Selama bertahun-tahun, nikel kadmium telah menjadi satu-satunya baterai yang cocok untuk peralatan portabel mulai dari komunikasi nirkabel hingga komputasi seluler.
Nikel metal hidrida dan lithium-ion muncul pada awal tahun 1990-an, bersaing untuk mendapatkan penerimaan pelanggan.
Saat ini, lithium-ion adalah kimia baterai yang paling cepat berkembang dan paling menjanjikan.
Baterai lithium-ion
Densitas energi lithium-ion biasanya dua kali lipat dari nikel kadmium standar. Ada potensi untuk densitas energi yang lebih tinggi.
Karakteristik beban cukup baik dan berperilaku serupa dengan nikel kadmium dalam hal pengosongan.
Tegangan sel yang tinggi, yaitu 3.6 volt, memungkinkan desain pak baterai dengan hanya satu sel.
Sebagian besar ponsel saat ini menggunakan satu sel. Pak berbasis nikel memerlukan tiga sel 1.2 volt yang terhubung secara seri.
Rendah Biaya Perawatan
Lithium-ion adalah baterai yang rendah perawatan, sebuah keuntungan yang sebagian besar kimia lain tidak dapat klaimkan.
Tidak ada memori dan tidak ada siklus berkala yang diperlukan untuk memperpanjang umur baterai.
Selain itu, tingkat kenduruan diri kurang dari setengah dibandingkan dengan nikel kadmium, membuat lithium-ion cocok untuk aplikasi pengukur bahan bakar modern.
Sel-sel lithium-ion menyebabkan sedikit kerusakan saat dibuang.
Kekurangan Lithium-ion
Meskipun memiliki keunggulan secara keseluruhan, lithium-ion memiliki kekurangan. Ini rapuh dan memerlukan sirkuit perlindungan untuk menjaga operasi yang aman.
Terintegrasi ke dalam setiap pak, sirkuit perlindungan membatasi tegangan puncak setiap sel selama pengisian dan mencegah tegangan sel turun terlalu rendah saat pengosongan. Selain itu, suhu sel dimonitor untuk mencegah suhu ekstrem.
Arus pengisian dan pengosongan maksimum pada sebagian besar pak dibatasi antara 1C dan 2C. Dengan tindakan pencegahan ini, kemungkinan terjadinya pelapisan lithium logam akibat pengisian berlebih praktis dieliminasi.
Penuaan adalah keprihatinan utama dengan sebagian besar baterai lithium-ion dan banyak produsen tetap diam mengenai masalah ini. Beberapa penurunan kapasitas terlihat setelah satu tahun, baik baterai digunakan atau tidak. Baterai sering kali gagal setelah dua atau tiga tahun. Harus dicatat bahwa kimia lain juga memiliki efek degeneratif terkait usia. Ini terutama berlaku untuk nikel metal hidrida jika terpapar suhu lingkungan tinggi. Pada saat yang sama, pak lithium-ion dikenal telah melayani selama lima tahun dalam beberapa aplikasi.
Perkembangan Lithium-ion
Produsen terus meningkatkan lithium-ion. Kombinasi kimia baru dan ditingkatkan diperkenalkan setiap enam bulan atau lebih. Dengan kemajuan yang cepat, sulit untuk menilai seberapa baik baterai yang direvisi akan menua.
Penyimpanan di tempat yang sejuk memperlambat proses penuaan lithium-ion (dan kimia lain). Produsen merekomendasikan suhu penyimpanan 15°C (59°F). Selain itu, baterai harus diisi sebagian selama penyimpanan. Produsen merekomendasikan pengisian 40%.
Baterai lithium-ion paling ekonomis dalam hal rasio biaya-energi adalah sel silinder 18650 (ukurannya 18mm x 65.2mm). Sel ini digunakan untuk komputasi seluler dan aplikasi lain yang tidak memerlukan geometri ultra tipis. Jika dibutuhkan pak ramping, sel lithium-ion prisma adalah pilihan terbaik. Sel-sel ini hadir dengan biaya yang lebih tinggi dalam hal energi yang tersimpan.
Kelebihan Lithium-ion
- Densitas energi tinggi, ke depan bisa memiliki kapasitas yang lebih tinggi.
- Tidak memerlukan charging yang berkepanjangan saat baru. Satu pengisian reguler sudah cukup.
- Self-discharge yang relatif rendah – Self-discharge kurang dari setengah dari baterai berbasis nikel.
- Rendah perawatan – tidak perlu pengosongan berkala; tidak ada memori.
- Sel-sel khusus dapat memberikan arus yang sangat tinggi untuk aplikasi seperti alat listrik.
Limitasi Baterai Lithium-ion
- Kebutuhan akan sirkuit perlindungan untuk menjaga tegangan dan arus dalam batas aman,
- Rentan terhadap penuaan, bahkan jika tidak digunakan – penyimpanan di tempat yang sejuk dengan pengisian 40% mengurangi efek penuaan.
- Pembatasan transportasi – pengiriman dalam jumlah besar mungkin tunduk pada pengendalian regulasi. Pembatasan ini tidak berlaku untuk baterai pribadi yang dibawa sendiri.
- Mahal untuk diproduksi – sekitar 40 persen lebih tinggi biayanya dibandingkan nikel kadmium.
- Belum sepenuhnya matang – logam dan bahan kimia terus berubah secara berkelanjutan.
Pembatasan pengiriman baterai lithium-ion
- Setiap orang yang mengirimkan baterai lithium-ion dalam jumlah besar bertanggung jawab untuk mematuhi regulasi transportasi. Hal ini berlaku untuk pengiriman domestik maupun internasional melalui darat, laut, dan udara.
- Sel-sel lithium-ion yang setara dengan kandungan lithium melebihi 1,5 gram atau 8 gram per pak baterai harus dikirim sebagai “Bahan berbahaya kelas 9 yang bervariasi.” Kapasitas sel dan jumlah sel dalam satu pak menentukan kandungan lithium.
- Pengecualian diberikan untuk pak yang mengandung kurang dari 8 gram kandungan lithium. Namun, jika pengiriman mengandung lebih dari 24 sel lithium atau 12 pak baterai lithium-ion, tanda khusus dan dokumen pengiriman akan diperlukan. Setiap paket harus ditandai bahwa itu berisi baterai lithium.
- Semua baterai lithium-ion harus diuji sesuai dengan spesifikasi yang dijelaskan dalam UN 3090 terlepas dari kandungan lithium (Manual PBB tentang Pengujian dan Kriteria, Bagian III, subbagian 38.3). Langkah pencegahan ini melindungi terhadap pengiriman baterai yang cacat.
- Sel dan baterai harus dipisahkan untuk mencegah korsleting dan dikemas dalam kotak yang kuat.