Anda mungkin pernah melihatnya di laptop Anda. Mereka ada di ponsel Anda. Ini memberdayakan PDA dan pemutar media yang kami bawa. Alasan mengapa perangkat ini ada dalam bentuknya yang sekarang adalah sederhana. Baterai litium-ion menawarkan energi yang besar jika dibandingkan dengan bobotnya. Ini juga salah satu opsi isi ulang paling kuat di pasaran.
Tapi Anda mungkin pernah mendengar cerita horor. Baterai litium-ion dapat terbakar. Hal ini jarang terjadi, sekitar dua atau tiga dari satu juta paket mengalami kegagalan ini. Namun bila gagal, konsekuensinya sangat buruk. Tingkat kegagalan dapat meroket, memicu penarikan produk secara global dan merugikan produsen hingga jutaan dolar.
Jadi mengapa mereka begitu populer? Mengapa bisa terbakar? Apa yang sebenarnya bisa kita lakukan untuk mencegahnya atau membuatnya bertahan lama? Kami memecah ilmu pengetahuan dan keamanan.
Manfaat kepadatan energi
Teknologi litium-ion menjadi arus utama karena kinerjanya mengungguli bahan kimia tradisional di hampir semua metrik yang penting bagi konsumen.
Yang pertama adalah beratnya. Baterai litium-ion biasa dapat menyimpan daya 150 watt-jam hanya dalam satu kilogram. Dibandingkan dengan tipe umum lainnya, perbedaannya sangat besar. Baterai NiMH (nickel metal hydride) dapat menyimpan 100 watt jam per kilogram, namun 60-70 watt jam lebih umum digunakan. Baterai timbal-asam? Sulit untuk menyimpan 25 watt jam per kilo.
Untuk mendapatkan energi yang sama dari asam timbal, diperlukan baterai seberat 6 kg. Itu perbedaan 6x. Elektroda terbuat dari litium ringan dan karbon. Litium sangat reaktif. Ikatan atomnya menyimpan energi dalam jumlah besar, sehingga membuat baterai litium-ion memiliki kepadatan energi yang tinggi.
Tidak ada efek memori dan self-discharge lambat
Selain bobotnya, baterai ini mampu menahan dayanya jauh lebih baik dibandingkan pendahulunya. Baterai lithium-ion hanya kehilangan sekitar 5% dayanya per bulan. Baterai NiMH kehilangan 20% dayanya. Jika Anda membiarkan perangkat tersebut selama sebulan, Anda tidak memulai dari awal.
Juga tidak ada efek memori. Tidak perlu mengosongkannya sepenuhnya sebelum mengisi daya. Kenyamanan ini telah mengubah cara kita menggunakan perangkat elektronik portabel. Isi daya baterai Anda kapan pun kita mau, bukan karena baterai membutuhkannya.
Baterai litium-ion dapat menahan ratusan siklus pengisian-pengosongan tanpa degradasi yang signifikan. Bagi rata-rata pengguna, ini berarti layanan yang dapat diandalkan selama bertahun-tahun.
Kekurangan: Degradasi dan Bahaya
Baterai ini tidak sempurna. Mereka mempunyai kelemahan yang serius.
Kerusakan dimulai segera setelah meninggalkan pabrik. Masa pakai baterai lithium-ion adalah 2-3 tahun sejak tanggal pembuatannya. Bahkan jika Anda tidak membukanya, Waktu akan membunuh mereka.
Panas adalah musuh mereka. Suhu tinggi menyebabkan baterai litium-ion lebih cepat aus dibandingkan biasanya. Meninggalkan ponsel Anda di dalam mobil yang panas dapat memperpendek umurnya.
Baterai litium-ion akan rusak jika dayanya benar-benar habis. Debit yang dalam akan menghancurkan bahan kimia secara permanen.
Anda juga memerlukan komputer terpasang untuk mengontrol unit. Hal ini menambah biaya dan kompleksitas. Baterai litium-ion memerlukan sistem manajemen ini untuk mencegah pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan yang berlebihan. Hal ini membuatnya lebih mahal daripada baterai biasa.
Ada juga bahaya kebakaran. Jika baterai litium-ion tidak berfungsi, kecil kemungkinan baterai akan terbakar. Ini bukan sekedar risiko teoretis. Ini adalah bahaya yang sudah diketahui dan produsen terus berupaya menguranginya.
