda, mereka memastikan pengisian yang lebih merata.

Saat diuji, desain mereka menunjukkan retensi kapasitas 91% dan 86% setelah 600 siklus pengisian 4C dan 6C, masing-masing. Desain anoda 3D mereka juga memungkinkan sel mengakses > 90% kapasitas selama pengisian cepat.

Meskipun secara signifikan mempercepat pengisian pada suhu ruang, pengisian pada suhu dingin tetap tidak efisien. Hal itu disebabkan oleh lapisan kimia yang terbentuk pada permukaan elektroda sebagai hasil reaksi dengan elektrolit.

“Lapisan tersebut mencegah seluruh elektroda terisi, sekali lagi mengurangi kapasitas energi baterai.” 

– Penulis bersama studi Manoj Jangid, yang merupakan senior research fellow di bidang teknik mesin di U-M.

Jawaban atas masalah ini adalah mencegah pembentukan lapisan permukaan, yang dicapai dengan melapisi baterai menggunakan material yang terbuat dari lithium borate-karbonat. Pelapisan tersebut, dengan ketebalan sekitar 20 nm, mempercepat pengisian pada suhu dingin.

Ketika ini dikombinasikan dengan saluran, sel uji terbukti mengisi 500% lebih cepat pada suhu di bawah titik beku.

“Dengan sinergi antara arsitektur 3-D dan antarmuka buatan, pekerjaan ini dapat secara bersamaan mengatasi trilema pengisian cepat pada suhu rendah untuk mengemudi jarak jauh.”

– Penulis pertama Tae Cho, lulusan Ph.D. terbaru di bidang teknik mesin

Pekerjaan lanjutan untuk mengembangkan proses siap pabrik sedang didanai oleh Michigan Economic Development Corporation.

Tim rekayasa U-M juga telah mengajukan perlindungan paten. Sementara itu, Arbor Battery Innovations—entitas di mana Dasgupta dan Universitas memiliki kepentingan finansial—telah melisensikan teknologi saluran dan kini bekerja untuk mengkomersialkannya.

Perusahaan Inovatif

Ford Motor  

Now, if we look at an innovative company in the world of batteries and EVs, Elon Musk’s $875.5 billion market cap Tesla (TSLA )adalah nama paling menonjol, tetapi sedang mengalami masa sulit. Sahamnya turun 32,6% YTD dan diperdagangkan pada 261.23. Perusahaan yang tidak membayar dividen juga mengalami penurunan 13% pada 1Q 2025 dalam pengiriman kendaraan (336.681) dibandingkan tahun sebelumnya. Selama kuartal ini, Tesla menghadapi boikot, protes, bahkan tindakan kriminal karena keterlibatan CEO Musk dalam pemerintahan Trump.

Kemudian ada kapitalisasi pasar $7,1 miliar Albemarle Corporation (ALB ), salah satu produsen litium terbesar dan penting bagi rantai pasokan baterai Lithium-Ion. Saham ALB juga turun hampir 30% YTD, meskipun memberikan dividen sebesar 2,68%.

Dalam infrastruktur EV, ChargePoint (CHPT ), yang memiliki kapitalisasi pasar $273,3 juta, juga menghadapi lingkungan yang menantang. Pendapatannya menurun, dan sahamnya turun 44,25% YTD dengan harga $0.60.

Jadi, apakah ada perusahaan yang benar-benar berkinerja baik? Nah, BYD dan CATL berbasis di China tentu saja.

Produsen mobil dan baterai China ini mengalami pertumbuhan keuangan yang signifikan, melaporkan pendapatan tahunan $107 miliar untuk 2024, yang melampaui Tesla. “BYD telah menjadi pemimpin industri di setiap sektor mulai dari baterai, elektronik hingga kendaraan energi baru, mematahkan dominasi merek asing dan membentuk kembali lanskap baru pasar global,” kata presiden BYD Wang Chuanfu.

Pada 1Q25, sementara itu, BYD menjual hampir satu juta kendaraan penumpang, meningkat 58,7% dari 1Q24. Lebih dari 200 ribu kendaraan dari jumlah tersebut diekspor ke luar negeri, meningkat 110,5% dari 1Q24. Bahkan sahamnya naik 28,77% YTD dengan harga $43,78 sambil memberikan dividen sebesar 1%.

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) adalah produsen baterai China terkemuka lainnya yang siap menerima persetujuan dari Bursa Efek Hong Kong untuk pencatatan $5 miliar yang akan memperkuat posisi keuangannya dan mendukung rencana ekspansinya.

Di luar China, produsen mobil Jerman Volkswagen AG (VOW.DE ) (VOW3.DE ) juga telah membuat banyak kemajuan, melaporkan peningkatan 1,4% dalam pengiriman globalnya menjadi 2,13 juta unit pada kuartal pertama 2025. Lonjakan ini didorong oleh pertumbuhan di Eropa dan Amerika, sementara pengirimannya di pasar China menurun 7,1%. Namun, keuntungan operasional diperkirakan lebih rendah karena penurunan di pasar AS akibat kekhawatiran resesi global. Perusahaan juga berencana menaikkan harga setelah tarif mobil 25% Trump berlaku.

