Di era pesatnya perkembangan industri kendaraan energi baru, baterai litium-ion, sebagai sumber daya inti, menghadapi tantangan penting dalam menyeimbangkan efisiensi pengisian daya dan masa pakai. Dengan meningkatnya permintaan konsumen akan jarak berkendara yang lebih jauh dan kecepatan pengisian daya yang lebih cepat, serta fokus pasar pada masa pakai baterai dan efektivitas-biaya, teknologi pengisian daya baterai litium-ion sedang mengalami revolusi besar. Cara memastikan pengisian-efisiensi tinggi sekaligus memperpanjang masa pakai baterai telah menjadi masalah mendesak yang perlu diatasi oleh industri.
I. Teknologi Pengisian Cepat: Kekuatan Pendorong Peningkatan Efisiensi
Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan signifikan telah dicapai dalam teknologi pengisian cepat baterai litium-ion. Ambil CATL sebagai contoh. Baterai pengisian daya ultra-cepat "Shenxing" telah mencapai kecepatan pengisian daya ultra-cepat yaitu "pengisian daya 10-menit untuk jarak berkendara 400-kilometer". Bahkan di lingkungan dingin dengan suhu -10 derajat, baterai dapat mengisi daya hingga 80% dari kapasitasnya dalam waktu 30 menit. Pada bulan April 2024, CATL meluncurkan baterai Shenxing PLUS, yang semakin meningkatkan jangkauan berkendara hingga 1000 kilometer sekaligus mempertahankan karakteristik pengisian daya ultra-cepat yang mengisi daya hingga 60% dari kapasitasnya dalam waktu 10 menit. Selain itu, CATL dan SAIC-GM telah berkolaborasi untuk memperkenalkan baterai litium besi fosfat pengisian ultra-cepat 6C, yang rencananya akan digunakan dalam arsitektur baterai tegangan tinggi Ultium quasi-900V yang ditingkatkan pada tahun 2025. Baterai ini dapat terisi penuh dalam waktu 10 menit, menambah jarak berkendara sejauh 200 kilometer dalam waktu 5 menit.
Tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Chao-Yang Wang di Pennsylvania State University juga telah menorehkan prestasi luar biasa. Mereka menemukan bahwa jika baterai dapat dipanaskan dengan cepat hingga 60 derajat sebelum diisi, diisi dengan kecepatan tinggi selama 10 menit, dan kemudian didinginkan dengan cepat hingga mencapai suhu sekitar, degradasi termal baterai dapat dihindari, dan pertumbuhan serius film interfase elektrolit padat (SEI) dapat dicegah. Setelah pengujian berulang kali, tim melakukan pengujian pengisian isotermal pada tiga jenis baterai dengan daya 40 derajat, 49 derajat, dan 60 derajat, menggunakan pengisian daya pada 20 derajat sebagai kontrol. Selanjutnya, baterai dibongkar untuk memeriksa pelapisan litium. Hasilnya menunjukkan bahwa setelah 2500 siklus pengisian daya yang sangat cepat (6C, 4,2V) pada suhu 60 derajat selama 10 menit, baterai dengan kepadatan-energi-tinggi dengan kapasitas 209 Wh/kg masih mempertahankan 91,7% kapasitasnya, dengan hanya kehilangan kapasitas sebesar 8,3%. Ini jauh melebihi target "500 siklus, kehilangan kapasitas 20%" yang ditetapkan oleh Departemen Energi AS (DOE), dan tidak ada pelapisan litium yang diamati selama proses pengisian daya.
Merek seperti XPENG dan NIO juga telah mencapai terobosan dalam pengisian daya ultra-cepat. XPENG meluncurkan tumpukan pengisian daya ultra-cepat S4, dengan daya keluaran maksimum 480 kW dan arus keluaran maksimum 670 A. Sistem ini dapat memberikan jarak berkendara 200-kilometer untuk mobil dalam waktu 5 menit setelah pengisian daya. Menurut pernyataan resminya, model 4C dapat mengisi daya dari 10% hingga 80% dalam waktu kurang dari 15 menit, yang diklaim sebagai kecepatan pengisian daya kendaraan listrik yang diproduksi massal tercepat secara global. Model 3C juga dilengkapi platform tegangan tinggi 800V, dengan daya pengisian puncak sekitar 300 kW. Ia dapat menambah jarak berkendara 130 kilometer dalam waktu 5 menit pengisian daya dan mengisi daya dari 10% hingga 80% dalam 20 menit.
II. Dampak Pengisian Cepat pada Umur Baterai
Meskipun teknologi pengisian cepat sangat meningkatkan efisiensi pengisian daya, dampaknya terhadap masa pakai baterai tidak dapat diabaikan. Selama pengisian cepat, arus besar mendorong ion litium tertanam dengan cepat ke dalam anoda. Jika kontrol suhu tidak memadai, logam litium dapat mengendap di permukaan anoda, membentuk dendrit yang berpotensi melubangi pemisah, menyebabkan korsleting internal dan mempercepat penurunan kinerja baterai. Selain itu, panas yang dihasilkan selama pengisian cepat, jika tidak hilang tepat waktu, dapat mempercepat penguraian elektrolit dan penuaan bahan elektroda, sehingga memperpendek masa pakai baterai.
Sebuah survei menunjukkan bahwa bagi pengemudi-naik kendaraan listrik murni dengan rata-rata jarak tempuh harian melebihi 100 kilometer, proporsi penggunaan pengisian daya ultra-cepat melebihi 70%. Tingkat kesehatan baterai daya terpasang mereka turun dari 100% untuk mobil baru menjadi 85% dalam waktu dua tahun, dengan rata-rata penurunan tahunan sebesar 7,5%. Namun, penelitian terbaru yang dilakukan oleh tim Profesor Ouyang Minggao di Universitas Tsinghua mengungkapkan bahwa seringnya penggunaan pengisian daya ultra-cepat di atas 120 kW dapat memperpendek masa pakai baterai sebesar 40% dibandingkan dengan pengisian daya lambat.
