Energi
Menilai Kembali Keamanan dan Risiko Terkait Baterai Lithium – Apakah Elektrolit Gel Solusinya?
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Permintaan baterai Lithium-ion diperkirakan akan meningkat dengan kecepatan fenomenal. Estimasi memperkirakan bahwa antara 2022 dan 2030, permintaan global untuk baterai ini akan meningkat hingga tujuh kali lipat mencapai 4,7 terawatt jam.
Permintaan didorong oleh penggunaan luas baterai ini dalam elektronik portabel dan penyimpanan energi, termasuk kendaraan listrik. Namun, baterai ini tidak bebas risiko. Mereka rentan terhadap kebakaran dan ledakan.
Salah satu solusi untuk kerentanan ini melibatkan baterai semi-padat. Mereka mengurangi risiko dengan menempati posisi tengah antara baterai lithium-ion tradisional dengan elektrolit cair dan baterai padat.
Elektrolit berbentuk gel, yang digunakan sebagai komponen, membantu baterai ini memperoleh stabilitas yang lebih baik dan umur pakai yang lebih panjang. Namun, elektrolit gel ini, karena perlakuan panas yang berkepanjangan pada suhu tinggi, dapat mengalami degradasi signifikan, yang mengakibatkan penurunan kinerja dan peningkatan biaya produksi. Proses fabrikasi dalam pembuatan baterai ini juga menghadapi tantangan karena resistansi antarmuka antara elektrolit semi-padat dan elektroda.
Baru-baru ini, Profesor Soojin Park, Seoha Nam, kandidat PhD, dan Dr Hye Bin Son, peneliti di Departemen Kimia Universitas Ilmu dan Teknologi Pohang (POSTECH), telah merancang cara yang layak untuk mengatasi tantangan ini dengan menciptakan baterai berbasis elektrolit gel yang stabil dan dapat dipasarkan.
Pada segmen berikutnya, kami akan menyelami lebih dalam mekanisme baterai.
Elektrolit Gel yang Aman dan Dapat Dipasarkan untuk Baterai Lithium
Dalam mengatasi tantangan elektrolit yang terdegradasi, penurunan kinerja, dan meningkatnya biaya, tim peneliti memanfaatkan aditif dapat disilangkan bifungsional (CIA) dan dipentaeritritol heksakrilat (DPH) dengan teknologi sinar elektron (e-beam).
Para peneliti mengambil pendekatan berbeda dari proses manufaktur konvensional, yang melibatkan persiapan elektroda, injeksi elektrolit, perakitan, aktivasi, dan degasing.
Sebaliknya, mereka meningkatkan fungsi ganda DPH dengan menambahkan langkah iradiasi e-beam tambahan setelah proses degasing. Sementara itu, CIA berfungsi sebagai aditif untuk memfasilitasi antarmuka yang stabil antara permukaan anoda dan katoda selama aktivasi serta sebagai crosslinker untuk membentuk struktur polimer selama proses iradiasi e-beam.
Larutan yang dihasilkan dapat secara signifikan mengurangi pembentukan gas dari reaksi samping baterai selama proses pengisian dan pengosongan awal. Penurunan tersebut mencapai 25,5 kali lipat dibandingkan baterai konvensional. Larutan ini juga dapat mempertahankan resistansi antarmuka secara stabil berkat kompatibilitas kuat antara elektroda dan elektrolit gel.
Namun, para peneliti tidak berhenti pada pencapaian ini. Mereka melanjutkan dengan mengembangkan baterai berkapasitas tinggi sebesar 1,2 ampere-jam, yang diuji pada suhu 55 derajat Celsius—suhu di mana elektrolit mulai terdekomposisi. Pada suhu 55 derajat Celsius ke atas, baterai konvensional yang menggunakan elektrolit mengalami penurunan kapasitas yang signifikan dan pembengkakan setelah 50 siklus.
Sebaliknya, baterai baru tersebut dapat mempertahankan kapasitas 1 ampere-jam bahkan setelah 200 siklus tanpa menghasilkan gas dan menunjukkan standar keamanan serta daya tahan yang lebih tinggi.
Sambil menjelaskan kegunaan penemuan ilmiah tersebut, Profesor Soojin Park dari POSTECH berkata:
“Pencapaian dalam stabilitas dan kelayakan komersial ini siap menjadi terobosan dalam industri kendaraan listrik. Kami berharap kemajuan ini akan sangat menguntungkan tidak hanya kendaraan listrik tetapi juga berbagai aplikasi lain yang bergantung pada baterai lithium-ion.”
Pada segmen berikutnya, kami akan sekilas melihat beberapa aplikasi baterai lithium-ion tersebut.
Aplikasi Baterai Lithium yang Aman
Meskipun baru-baru ini mendapatkan perhatian untuk penggunaannya dalam kendaraan listrik, baterai lithium-ion juga digunakan secara aman dalam berbagai aplikasi lainnya. Beberapa aplikasi ini merupakan bagian integral dari kehidupan sehari-hari kita, menuntut kelayakan komersial dan kekuatan. Misalnya, baterai lithium isi ulang umum digunakan dalam alat pacu jantung dan harus melayani perangkat tersebut selama masa pakai tipikal tujuh hingga delapan tahun dengan berat di bawah 30 gram.
