Baterai Lithium ion: Pengertian, Jenis, Kelebihan, dan Kekurangan
Baterai lithium-ion (sering disebut baterai Li-ion) adalah jenis baterai isi ulang yang menggunakan ion lithium sebagai komponen utama elektrokimianya. Selama pelepasan atau ketika digunakan (Discharge) ion lithium bergerak dari elektroda negatif (anoda) melalui elektrolit ke elektroda positif (katoda), dan akan kembali pada saat pengisian (charge). Ion lithium memiliki ukuran yang cukup kecil sehingga dapat bergerak melalui pemisah (separator) mikro-permeabel antara anoda dan katoda.
Ukuran lithium yang kecil (ketiga setelah hidrogen dan helium), membuat baterai Li-ion mampu memiliki tegangan dan penyimpanan muatan yang sangat tinggi per satuan massa dan volume. Baterai Li-ion dapat menggunakan sejumlah bahan yang berbeda sebagai elektroda. Kombinasi yang paling umum adalah lithium cobalt oxide sebagai katoda dan grafit sebagai anoda.
Baterai Li-ion memiliki kepadatan energi yang tinggi, tidak ada efek memori (selain sel LFP) dan self-discharge yang rendah. Sel dapat diproduksi untuk memprioritaskan energi atau kepadatan daya. Namun, dapat menjadi bahaya keamanan karena mengandung elektrolit yang mudah terbakar, dan jika rusak atau tidak diisi dengan benar dapat menyebabkan ledakan atau kebakaran.
Cara Kerja Baterai Lithium ion
Baterai Li-ion terdiri dari anoda, katoda, pemisah, elektrolit, dan dua kolektor pengumpul arus (positif dan negatif). Anoda dan katoda menyimpan lithium. Elektrolit membawa ion litium bermuatan positif dari anoda ke katoda dan sebaliknya melalui separator. Pergerakan ion lithium menciptakan elektron bebas di anoda yang menciptakan muatan pada kolektor arus positif. Arus listrik kemudian mengalir dari kolektor arus melalui perangkat yang diberi daya (laptop, ponsel, mobil listrik) ke kolektor arus negatif. Pemisah (separator) memblokir aliran elektron di dalam baterai.
 |
| (Source: electricbee.co) |
Saat baterai sedang digunakan atau memberikan arus listrik ke perangkat, anoda melepaskan ion lithium ke katoda, menghasilkan aliran elektron dari satu sisi ke sisi lain. Saat perangkat melakukan pengisian daya yang terjadi adalah sebaliknya, yaitu ion lithium dilepaskan oleh katoda dan diterima oleh anoda.
Baca Juga: Jenis Baterai Alkaline dan Cara Kerja
Jenis-jenis Baterai Lithium ion dan Pengaplikasiannya
Jenis baterai lithium bergantung pada bahan aktif dan reaksi kimia yang unik untuk menyimpan energi. Setiap jenis baterai lithium memiliki kelebihan dan kekurangan, juga dengan aplikasinya yang paling sesuai. Baterai lithium ion yang umum atau sering digunakan utamanya terdapat 6 jenis. Berikut adalah penjelasannya.
1. Lithium Iron Phosphate
Baterai Lithium Iron Phosphate (LFP) menggunakan fosfat sebagai bahan katoda dan elektroda karbon grafit sebagai anoda. Baterai LFP memiliki siklus hidup yang panjang dengan stabilitas termal dan kinerja elektrokimia yang baik.
Pengaplikasiannya: Sel baterai LFP memiliki tegangan nominal 3,2 Volt. Jadi, menghubungkan empat di antaranya secara seri akan menghasilkan baterai 12,8 Volt. Hal ini membuat baterai LFP menjadi jenis baterai lithium yang paling umum untuk menggantikan baterai lead-acid deep-cycle (aki kendaraan).
2. Lithium Cobalt Oxide
Baterai Lithium Cobalt Oxide (LCO) memiliki energi spesifik yang tinggi tetapi daya spesifik yang rendah. Ini berarti bahwa baterai ini tidak berkinerja baik dalam aplikasi beban tinggi, tetapi tetap dapat memberikan daya dalam waktu yang lama.
Pengaplikasiannya: Baterai LCO biasa digunakan pada elektronik portabel kecil seperti ponsel, tablet, laptop, dan kamera. Namun, baterai ini kehilangan popularitas untuk jenis baterai lithium lainnya karena tingginya biaya kobalt dan kekhawatiran seputar keamanan.
3. Lithium Manganese Oxide
Baterai Lithium Manganese Oxide (LMO) menggunakan lithium mangan oksida sebagai bahan katoda. Kimia ini menciptakan struktur tiga dimensi yang meningkatkan aliran ion, menurunkan resistansi internal, dan meningkatkan penanganan arus sekaligus meningkatkan stabilitas dan keamanan termal.
Pengaplikasiannya: Baterai LMO umumnya ditemukan di alat-alat listrik portabel, instrumen medis, dan beberapa kendaraan hibrida dan listrik.
4. Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide
Baterai Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC) menggabungkan manfaat dari tiga elemen utama yang digunakan di katoda, yaitu nikel, mangan, dan kobalt. Nikel sendiri memiliki energi spesifik yang tinggi, tetapi tidak stabil. Mangan sangat stabil, tetapi memiliki energi spesifik yang rendah. Menggabungkan ketiganya menghasilkan kimia yang stabil dengan energi spesifik yang tinggi.
