Energi
Masa Depan Mobilitas – Teknologi Baterai
Kebangkitan EV
Ketika Tesla didirikan pada tahun 2003, gagasan mobil listrik kebanyakan dianggap sebagai lelucon. Pada saat itu, setiap mobil listrik pada dasarnya adalah kereta golf yang dimuliakan dengan jangkauan baterai yang buruk, kenyamanan yang rendah, ukuran yang kecil, dan kecepatan tertinggi yang sangat rendah.
Tesla Roadster (1st generasi, sebagai versi baru diharapkan pada tahun 2026) mengubah persepsi tersebut sepenuhnya, dengan performa mobil sport mewah yang membuat mobil listrik (EV) mendadak keren.
Bagian penting yang membuat kendaraan listrik tiba-tiba dapat digunakan adalah kemajuan dalam teknologi baterai. Pada awalnya, teknologi ini didukung oleh baterai lithium-ion yang dirancang untuk pasar elektronik kecil. Dan segera, sistem yang lebih khusus dikembangkan untuk memberikan otonomi lebih pada kendaraan listrik.
Dari jumlah yang kecil bahkan pada tahun 2016, mobil listrik (EV) kini menjadi bagian penjualan global yang tumbuh secara eksponensial, dengan lebih dari 10 juta mobil listrik terjual pada tahun 2022, atau 14% dari penjualan global, dengan Tiongkok dan Eropa memimpin.
Penjualan EV global – Sumber: IEA
Meski begitu, meski ada kemajuan, masih ada beberapa pertanyaan yang belum terjawab mengenai penerapan kendaraan listrik. Penjualan kendaraan listrik telah melambat karena tingginya inflasi dan kebutuhan untuk meyakinkan masyarakat umum – tidak hanya pengguna awal. Hal ini baru-baru ini menyebabkan penundaan atau pembatalan strategi EV oleh pabrikan besar, seperti GM, Ford, atau Honda.
Keterbatasan Saat Ini
Penggemar kendaraan listrik awal senang menggunakan kendaraan yang lebih netral karbon dan mewakili teknologi baru. Pembeli yang kurang peduli terhadap lingkungan masih ragu terhadap kendaraan listrik karena berbagai alasan:
- Harga: Kebanyakan kendaraan listrik masih berharga lebih mahal dibandingkan ICE (Internal Combustion Engine). Dengan naiknya suku bunga, hal ini dapat membuat kendaraan listrik menjadi terlalu mahal bagi banyak orang.
- Berbagai kecemasan: Salah satu cara untuk menurunkan harga kendaraan listrik adalah dengan memilih opsi paket baterai yang lebih kecil. Namun, jangkauan yang lebih rendah dapat mempersulit perjalanan jauh, dan waktu pengisian daya juga bisa lama.
- Cuaca dingin: Semakin dingin iklim, semakin besar kerusakan yang ditimbulkan pada baterai. Sebagian besar kendaraan listrik harus tetap mengisi daya pada malam musim dingin jika tidak berada di garasi yang hangat. Selain itu, suhu dingin mengurangi jangkauan teoritis EV.
- Infrastruktur pengisian daya: Masyarakat yang tinggal di apartemen mungkin akan kesulitan mengisi ulang kendaraan listriknya jika tidak tersedia cukup stasiun pengisian umum. Antrean panjang, pengisian daya yang lambat, atau tidak adanya stasiun terdekat dapat memberikan pengalaman yang buruk.
- Keamanan & daya tahan baterai: Baterai litium-ion mengandung banyak energi. Dan elektrolit dalam baterai sangat mudah terbakar. Hal ini membuat baterai berpotensi menimbulkan bahaya keselamatan, terutama di lingkungan tertutup seperti parkir bawah tanah. Bukan berarti mobil ICE tidak mudah terbakar, namun tetap saja menjadi perhatian.
- Jaringan listrik: Meskipun tidak terlalu menjadi kekhawatiran bagi pembeli kendaraan listrik, hal ini dapat menjadi masalah bagi sektor ini secara keseluruhan. Jaringan listrik sudah agak terbatas dan mungkin tidak dapat menangani jutaan kendaraan yang perlu diisi ulang dengan baik. Sumber listrik juga menjadi permasalahan karena sebagian besar berasal dari bahan bakar fosil, termasuk batu bara.
