Menggandakan ukuran baterai tidak memperluas jarak tempuh secara linear dan kendaraan menjadi tidak efisien dengan peningkatan berat.
Li-ion memiliki kinerja yang lebih baik daripada asam timbal dalam kepadatan energi, tetapi tidak ada baterai yang dapat menandingi hidrogen dengan sel bahan bakar atau bahan bakar fosil yang menggerakkan mesin pembakaran internal tradisional (tidak ditampilkan).
Memperluas jarak tempuh dengan tangki yang lebih besar hampir tidak berpengaruh dibandingkan dengan membesarkan baterai. Ada ambang batas dalam hal ukuran dan berat baterai dalam sebuah kendaraan; melebihi titik kritis tersebut akan memiliki pengembalian negatif dan efisiensi terganggu karena peningkatan berat kendaraan.
Kapasitas Sistem Penyimpanan Energi
Sumber gambar
Gambar 1: Ukuran baterai sebagai fungsi jarak tempuh.
Membesarkan baterai tidak memperluas jarak tempuh secara linear.
Catatan: Tangki hidrogen 35MPa mengacu pada 5.000psi.
Sumber: International Journal of Hydrogen Energy, 34, 6005-6020 (2009)
Baterai memiliki nilai kalor yang rendah dibandingkan dengan bahan bakar fosil, dan tidak masuk akal untuk menggerakkan kereta barang, kapal laut, atau pesawat besar dengan baterai. Sebuah penelitian mengungkapkan bahwa menggantikan kerosen dengan baterai hanya dapat menjaga pesawat terbang selama kurang dari 10 menit.
Biaya juga menjadi masalah dan baterai membutuhkan waktu lama untuk diisi ulang. Pengisian baterai dengan cepat dan nyaman seperti mengisi tangki dengan bahan bakar cair atau gas tidak mungkin dilakukan dengan perangkat elektrokimia.
Pengisian juga membutuhkan daya yang tinggi. Pengisian EV ultra cepat menghabiskan daya listrik setara dengan lima rumah tangga. Mengisi sekelompok kendaraan EV secara bersamaan dapat mengakibatkan penurunan kualitas cahaya di sebuah kota.
Sebaliknya, bahan bakar fosil tidak dapat menyamai kualitas baterai yang bersih, tenang, dan memiliki start-up instan dengan hanya menggerakan sakelar.
Meskipun bahan bakar fosil murah dan mudah didapat, pembakaran sembrono sumber daya ini harus dihentikan untuk menyelamatkan planet kita. Menemukan alternatif yang ramah lingkungan, ekonomis, dan tahan lama merupakan tantangan; baterai hanya memenuhi persyaratan ini sebagian.
Kemajuan yang dicapai dalam teknologi baterai dalam 20 tahun terakhir belum cukup untuk menggantikan bahan bakar fosil.
Memperluas batas-batas baterai mengingatkan kita akan banyaknya keterbatasan, termasuk kepadatan energi yang rendah; waktu pengisian yang lama, biaya tinggi, dan umur pendek sebelum baterai berhenti bekerja, seringkali tanpa peringatan.
Bagaimana Memperpanjang Umur Baterai
Jarak tempuh adalah pertimbangan utama ketika membeli kendaraan listrik.
Biaya juga memainkan peran, tetapi jarang sekali umur baterai disebutkan. Hal ini mungkin tidak menjadi perhatian bagi sebagian orang, dan penjual juga tidak ingin mengkhawatirkan pembeli terkait masalah layanan yang mungkin muncul di kemudian hari.
Yang terjual adalah kegembiraan dari penggerak listrik yang bersih, tenang, dan mengasyikkan. Subsidi dari pemerintah juga membantu.
Baterai memiliki masa pakai yang ditentukan dan hal ini terlihat dari berkurangnya waktu penggunaan pada ponsel kita.
Para pendukung kendaraan listrik mungkin berpendapat bahwa baterai ponsel tidak dapat dibandingkan dengan baterai kendaraan listrik; kedua produk ini sangat berbeda. Hal itu benar, tetapi ironisnya keduanya menggunakan sistem Li-ion.
Artikel ini melihat baterai dalam kendaraan listrik dan ponsel dalam hal waktu penggunaan dan umur.