Meski demikian, beberapa penelitian menunjukkan bahwa dampak pengisian cepat terhadap masa pakai baterai tidak bersifat mutlak. Sebuah studi pelacakan yang dilakukan oleh Recurring Automatic pada puluhan ribu Tesla menemukan bahwa perbedaan masa pakai baterai antara pengisian cepat dan pengisian lambat sebenarnya dapat diabaikan. Bahkan untuk kendaraan komersial-memanggil kendaraan yang diisi-cepat 1-2 kali sehari, siklus penggantian baterainya serupa dengan siklus penggantian baterai mobil pribadi. Hal ini terutama disebabkan oleh sistem kontrol suhu efisien yang secara efektif memitigasi dampak negatif pengisian cepat.
AKU AKU AKU. Strategi Teknis untuk Menyeimbangkan Efisiensi dan Umur
Untuk menemukan keseimbangan antara efisiensi pengisian cepat dan masa pakai baterai, industri dan perusahaan telah mengadopsi serangkaian strategi teknis.
Dalam hal inovasi material, teknologi pengisian daya ultra-cepat CATL menggunakan teknologi katoda jaringan ultra-elektron dan teknologi anoda cincin ion cepat grafit-generasi kedua, yang semakin meningkatkan efisiensi reaksi elektrokimia dan efisiensi pengisian daya. Jaringan ultra-elektron, dengan permukaan material yang sepenuhnya nanometer, membangun jaringan elektron-yang terhubung dengan baik, sehingga secara signifikan meningkatkan kecepatan respons material katoda terhadap sinyal pengisian daya dan laju desorpsi ion litium. Cincin ion cepat-lapisan pelapis berpori yang dimodifikasi pada permukaan material anoda menyediakan banyak situs aktif untuk pertukaran ion litium, sehingga sangat meningkatkan kecepatan pertukaran muatan ion litium dan laju penyematan.
Dalam desain struktur baterai, tim Profesor Chao-Yang Wang mengembangkan baterai "segala-iklim". Mereka memasukkan foil nikel setebal 50-mikrometer-ke dalam baterai, yang secara efektif dapat-memanaskan diri sendiri. Ketika arus listrik dinyalakan pada suhu rendah, arus tersebut mengalir melalui lapisan nikel, menghasilkan panas. Setelah suhu internal baterai melebihi 60 derajat, sensor suhu dipicu untuk mematikan arus yang mengalir melalui kertas nikel. Baterai ini dapat memanas sendiri hingga 60 derajat dalam waktu 30 detik tanpa mengurangi kinerja dan masa pakainya pada suhu normal. Proses ini tidak memerlukan bantuan peralatan pemanas eksternal atau penambahan bahan tambahan khusus pada elektrolit.
Dalam hal sistem pengelolaan termal baterai (BMS), beberapa produsen mobil telah memperkenalkan "mode perlindungan pengisian daya ultra{0}cepat". Bila daya baterai di bawah 20%, daya pengisian dibatasi hingga 60 kW untuk menghindari beberapa-masalah kerusakan baterai. Lainnya mengadopsi teknologi pemanasan awal baterai, yang meningkatkan efisiensi pengisian cepat sebesar 35% di lingkungan bersuhu -10 derajat sekaligus mengurangi tingkat kerusakan baterai sebesar 30%.
IV. Strategi Penggunaan Pengguna dan Prospek Industri
Bagi pengguna, penggunaan pengisian cepat yang wajar sangat penting untuk memperpanjang masa pakai baterai. Profesor Qilu, direktur Laboratorium Bahan dan Teknologi Energi Baru di Universitas Peking, menyatakan bahwa pemilik mobil harus membatasi proporsi penggunaan pengisian daya ultra-cepat hingga 40%. Jika waktu memungkinkan, pengisian daya lambat harus digunakan semaksimal mungkin. Secara khusus, pengisian daya ultra-cepat harus dihindari ketika daya baterai di bawah 10% atau di atas 90%, karena penggunaan pengisian daya ultra-cepat dalam kisaran ini dapat menyebabkan kerusakan lebih besar pada baterai.
Dari perspektif industri, melalui inovasi model komersial, seperti mengadopsi model penyewaan baterai, produsen mobil dapat bertransisi dari “menjual produk” menjadi “menjual jasa”. Model-pemisahan baterai kendaraan dapat mengurangi sensitivitas pengguna terhadap jaminan baterai sekaligus mendorong perusahaan untuk meningkatkan kematangan teknologi pengisian cepat.
Di masa depan, dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, keseimbangan antara efisiensi pengisian cepat dan masa pakai baterai litium-ion akan lebih dioptimalkan. Munculnya material dan teknologi baru, seperti anoda-berbasis silikon dan baterai-solid, diharapkan dapat memecahkan masalah masa pakai baterai yang disebabkan oleh pengisian daya cepat secara mendasar. Pada saat yang sama, peningkatan berkelanjutan pada sistem kontrol suhu cerdas, penyesuaian daya dinamis, dan teknologi lainnya akan memberikan dukungan yang lebih kuat bagi revolusi teknologi pengisian daya baterai litium-ion.
Dalam revolusi teknologi pengisian daya ini, baterai litium-ion secara bertahap bergerak menuju keseimbangan sempurna antara efisiensi dan masa pakai. Industri dan perusahaan perlu terus berinovasi, dan pengguna juga perlu menggunakannya secara wajar untuk bersama-sama mendorong pembangunan berkelanjutan dalam industri kendaraan energi baru.
