Banyak orang telah mendengar bahwa kendaraan bertenaga baterai. Baterai yang digunakan pada kendaraan tersebut, secara umum, dibagi menjadi dua kategori, satu dibuat oleh Ternary Lithium dan lainnya menggunakan Lithium iron phosphate. Jadi, apa perbedaan kinerja antara dua bahan yang berbeda ini? Apa yang menyebabkan perbedaan ini? Bidang baterai lithium besi fosfat di masa lalu telah mulai sekarang beralih ke pengembangan skala besar lithium terner. Apa alasannya?
Prinsip struktural baterai lithium
Jika Anda pernah melihat sel baterai lithium mobil, Anda pasti tahu bahwa tampilannya mirip dengan baterai AA atau AA biasa kita tetapi ukurannya sedikit lebih besar dan berbeda bentuknya. Kita bisa melihat terminal positif dan negatif baterai dan casing luar baterai dari luar. Namun apa sajakah struktur dasar dan prinsip kerja kerja di dalam baterai?
Bagian dalam baterai terutama terdiri dari tiga komponen:
- Elektroda positif umumnya terbuat dari oksida logam seperti lithium cobalt oxide (LiCoO2), namun, dalam baterai yang lebih baru, Anda akan melihat lithium iron phosphate (LiFePO4).
- Kedua adalah elektroda negatif yang terbuat dari karbon -grafit
- Yang terakhir adalah elektrolit yang merupakan garam lithium dalam pelarut organik, Nickel-cadmium (NiCd), Nickel-metal-hydride (NiMH) atau berbeda dari baterai ke baterai.
Semua bahan ini dikemas dalam silinder baja silinder. Karena ada banyak lubang kecil pada bahan elektroda positif, sejumlah besar elektron dapat disimpan. Selama proses pelepasan, elektron-elektron ini bergerak melalui sirkuit eksternal ke bahan elektroda positif. Ketika baterai dihubungkan ke alat eksternal, sirkuit dari elektroda positif ke konsumen ke elektroda negatif terbentuk. Ini adalah prinsip kerja dasar baterai.
Saat kita mengisi baterai, elektroda positif mulai melepaskan ion litiumnya yang berjalan menuju elektroda negatif (grafit) dan tetap di sana. Dengan cara ini, baterai menyimpan energi saat Anda mengisi baterai. Di sisi lain, ketika Anda mulai menggunakan baterai yang merupakan proses pengosongan, selama ini ion lithium mulai bergerak kembali ke elektroda positif melalui elektrolit tetapi dalam kedua kasus elektron selalu bergerak ke arah sisi berlawanan dari lithium. ion melalui sirkuit eksternal; mereka tidak mengalir melalui elektrolit yang bertindak sebagai penghalang elektron. Ketika baterai dihubungkan ke alat eksternal, sirkuit dari elektroda positif ke konsumen ke elektroda negatif terbentuk. Ini adalah prinsip kerja dasar baterai.
Jika Anda melepaskan alat yang terhubung secara eksternal ke baterai, pengosongan akan berhenti karena aliran elektron telah berhenti dan begitu juga pergerakan ion melalui elektrolit. Dan kasus yang sama ketika baterai Anda habis, aliran ion telah berhenti yang secara tidak langsung juga memutus suplai elektron dan Anda tidak dapat menggunakan perangkat yang sedang berjalan pada baterai.
Untuk keamanan ion lithium karena kemampuan pengisian ulangnya dilengkapi dengan pengontrol bawaan untuk mengontrol cara pengisian. Ini menghindari pengisian daya yang berlebihan dan panas berlebih yang terkadang menyebabkan baterai meledak.
Bahan elektroda negatif sebenarnya adalah grafit kita sangat umum. Sejak grafit secara alami memiliki banyak pori-pori dan sangat konduktif, kapasitasnya untuk menangkap elektron jauh melebihi bahan elektroda positif. Jadi untuk baterai lithium, hambatan utamanya adalah pada material katoda. Inilah sebabnya mengapa perusahaan baterai besar terus meningkatkan kinerja bahan katoda untuk meningkatkan kapasitas pengisian (densitas energi) baterai lithium. Kita sering mengatakan bahwa lithium terner dan lithium besi fosfat mengacu pada bahan elektroda positif.
Di bidang baterai timbal-asam konvensional, elektrolitnya terbuat dari asam sulfat encer yang harganya sangat rendah. Inilah juga mengapa kita terkadang perlu mengisi baterai baru dengan cairan saat pertama kali digunakan. Cairan ini adalah elektrolit. Karena komponen utama asam sulfat encer adalah air, air dapat menghantarkan listrik di bawah aksi partikel asam, sehingga loop arus dapat terbentuk di dalam baterai. Namun, karena konduktivitas air yang buruk, tegangan baterai timbal-asam tradisional kurang dari 2 volt, dan baterai lithium yang kita gunakan dapat mencapai tegangan 3-4 volt untuk satu sel, jadi garam lithium diperlukan untuk menggantikan elektrolisis tradisional berbasis air ( cair).