Baterai dalam ponsel adalah tipe konsumen, dioptimalkan untuk waktu penggunaan maksimum dengan biaya rendah.
Baterai kendaraan listrik, di sisi lain, dibuat sesuai standar industri dengan umur panjang yang diinginkan.
Perbedaan-perbedaan tersebut tidak berhenti di situ, dan perbedaan kunci adalah bagaimana energi didistribusikan.
Ponsel diisi ulang pada akhir hari, dan energi yang disimpan dapat digunakan sepenuhnya hingga baterai habis.
Dengan kata lain, pengguna memiliki akses penuh ke energi yang tersimpan. Ketika baterai baru, ponsel memberikan waktu penggunaan yang baik tetapi waktu penggunaan ini berkurang seiring penggunaan.
Dalam mode siklus penuh ini, Li-ion memberikan sekitar 500 siklus. Pengguna menyesuaikan diri dengan berkurangnya waktu penggunaan tersebut, dan sebagai produk konsumen, akhir masa pakai baterai seringkali bersamaan dengan layar yang rusak atau peluncuran model baru.
Kehausan yang sudah dirancang dengan baik melayani baik produsen perangkat maupun penjual.
Baterai kendaraan listrik juga mengalami penuaan dan kapasitasnya memudar, tetapi produsen kendaraan listrik harus menjamin baterai selama delapan tahun. Hal ini dilakukan dengan memperbesar baterai.
Ketika baterai baru, hanya sekitar setengah dari energi yang tersedia yang digunakan. Hal ini dilakukan dengan mengisi paket baterai hanya hingga 80% daripada pengisian penuh, dan mengosongkan hingga 30% ketika jarak tempuh yang tersedia habis.
Saat baterai memudar, lebih banyak penyimpanan baterai yang diminta. Jarak tempuh tetap konstan tetapi tanpa diketahui oleh pengemudi, baterai secara bertahap diisi hingga tingkat yang lebih tinggi dan dikosongkan lebih dalam untuk mengkompensasi penurunan.
Setelah kapasitas baterai turun menjadi 80%, perlindungan kelebihan ukuran baterai terpakai dan sistem pemeliharaan baterai (BMS) menerapkan pengisian dan pengosongan penuh.
Hal ini mengekspos baterai kendaraan listrik pada tingkat stres yang sama dengan ponsel, dan pengemudi mulai melihat penurunan jarak tempuh.
Penggantian baterai mungkin menjadi perlu tetapi biayanya akan tinggi dan lebih tinggi daripada mesin pembakaran.
Kendaraan listrik mulai menyerupai ponsel dalam hal keusangan ketika baterai memudar. Mungkin saat itulah pembeli dibanjiri dengan model yang lebih cepat dan lebih canggih; sesuatu yang pengguna ponsel sangat akrab dengan, tetapi harga akan menjadi hal yang mengejutkan.
Masih terlalu dini untuk mengetahui berapa lama baterai kendaraan listrik akan bertahan.
Ada yang mengatakan bahwa baterai akan lebih awet daripada mobil itu sendiri dan akan ditemukan aplikasi sekunder dalam sistem penyimpanan energi.
Kebiasaan mengemudi dan suhu juga memengaruhi penuaan, sebuah karakteristik yang terungkap ketika baterai kendaraan listrik yang beroperasi di iklim hangat memudar lebih cepat. Ditemukan bahwa menjaga baterai pada suhu tinggi dan tingkat pengisian yang tinggi menyebabkan lebih banyak stres daripada mengemudi dengan agresif. Dengan kata lain, menjaga Li-ion yang terisi penuh pada suhu 30°C (86°F) atau lebih tinggi mempercepat proses penuaan lebih dari mengemudi pada suhu yang moderat. Banyak baterai kendaraan listrik dilengkapi dengan pendinginan cair untuk mengurangi penuaan baterai yang terkait dengan panas.
Beban yang keras juga mengurangi umur baterai. Karena ukurannya yang besar, baterai kendaraan listrik hanya sedikit terbebani, bahkan saat berakselerasi. Dalam perbandingan, ponsel mengalirkan arus tinggi yang kontinu dari baterai kecil saat mentransmisikan dan mengolah data. Hal ini menempatkan lebih banyak tekanan pada baterai ponsel daripada mengemudi kendaraan listrik.