Sebagian besar masalah pada kendaraan listrik saat ini dapat diselesaikan dengan baterai yang lebih baik. Pengisian daya yang lambat, jangkauan yang terlalu rendah, masalah keamanan, sensitivitas dingin, dan bahkan harga adalah karakteristik baterai lithium-ion saat ini.
Para peneliti dan pemimpin industri bekerja keras untuk mengatasi kekurangan ini, baik dengan memperbaiki desain yang ada atau menemukan cara-cara baru untuk membuat baterai.
Secara keseluruhan, baterai yang lebih padat berarti baterai yang lebih murah, lebih aman, dan cenderung bertahan lebih lama dan mengisi daya lebih cepat.
Meningkatkan Baterai Lithium
Langkah pertama adalah menyempurnakan baterai yang ada dan memanfaatkan kekayaan pengetahuan dan pengalaman dengan teknologi ini. Beberapa peneliti melihat baterai generasi saat ini masih dapat ditingkatkan secara bertahap hingga tahun 2030: “Prospek baterai lithium-ion dan seterusnya—visi tahun 2030".
Bagian pertama adalah memperbaiki katoda bagian dari baterai, yang saat ini sebagian besar terbuat dari lithium dan nikel dalam baterai lithium-ion. Pemahaman yang lebih mendalam tentang struktur kristal dan perubahan kimia seiring bertambahnya usia baterai dapat meningkatkan semua spesifikasi baterai.
Anoda, yang saat ini terbuat dari grafit, dapat digantikan oleh silikon atau silikon oksida yang 5x-10x lebih padat energi. Sejauh ini hal ini sulit dilakukan, karena anoda silikon cenderung “menua” terlalu cepat. Campuran grafit-silikon sudah menjadi lebih umum dan dapat membantu meningkatkan total energi baterai.
mengubah elektrolit menghubungkan anoda dan katoda juga bisa membantu. Pelarut cair jenis baru, elektrolit yang lebih pekat, atau bahkan elektrolit seperti gel dapat meningkatkan profil keamanan dan meningkatkan kepadatan baterai.
Terakhir, a desain yang lebih baik adalah opsi untuk mengoptimalkan hubungan antara baterai dan EV. Banyak produsen kendaraan listrik mulai menggunakan apa yang disebut baterai struktural yang merupakan penyimpan energi dan komponen struktural kendaraan. Hal ini dapat mengurangi bobot total mobil, sehingga menghasilkan efisiensi dan jangkauan yang lebih baik. Rolls-Royce, Tesla, dan Volvo sudah mengerjakan ide ini, yang dapat meningkatkan jangkauan sebesar 16%.
Baterai Solid State
Telah lama berteori dan perlahan menjadi kenyataan di laboratorium, baterai solid-state sering digambarkan sebagai Cawan Suci teknologi baterai.
Idenya adalah untuk sepenuhnya menghilangkan kebutuhan akan elektrolit cair, sehingga mengurangi berat baterai dan secara signifikan meningkatkan kepadatannya. Menghapus elektrolit yang mudah terbakar akan membuat baterai lebih aman. Menghilangkan elektrolit juga harus menyederhanakan proses produksi; menghapus hingga 3 minggu di jalur produksi.
Terakhir, desain seperti itu menjanjikan pengisian ulang hampir penuh dalam 3-5 menit, atau sekitar waktu yang sama yang dibutuhkan untuk mengisi bahan bakar mobil dengan bensin.
Banyak perusahaan berbicara tentang meluncurkan baterai solid-state versi mereka sendiri pada tahun 2026-2029. Ini termasuk QuantumScape (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), panasonic (6752.T), LG (051910.KS), dan Samsung SDI (006400.KS). Untuk saat ini, Tesla (TSLA) sedang dikerjakan alternatifnya sendiri untuk baterai solid-state, 4680 sel baterai berbasis teknologi lithium-ion.