Anda mungkin berpikir mengapa elektron tidak bergerak kembali ke elektroda positif melalui bahan elektrolit, itu karena elektron bebas membutuhkan rangkaian logam untuk melakukan perjalanan. Sekarang alat listrik Anda memberi mereka sirkuit logam untuk memindahkannya tanpa korslet elektroda positif dan negatif.
Prinsip pengisian dan pengosongan baterai lithium
Alasan mengapa baterai lithium dapat diisi dan dikosongkan adalah proses mengubah energi listrik menjadi energi kimia selama pengisian dan mengubah energi kimia menjadi energi listrik selama pemakaian. Sederhananya, ion lithium dimasukkan ke dalam bahan elektroda negatif dari bahan elektroda positif melalui elektrolit selama pengisian; ion lithium dimasukkan ke dalam bahan elektroda positif dari bahan elektroda negatif melalui elektrolit selama pelepasan, dan elektron melewati sirkuit eksternal untuk membentuk arus. Untuk baterai lithium-ion, kinerja bahan katoda sangat penting, harus memiliki konduktivitas listrik yang baik, kompatibilitas yang baik dengan elektrolit dan stabilitas yang sangat baik.
Perbedaan kinerja antara lithium besi fosfat dan lithium terner
Baterai lithium iron phosphate memiliki keamanan tinggi dan masa pakai yang lama. Telah diverifikasi secara eksperimental bahwa setelah 1600 siklus pengisian dan pengosongan, baterai lithium besi fosfat masih dapat terisi 80%.
Tidak hanya itu, kinerja baterai lithium iron phosphate sangat stabil selama debit daya tinggi. Ini adalah skenario useran yang sering kita temui: dalam hal akselerasi cepat atau kecepatan tinggi, baterai membutuhkan pelepasan daya yang tinggi, dan dalam proses ini, stabilitas tegangan dapat membuat kendaraan memiliki kinerja yang lebih baik. Selain itu, kapasitas baterai yang sebenarnya akan berkurang selama proses pelepasan daya tinggi, yang merupakan salah satu alasan mengapa jarak jelajah kecepatan tinggi kendaraan listrik akan berkurang, dan stabilitas baterai lithium besi fosfat sangat menonjol.
Paket baterai dan perakitan motor untuk kendaraan listrik murni
Keuntungan lain dari lithium iron phosphate adalah keamanannya yang tinggi. Itu dapat menahan suhu tinggi 700-800 derajat. Itu tidak akan melepaskan molekul oksigen untuk kondisi ekstrim seperti tusukan, benturan, dan korsleting, sehingga tidak akan terbakar dan meledak. Inilah juga mengapa baterai lithium iron phosphate masih digunakan pada kendaraan dengan jumlah besar karena persyaratan keselamatan lebih tinggi, apalagi mereka tidak begitu sensitif terhadap berat dan volume, jadi lithium iron phosphate adalah pilihan yang sangat baik.
Namun, lithium besi fosfat juga memiliki dua kelemahan yang tidak dapat diabaikan: yang pertama adalah kepadatan energi yang relatif rendah, beratnya besar dan volumenya besar; yang kedua relatif sensitif terhadap suhu, dan jumlah yang dibebankan akan berkurang secara signifikan di lingkungan bersuhu rendah.
Ada dua unsur utama baterai terner, yaitu nikel-kobalt-mangan dan nikel-kobalt-aluminium, di antaranya kombinasi tiga unsur nikel-kobalt-mangan adalah yang paling representatif. Ini menggabungkan keunggulan lithium cobaltate, lithium nickelate, dan lithium manganate, dan benar-benar menggabungkan ketiga bahan tersebut bersama-sama. Oleh karena itu, kinerja komprehensifnya lebih baik daripada bahan tunggal, dan kepadatan energinya dapat melebihi 200 watt-jam/kg, sehingga kepadatan energi adalah keuntungan terbesar dari lithium ternary.
Namun, berbeda dengan lithium iron phosphate, ternary lithium kurang aman dan memiliki toleransi suhu maksimum 250-300 derajat. Oleh karena itu, jika terjadi benturan atau tusukan, mudah menimbulkan kebakaran dan ledakan. Oleh karena itu, sistem pendingin, serta sistem manajemen termal seluruh paket baterai, memerlukan pengembangan dan desain dengan biaya lebih tinggi.
Termasuk Accord dan Camry versi hybrid pabrikan Jepang, model terbaru juga menggunakan baterai lithium ternary. Setelah menggunakan lithium ternary, kepadatan energi meningkat secara signifikan, volume baterai berkurang, dan bobot berkurang, yang memberikan lebih banyak ruang praktis untuk kompartemen penumpang atau bagasi. Oleh karena itu, secara keseluruhan, baterai lithium terner memiliki keunggulan yang lebih jelas dalam lingkungan kebijakan saat ini.
Melalui atau Sumber: diandong