Kamera digital, khususnya DSLR, mengandalkan baterai lithium-ion karena ukuran yang kompak dan kapasitas daya tinggi, yang memberikan kinerja superior dibandingkan jenis baterai lain. Demikian pula, asisten digital, smartphone, dan laptop bergantung pada baterai yang aman dan dapat diandalkan ini untuk daya tahan, kepadatan energi tinggi, konstruksi ringan, pengisian mudah, dan pemeliharaan biaya rendah.
Selain itu, baterai Li-ion kecil dengan kapasitas 3 volt digunakan dalam perangkat sekecil jam tangan, yang dapat bertahan hingga satu dekade. Baterai ini juga memberi daya pada solusi mobilitas seperti skuter pribadi, kereta golf, dan troli, berkat kemampuannya menyimpan dan melepaskan muatan listrik secara efisien. Kemampuan ini menjadikannya ideal untuk aplikasi seperti sistem UPS, cadangan daya darurat, dan penyimpanan energi surya. Selain itu, mereka semakin banyak digunakan dalam bidang baru seperti kendaraan laut dan rekreasi, serta perangkat medis portabel yang dirancang untuk dipakai.
Peningkatan adopsi baterai lithium telah mendorong peningkatan produksi dan manufakturnya. Namun, penting bahwa proses ini seaman dan sekelayakan baterai itu sendiri. Kekhawatiran ini ditekankan oleh kebakaran tragis baru-baru ini di fasilitas baterai lithium Korea Selatan, yang menewaskan 22 pekerja.
Kebakaran di Fasilitas Baterai Lithium Korea Selatan
Pada 24 Juni, kebakaran dahsyat terjadi di pabrik baterai lithium di Korea Selatan, disebabkan oleh beberapa ledakan baterai, yang mengakibatkan kematian 22 pekerja. Fasilitas ini, yang dioperasikan oleh produsen baterai utama Aricell, terletak di Hwaseong, kawasan industri barat daya Seoul.
Tidak lama setelah kebakaran dimulai, gas beracun dengan cepat menyebar ke seluruh pabrik, yang pada saat itu menyimpan hingga 35.000 baterai. Menjelaskan kemungkinan alasan mengapa kebakaran menjadi begitu mematikan, Kim Jae-ho, profesor Pencegahan Kebakaran dan Bencana di Universitas Daejeon, mengatakan:
“Bahan baterai seperti nikel mudah terbakar. Jadi seringkali, tidak ada cukup waktu untuk merespons, dibandingkan kebakaran yang disebabkan oleh bahan lain.”
Para ahli juga menunjukkan bahwa jumlah korban lebih tinggi karena bahan beracun yang digunakan, bukan semata-mata karena luka bakar.
Apakah Insiden Seperti Itu Dapat Dicegah?
Seseorang harus selalu berhati-hati saat menangani baterai lithium-ion, karena mereka memiliki kepadatan energi volumetrik tertinggi di antara perangkat penyimpanan energi. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (OSHA) telah menerbitkan panduan terperinci tentang pencegahan cedera kebakaran dan ledakan dari perangkat kecil dan dapat dipakai yang menggunakan baterai lithium.
Massachusetts Institute of Technology, salah satu institusi pendidikan teknologi paling terhormat di dunia, juga telah menerbitkan Panduan Keamanan Lithium-Ion. Menurut instruksi mereka, setiap area kerja yang menangani baterai ini harus memiliki permukaan yang terbuat dari bahan nonkonduktif dan tahan api.
Jika harus bekerja pada permukaan konduktif, disarankan untuk menutupinya dengan bahan isolasi. Selain itu, area tersebut harus bebas dari bahan yang mudah terbakar atau mudah terbakar seperti meja kayu, karpet, bensin, atau benda tajam yang dapat menembus selubung isolasi pada sel. Suhu kerja terbaik berada antara 15 hingga 35 derajat Celsius, dan suhu lingkungan tidak boleh melebihi 60 derajat.
Penyimpanan yang tepat memainkan peran penting dalam mengurangi risiko kebakaran dan ledakan. Laporan tersebut mengaitkan banyak kebakaran baterai lithium-ion dengan area penyimpanan yang tidak memadai. Untuk mempertahankan standar keamanan tertinggi, area penyimpanan harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti desain sel, kimia, suhu, status muatan, dan lama periode penyimpanan.
Unit manufaktur baterai harus mengadopsi langkah-langkah keamanan yang ketat, karena kebakaran di fasilitas baterai lithium dapat menjadi bencana tidak hanya karena kebakaran itu sendiri tetapi juga karena toksisitas yang dihasilkan.
Sementara keamanan dalam manufaktur dapat terus ditingkatkan, baterai juga harus secara inheren aman. Beberapa perusahaan telah secara konsisten berinvestasi dalam produksi baterai lithium yang aman. Pada segmen berikutnya, kami akan meninjau perusahaan-perusahaan tersebut.