Kembali ke pasar AS, di sini, Ford berpotensi memperoleh pangsa pasar sebagai produsen mobil Amerika, yang memproduksi sebagian besar mobilnya secara domestik. Didirikan oleh Henry Ford pada 1903, perusahaan berada pada posisi yang baik untuk mendapatkan manfaat dari rencana Presiden Trump. Menurut Presiden Andrew Frick:

“Kami merakit lebih banyak kendaraan AS dan mempekerjakan lebih banyak pekerja otomotif per jam AS daripada perusahaan lain. Kami ingin melakukan lebih banyak, bukan lebih sedikit, di AS.”

Perusahaan baru-baru ini meluncurkan penawaran diskon terbatas sebagai bagian dari kampanye ‘From America, For America’ untuk menarik lebih banyak pembeli sementara produsen lain menaikkan harga untuk menutupi tarif yang meningkat.

“Kami memiliki inventaris ritel untuk melakukan ini dan banyak pilihan bagi pelanggan yang membutuhkan kendaraan,” kata Ford dalam pernyataan, menyebut “masa tidak pasti” dan “kompleksitas ekonomi yang berubah” sebagai alasan di balik langkah tersebut.

Sekarang, dengan kapitalisasi pasar $37,7 miliar, saham Ford, pada saat penulisan, diperdagangkan pada $8,91, turun hanya 4% tahun ini sejauh ini. Dengan itu, EPS (TTM)nya adalah 1,46, rasio P/E (TTM) adalah 6,51, dan ROE (TTM) adalah 13,42%. Ia juga memberikan dividen menarik sebesar 6,32%.

Untuk Q1 2025, Ford melaporkan penurunan 1,3% dalam penjualan AS menjadi 501.291 unit, dipicu oleh penghentian beberapa model.

Ini terjadi setelah Ford melampaui ekspektasi untuk kuartal keempat 2024, meskipun CEO Jim Farley memperkirakan tahun yang lebih sulit di depan bagi perusahaan, namun perbaikan dijanjikan dalam biaya dan kualitas.

Untuk tahun ini, Ford memperkirakan laba sebelum bunga dan pajak (EBIT) yang disesuaikan antara $7 miliar dan $8,5 miliar serta arus kas bebas yang disesuaikan antara $3,5 miliar dan $4,5 miliar, dengan asumsi “angin melawan terkait faktor pasar.”

Untuk 2024, sementara itu, total pendapatan perusahaan sebesar $185 miliar, laba bersih $5,9 miliar, atau $1,46 per saham, dan arus kas bebas yang disesuaikan $6,7 miliar.

Ford juga membuat kemajuan signifikan di pasar EV, dengan sekitar 97.865 kendaraan listrik seluruhnya terjual pada 2024, peningkatan 35% YoY. Penjualan hybridnya naik 40% menjadi 187.426 unit. Pada 1Q25, penjualan EVnya mencapai rekor 73.623. Pertumbuhan 26% ini dipimpin oleh hybrid, naik 33%, dan kendaraan listrik, naik 12%.

Kesimpulan

Baterai, komponen kritis EV, telah mengalami perbaikan signifikan. Namun, teknologi baterai masih menghadapi beberapa tantangan, seperti biaya tinggi, kekurangan pasokan material, jangkauan mengemudi terbatas, waktu pengisian yang lama, kurangnya infrastruktur, kekhawatiran keselamatan, serta daur ulang dan pengelolaan limbah yang tepat. 

Studi terbaru, dengan pelapisan penstabil dan saluran mikroskala, membantu menyelesaikan kompromi antara jangkauan dan kecepatan pengisian, bahkan pada suhu beku.

Dengan secara signifikan meningkatkan kecepatan pengisian, studi ini menunjukkan potensi untuk menghilangkan salah satu hambatan utama dalam adopsi EV: kecemasan jangkauan dan waktu pengisian yang lama di musim dingin. Ini dapat membantu mempercepat tidak hanya penggunaan EV tetapi juga tren elektrifikasi yang lebih luas. Namun, penerapan proses secara skala besar memerlukan pemeliharaan biaya yang efektif dan keamanan.

Secara keseluruhan, seiring industri bergerak menuju baterai yang lebih cepat, lebih efisien, dan lebih aman, inovasi seperti ini akan membantu mengatasi rintangan terakhir menuju elektrifikasi penuh, menghasilkan masa depan yang lebih hijau dan bersih.

Klik di sini untuk daftar saham EV teratas.

Studi yang Dirujuk:

1. ​Cho, T. H., Chen, Y., Liao, D. W., Kazyak, E., Penley, D., Jangid, M. K., & Dasgupta, N. P. (2025). Enabling 6C fast charging of Li-ion batteries at sub-zero temperatures via interface engineering and 3D architectures. Joule, Diterbitkan online 17 Maret 2025. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101881

2. Chen, K.-H., Namkoong, M. J., Goel, V., Yang, C., Kazemiabnavi, S., Mortuza, S. M., Kazyak, E., Mazumder, J., Thornton, K., Sakamoto, J., & Dasgupta, N. P. (2020). Efficient fast-charging of lithium-ion batteries enabled by laser-patterned three-dimensional graphite anode architectures. Journal of Power Sources, 471, 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475