Masalah Baterai Solid-state
Pengembangan baterai solid-state terhambat oleh kesulitan dalam meningkatkan prototipe laboratorium menjadi produk yang diproduksi secara massal. Produksi yang andal, otomatis, dan berbiaya rendah masih dalam pengerjaan, dan jadwal peluncuran baterai solid-state kemungkinan besar akan terjadi pada tahun 2026-2028.
Sumber: Kepemilikan Vertex
Terakhir, baterai solid-state akan menggunakan lebih banyak litium dibandingkan baterai litium-ion saat ini, sesuatu yang mungkin menyebabkan terulangnya harga litium yang meroket pada tahun 2022, ketika harganya naik 10x lipat dalam 2 tahun. Daur ulang mungkin juga sulit.
Baterai “Kental”.
Mungkin kita tidak perlu menunggu baterai solid-state untuk melihat baterai dengan kepadatan sangat tinggi. CATL telah mengumumkan pembuatan baterai “materi terkondensasi”., mampu mencapai 500 Wh/kg. Perusahaan juga mengklaim kemungkinan untuk mencapai produksi massal dalam waktu singkat, yang berasal dari pemimpin di sektor ini dan bukan startup kecil, kemungkinan besar dapat dipercaya.
Tingkat kepadatan ini sebelumnya diyakini hanya dapat dicapai oleh baterai solid-state. Ini juga merupakan tingkat yang diperlukan untuk mulai mempertimbangkan pesawat listrik dan aplikasi lain yang sejauh ini tidak mungkin untuk dialiri listrik.
Kimia Baterai Alternatif
Ada banyak kemungkinan alternatif selain lithium-ion untuk membuat baterai. Namun hanya sedikit bahan kimia baterai yang memiliki perpaduan yang tepat antara ringan, kepadatan tinggi, dan keamanan agar sesuai untuk digunakan dalam aplikasi seluler.
Dalam jangka panjang, beberapa baterai alternatif ini mungkin akan menggantikan baterai litium yang lebih mahal, setidaknya jika menyangkut pasar massal otomotif yang lebih sensitif terhadap harga.
Baterai Litium-Besi(Ferrum)-Fosfat – LFP
Baterai LFP sudah lama tidak digunakan dalam aplikasi mobilitas karena kepadatan energi yang terlalu rendah, biasanya 30-40% lebih rendah dari baterai lithium ion klasik. Versi terbaru dari bahan kimia ini kini mencapai tingkat kepadatan baterai lithium-ion generasi lama, sehingga dapat digunakan untuk kendaraan berbiaya rendah.
Keuntungan besar LFP adalah tidak memerlukan nikel atau kobalt, keduanya bertanggung jawab atas harga baterai lithium-ion klasik. Sebaliknya, zat besi dan fosfat melimpah dan murah. LFP juga cenderung bertahan lebih lama, sehingga mengurangi total biaya masa pakai sistem baterai.
Produsen LFP terkemuka adalah CATL Cina (300750.SZ), bersama dengan BYD (BYDDF), meskipun perusahaan tersebut kini mencari opsi lain untuk mempertahankan posisinya sebagai produsen setengah baterai dunia.
Meski demikian, pihaknya tidak mengabaikan pasar LFP setelah terungkapnya proyek sepanjang 2023 kilometer pada Agustus 700. Baterai LFP yang mampu mengisi ulang jangkauan 400km hanya dalam 10 menit.
Natrium-Ion
Selain kobalt dan nikel, litium adalah sumber daya mahal lainnya yang digunakan untuk litium-ion. Sebaliknya, natrium sangat berlimpah dan murah serta kecil kemungkinannya untuk mengalami kekurangan pasokan secara teratur seperti litium.
Produsen mobil terkemuka asal Tiongkok, BYD, telah mengumumkan niatnya untuk menggunakan baterai natrium-ion untuk model barunya yang berharga murah, Dolphin dan Seagull, dengan Seagull mungkin semurah $10,000 (sayangnya, hanya di China).
Ini menyusul pengumuman baterai natrium-ion kepadatan tinggi oleh CATL pada tahun 2021. Pada bulan November 2023, Northvolt Eropa telah mengumumkan terobosan dalam natrium-ion, mencapai hal yang sama Kepadatan energi 160 watt-jam per kilogram dibandingkan CATL.