#1. Baterai Lithium-ion Panasonic Energy
Panasonic berkomitmen untuk memastikan keamanan baterai seiring peningkatan kapasitas baterai dan fokus pada pengembangan material baterai canggih, penyempurnaan proses, serta penciptaan teknologi kontrol untuk menjamin penggunaan baterai yang aman dan dapat diandalkan.
Baterainya memiliki tingkat ketahanan suhu yang tinggi, karena risiko ledakan meningkat ketika baterai dipanaskan di atas 100 derajat Celsius. Namun, Panasonic menyadari bahwa penumpukan atau penumpukan baterai dapat menyebabkan hubung singkat eksternal, menghasilkan panas, kebakaran, atau ledakan.
Perusahaan mengikuti pedoman penanganan dan penyimpanan yang ketat, tidak memperbolehkan terminal baterai bersentuhan satu sama lain atau logam lain selama pengepakan. Mereka menggunakan bahan kemasan yang kuat untuk melindungi barang dari getaran, benturan, jatuh, dan penumpukan selama transportasi. Panasonic juga secara ketat merekomendasikan penyimpanan baterai pada suhu ruang dan mengisi daya hingga sekitar 30-50% kapasitas.
Perusahaan memproduksi berbagai produk baterai lithium, termasuk baterai silinder, baterai prisma, baterai tipe pouch, dan baterai tipe pin.
Menurut laporan terintegrasi terbaru yang tersedia untuk grup, perusahaan mencatat pendapatan sebesar 8.378,9 miliar yen pada tahun 2023.
#2. LG Energy Solutions
LG Energy Solutions adalah merek global terkemuka lainnya yang bekerja berdasarkan pedoman yang terstruktur baik untuk manufaktur paket baterai Li-ion mereka. Mereka melarang penggunaan Sel Baterai Lithium-ion yang pernah mengalami jatuh untuk pembuatan paket.
Untuk mencegah hubung singkat listrik, Sel Baterai Lithium-ion harus dijauhkan dari objek logam dan ditangani dalam lingkungan yang mencegah kerusakan atau kontaminasi.
Selain itu, pengelasan tidak boleh dilakukan langsung pada permukaan Sel Baterai Lithium-ion, dan sel tidak dapat terpapar pada panas atau tekanan intensif selama proses pengelasan.
Pada tahun 2023, LG mencatat volume penjualan sebesar 84.228 miliar KRW, yang merupakan peningkatan dibandingkan 83.467 miliar KRW pada tahun 2022 namun peningkatan signifikan dibandingkan 73.908 miliar KRW pada tahun 2021.
Kekhawatiran Keamanan Baterai Lithium-ion: Tinjauan Komprehensif
Penelitian yang secara luas menyelidiki kekhawatiran keamanan baterai Li-ion menunjukkan beberapa potensi masalah yang dapat muncul sebagai ancaman atau risiko.
Thermal runaway, yang merupakan salah satu masalah keamanan paling berbahaya pada baterai Li-ion, muncul dari reaksi samping. Reaksi ini dapat terjadi dalam elektrolit, antara katoda dan anoda, serta pada antarmuka permukaan elektroda dan pelapisan Li. Thermal runaway tersebut sering dipicu oleh penyalahgunaan mekanik, termal, atau listrik.
Penyalahgunaan mekanik dapat menyebabkan masalah keamanan pada baterai Li-ion, begitu pula penyalahgunaan listrik dapat mengkompromikan integritasnya. Demikian pula, penyalahgunaan termal, di mana baterai mengalami kejutan termal atau mencapai suhu yang sangat tinggi, juga menimbulkan risiko signifikan.
Penelitian tersebut juga menguraikan strategi untuk meningkatkan keamanan, baik secara internal maupun eksternal. Elemen penting untuk meningkatkan keamanan baterai Li-ion (LIB) adalah sistem pendinginan bawaan yang dirancang dengan baik. Selain itu, menjaga keseimbangan yang tepat antar sel sangat penting; ini melibatkan pengukuran dan perbandingan tegangan, kapasitas, atau Status Muatan (SOC) semua sel setelah setiap siklus pengisian.
Produsen dapat mengikuti beberapa kerangka kerja untuk memastikan keamanan produksi. Faktanya, banyak negara telah menerbitkan standar tersebut, termasuk Standar China, standar Society of Automotive Engineers (SAE), standar International Electrotechnical Commission (IEC), standar United Nations (UN), standar Japanese Industrial Standard (JIS), dan lainnya.
Secara keseluruhan, kita hidup di era yang didominasi oleh perangkat elektronik, yang menyebabkan ketergantungan yang terus meningkat pada baterai lithium. Saat kita mengejar efisiensi dan kecepatan yang lebih tinggi dalam teknologi kita, kita harus memastikan bahwa keamanan tetap menjadi prioritas. Insiden baru-baru ini di Korea Selatan menjadi pengingat keras akan pentingnya keseimbangan ini, menekankan kebutuhan untuk mencegah insiden tidak menyenangkan seperti itu di masa depan.
Klik di sini untuk mempelajari tentang sepuluh saham baterai teratas untuk diinvestasikan.