Pengaplikasiannya: Mirip dengan baterai LMO, baterai NMC populer di alat-alat listrik serta powertrain elektronik untuk e-bike, skuter, dan beberapa kendaraan listrik lainnya.
5. Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide
Baterai Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide (NCA) menawarkan energi spesifik yang tinggi dengan daya spesifik yang layak dan siklus hidup yang panjang. Artinya, baterai ini dapat memberikan jumlah arus yang relatif tinggi untuk waktu yang lama.
Pengaplikasiannya: Kemampuan untuk digunakan dalam aplikasi beban tinggi dengan masa pakai baterai yang lama membuat baterai NCA populer di pasar kendaraan listrik. Hal menariknya lainnya adalah NCA merupakan baterai yang digunakan untuk kendaraan Tesla.
6. Lithium Titanate
Semua jenis baterai lithium sebelumnya yang telah kita bahas unik dalam susunan kimiawi bahan katoda. Baterai Lithium Titanate (LTO) menggantikan grafit di anoda dengan lithium titanate dan menggunakan LMO atau NMC sebagai kimia katoda. Hasilnya adalah baterai yang sangat aman dengan umur panjang dan mampu mengisi daya lebih cepat daripada jenis baterai lithium lainnya.
Pengaplikasiannya: Baterai LTO banyak diaplikasikan pada Kendaraan listrik, penyimpanan energi listrik dari pembangkit listrik tenaga angin dan matahari, lampu jalan surya, sistem telekomunikasi, peralatan kedirgantaraan, dan peralatan militer.
Baca Juga: Jenis Baterai Panel Surya dan Rangkaian
Keuntungan Menggunakan Baterai Lithium ion
Kepadatan Energi yang Tinggi
Kepadatan energi yang tinggi adalah salah satu keuntungan utama dari teknologi baterai lithium ion. Dengan peralatan elektronik seperti ponsel yang perlu beroperasi lebih lama di antara pengisian daya sambil tetap mengonsumsi lebih banyak daya, selalu ada kebutuhan akan baterai dengan kepadatan energi yang jauh lebih tinggi.
Self-discharge
Satu masalah dengan banyak ditemui pada baterai isi ulang adalah tingkat self-discharge. Sel ion lithium memiliki tingkat self-discharge jauh lebih rendah daripada sel yang dapat diisi ulang lainnya seperti bentuk Ni-Cad dan NiMH. Biasanya sekitar 5% dalam 4 jam pertama setelah diisi, tetapi dapat turun ke angka sekitar 1 atau 2% per bulan.
Perawatan yang Mudah
Salah satu keuntungan utama baterai lithium ion adalah bahwa baterai lithium ion tidak memerlukan dan pemeliharaan untuk memastikan kinerjanya.
Tegangan sel yang Tinggi
Tegangan yang dihasilkan oleh setiap sel lithium ion sekitar 3,6 Volt. Ini memiliki banyak keuntungan. Menjadi lebih tinggi dari nikel kadmium standar, hidrida logam nikel, sel alkaline standar (sekitar 1,5 volt), dan asam timbal (sekitar 2 volt per sel). Artinya, dengan tegangan setiap sel ion lithium yang lebih tinggi maka lebih sedikit sel dalam banyak aplikasi baterai. Contohnya adalah smartphone yang memerlukan hanya satu sel, dan ini menyederhanakan manajemen daya.
Karakteristik Beban
Karakteristik beban sel ion lithium cukup baik dengan memberikan 3,6 volt per sel yang cukup konstan sebelum jatuh saat pengisian terakhir digunakan.
Tidak Ada Persyaratan untuk Priming
Beberapa sel yang dapat diisi ulang perlu disiapkan ketika menerima muatan pertama. Salah satu keuntungan dari baterai lithium ion adalah tidak ada persyaratan untuk ini karena baterai ini dipasok operasional dan siap digunakan.
Berbagai Jenis yang Tersedia
Ada beberapa jenis sel lithium ion yang tersedia. Keunggulan baterai lithium ion ini dapat berarti bahwa teknologi yang tepat dapat digunakan untuk aplikasi tertentu yang sesuai untuk kebutuhan. Selain itu, beberapa bentuk baterai lithium ion memberikan kepadatan arus yang tinggi dan ideal untuk peralatan elektronik seluler.
Kerugian Menggunakan Baterai Lithium ion
Diperlukan Sistem Perlindungan
Sel dan baterai lithium ion tidak sekuat beberapa teknologi isi ulang lainnya. Batarai ini membutuhkan perlindungan dari pengisian yang berlebihan dan pengosongan yang terlalu jauh. Selain itu, baterai lithium juga perlu mempertahankan arus dalam batas aman. Oleh karena itu, satu kelemahan baterai lithium ion adalah bahwa mereka memerlukan sirkuit perlindungan yang digabungkan untuk memastikan disimpan dalam batas operasi yang aman.
Penuaan
Salah satu kelemahan utama baterai lithium ion untuk konsumen elektronik adalah baterai lithium ion mengalami penuaan. Tidak hanya tergantung pada waktu atau kalender, tetapi juga tergantung pada jumlah siklus pengosongan muatan (discharge) yang telah dialami baterai.
Biaya
Kerugian utama baterai lithium ion adalah biayanya. Biasanya beterai ini sekitar 40% lebih mahal untuk diproduksi daripada sel kadmium Nikel. Ini adalah faktor utama ketika mempertimbangkan penggunaannya dalam barang-barang konsumen yang diproduksi secara massal di mana biaya tambahan merupakan masalah utama.