Meskipun kepadatan energinya sedikit lebih rendah dibandingkan LFP dan jauh lebih sedikit dibandingkan litium-ion, natrium-ion mungkin memenangkan pasar massal karena harganya yang JAUH lebih murah, berpotensi 1/3 dari harga baterai saat ini yang menggunakan nikel.
Kimia Lainnya
Meskipun akan terlalu panjang untuk melihat satu per satu, ada beberapa bahan kimia potensial lainnya yang suatu hari nanti mungkin menjadi pesaing serius baterai yang digunakan dalam aplikasi mobilitas. Namun teknologi ini masih berada pada tahap awal, sehingga penerapannya pada kendaraan listrik kemungkinan tidak akan terjadi dalam jangka pendek.
Baterai kaca
Sebuah ide yang menarik, hanya menggunakan bahan yang sangat melimpah, yang saat ini sulit direplikasi oleh peneliti lain di laboratorium mereka sendiri. Namun mengingat ide ini didukung oleh Bapak. Cukup bagus, penemu baterai lithium-ion, itu juga tidak bisa diabaikan (sayangnya, Tuan Goodenough meninggal dunia pada musim panas 2023)
Baterai graphene
Graphene, satu lapisan atom karbon, sangat konduktif. Perusahaan Grup Manufaktur Graphene (GMG.V) mendorong penggunaan baterai graphene/aluminium, yang bisa memiliki kepadatan lebih tinggi daripada lithium-ion sekaligus mengisi daya 70 kali lebih cepat dan bertahan 3x lebih lama. Perusahaan itu bekerja sama dengan raksasa pertambangan (dan penambang grafit) Rio Tinto untuk memulai produksi dalam skala besar pada tahun 2025.
Baterai Hidrogen Mangan
Baterai ini akan menggunakan magnesium untuk menggantikan litium. Baterai jenis ini digambarkan sebagai “kuasi solid-state” dan dapat menangani suhu yang jauh lebih baik, yaitu serendah -22 °C (- 7°F).
Baterai litium-belerang
Baterai ini akan menggunakan litium dan belerang, bukan kobalt dan nikel yang mahal. Bahkan pada tahap awal ini, mereka menunjukkan kepadatan energi yang sangat tinggi. Namun, bahan-bahan tersebut terkendala oleh masalah ketahanan dan harus lebih tahan lama agar dapat menjadi alternatif yang baik dibandingkan bahan kimia yang ada.
Sumber: Kepemilikan Vertex
Baterai Natrium-Belerang
Baterai ini untuk saat ini terbatas pada aplikasi dimana baterai disimpan pada suhu tinggi (300°C). Namun, elektrolit baru yang mencegah pembubaran belerang dapat menghilangkan kebutuhan ini. Jadi, ini mungkin menjadi sudut pandang baru untuk menemukan baterai yang kuat dan murah.
Baterai Aluminium-ion
Teknologi ini menggantikan anoda litium dengan anoda aluminium. Dengan menggunakan pengganti polimer untuk grafit, baterai ini dapat mencapai kapasitas penyimpanan yang tinggi.
Aluminium-Udara
“Baterai” ini berfungsi dengan mengonsumsi aluminium sebagai bahan bakar, sehingga EV dapat menggunakannya jangkauan yang lebih jauh dibandingkan mobil berbahan bakar (1,600 km per tangki), dengan kepadatan energi yang jauh lebih padat dibandingkan lithium-ion (1,350 W/kg). Hal ini menjadikannya juga sebagai sumber listrik potensial untuk pesawat listrik.
Aluminium yang dikonsumsi kemudian dapat diganti dengan aluminium baru dalam waktu 90 detik, dan “bahan bakar” yang terpakai didaur ulang. Teknologi ini juga dapat dikombinasikan dengan kendaraan listrik lama untuk memberikan jangkauan yang lebih luas.
Saat ini, kendala utama dalam pengembangan teknologi ini adalah karena teknologi ini tidak mendapat dukungan publik, karena teknologi ini bukan merupakan baterai, sel bahan bakar, atau berbasis hidrogen, sehingga tidak memenuhi syarat untuk mendapatkan dukungan dari kebijakan ramah lingkungan yang ada.