Baterai juga terpengaruh negatif oleh beban terpulsa pada ponsel daripada beban DC pada kendaraan listrik. (Lihat BU-501: Dasar-dasar tentang Pengosongan.)
Kendaraan listrik tidak mengungkapkan kapasitas baterai kepada pengemudi dan hanya menampilkan tingkat pengisian (SoC) dalam bentuk jarak tempuh. Hal ini dilakukan sebagian karena takut adanya keluhan pelanggan jika kapasitas turun di bawah tingkat yang dijamin pada akhir periode garansi. Kadang-kadang, kurang pengetahuan lebih baik.
Pembatasan yang sama berlaku untuk baterai ponsel, meskipun kode akses untuk personel layanan seringkali tersedia.
Baterai baru memiliki (seharusnya memiliki) kapasitas 100%; 80% adalah akhir masa pakai baterai yang umum.
Uji Stres Dinamis (DST) pada Li-ion
Semua baterai Li-ion memudar seiring waktu dan penggunaan, baik pada produk konsumen maupun penggunaan industri yang tahan lama. Gambar 3 mengeksplorasi umur baterai Li-ion dengan titik potong pengisian dan pengosongan yang berbeda.
Gambar di atas: Kehilangan kapasitas Li-ion sebagai fungsi titik potong pengisian dan pengosongan.
Membatasi pengisian penuh dan pengosongan memperpanjang umur baterai tetapi mengurangi pemanfaatan.
Sumber: ResearchGate – Modeling of Lithium-Ion Battery Degradation for Cell Life Assessment.
Baterai-baterai Li-ion dalam tabel di atas memiliki kinerja yang baik tetapi kehilangan kapasitas terbesar terjadi pada paket yang diisi hingga 100% dan dikosongkan hingga 25% (bintang hitam). Siklus antara 85% dan 25% (hijau) memberikan umur layanan yang lebih lama daripada mengisi hingga 100% dan mengosongkan hingga 50% (biru tua).
Kehilangan kapasitas terendah terjadi ketika mengisi Li-ion hingga 75% dan mengosongkan hingga 65%. Namun, hal ini dilakukan dengan membesarkan baterai secara berlebihan, dan baterai menjadi kurang dimanfaatkan. Praktik seperti itu diterapkan pada satelit untuk mencapai umur siklus tinggi dan kurang untuk aplikasi di darat karena meningkatkan biaya, ukuran, dan berat di luar titik balik yang wajar. Uji stres dinamis tidak termasuk baterai yang diisi hingga 100% dan dikosongkan hingga nol, seperti pada ponsel. Siklus penuh memberikan pemanfaatan baterai yang terbaik tetapi mengurangi umur.
Baterai yang diuji di laboratorium tidak selalu mereplikasi kondisi kehidupan nyata, dan hasilnya cenderung lebih baik daripada yang dialami dalam penggunaan lapangan. Dalam lingkungan laboratorium, baterai dikondisikan selama beberapa bulan, seringkali pada suhu terkontrol dan dengan rezim pengisian dan pengosongan yang ideal. Penggunaan acak dalam kehidupan nyata menambah paparan terhadap panas, getaran, dan praktik pengisian yang keras.
Ringkasan
Baterai tidak memiliki umur yang tetap, dan tidak mati secara tiba-tiba tetapi memudar secara bertahap.
Kondisi lingkungan, dan bukan hanya siklus, menentukan umur panjang. Pengguna memiliki kendali dalam memperpanjang umur baterai dengan menghindari pengisian cepat, mengoperasikan pada suhu yang moderat, dan menghindari pengisian penuh.
Menghindari beban keras dan pengosongan penuh juga membantu.
Panas adalah musuh bagi sebagian besar baterai, dan kondisi terburuk adalah menjaga baterai Li-ion yang terisi penuh pada suhu yang tinggi.
Bahkan dengan perawatan terbaik, baterai hanya bertahan untuk satu musim dan paket baterai pada akhirnya akan menghadapi masa pensiun ketika daya memudar.