Kimia internal
Untuk memahami mengapa baterai ini berperilaku seperti itu, kita perlu melihat ke dalamnya. Kimia menentukan segalanya, mulai dari mengapa sesuatu itu ringan hingga mengapa ia bisa meledak. Kami akan membahasnya selanjutnya.
Anda tidak akan menemukan sesuatu yang ajaib saat membongkar baterai laptop. Itu hanya sel dan sirkuit. Ini tidak disarankan. Korsleting pada baterai lithium-ion dapat menyebabkan kebakaran. Namun begitu Anda dapat membongkarnya dengan aman, Anda akan menemukan bahwa struktur internalnya ternyata konsisten, apa pun merek atau modelnya.
Inti terdiri dari baterai lithium-ion. Mereka datang dalam dua bentuk utama. Baterai silinder terlihat seperti baterai AA berukuran besar. Sel prismatik berbentuk persegi panjang datar. Mereka ditumpuk atau dibungkus di dalam cangkang logam. Cangkang itu bukan sekedar kemasan. Itu menahan tekanan. Ketika tekanan internal menjadi terlalu tinggi karena panas atau pengisian daya yang berlebihan, ventilasi akan terbuka. Ini melepaskan gas. Baterai kemungkinan besar akan mati setelah itu. Ini adalah perangkat yang aman dari kegagalan. Hindari skenario ledakan. Ada juga sakelar koefisien suhu positif (PTC). Ini memutus aliran listrik jika keadaan menjadi terlalu panas.
Namun kisah sebenarnya adalah pengontrolnya.
Otak dalam batu bata
Terkubur di antara sel-sel adalah board sistem kecil. Ini pada dasarnya adalah mikrokontroler. Sistem Manajemen Baterai ini menangani semuanya.
Pemantauan dan pengendalian meliputi:
- Sensor suhu terus-menerus memeriksa tingkat suhu.
- Konverter dan regulator tegangan menjaga arus dan tegangan dalam batas aman.
- Konektor laptop terlindungi memungkinkan daya dan data mengalir antara baterai dan laptop.
- Voltage Tap memantau kapasitas energi setiap baterai.
- Monitor Status Pengisian Daya berfungsi sebagai komputer mini. Sesuaikan proses pengunduhan untuk memaksimalkan kecepatan dan saturasi.
Komputer ini rumit. Ia bekerja dengan mengambil energinya sendiri dari baterai. Baterai lithium-ion memiliki konsumsi energi yang rendah dan kehilangan sekitar 5% dayanya per bulan jika tidak digunakan.
Mengapa baterai saya kosong?
Sistem manajemennya memiliki aturan yang ketat. Jika baterai menjadi terlalu panas saat digunakan atau diisi, pengontrol akan mematikan daya. Ia mencoba untuk menenangkan diri. Anda mungkin pernah melihat ini sebelumnya. Tinggalkan laptop Anda di dalam mobil yang panas. Cobalah untuk menyalakannya. Pengontrol baterai mencegah start. Tunggu hingga suhu turun.
Ini juga memantau kesehatan sel Anda. Unit baterai mati ketika baterai benar-benar kosong. Pengosongan yang dalam dapat merusak baterai lithium ion. Pengontrol tidak akan membiarkan Anda menggunakan paket yang rusak.
Ini juga melacak siklus pengisian/pengosongan. Informasi ini dimasukkan ke dalam meteran baterai laptop. Beginilah cara sistem operasi mengetahui berapa banyak daya yang tersisa. Ini bukan dugaan. Ini mendapatkan data real-time dari komputer onboard.
Casing logam sangat penting
Casingnya biasanya terbuat dari logam. Hal ini tidak sembarangan. Baterai lithium-ion bekerja di bawah tekanan. Kotak logam dapat menahan tekanan ini. Ini juga melindungi komponen elektronik internal.
Lubang ventilasi sangat penting. Ini sensitif terhadap tekanan. Jika baterai terlalu panas hingga kemungkinan meledak, kelebihan gas akan dilepaskan melalui ventilasi. Ini adalah jalan satu arah. Setelah keluar, segelnya rusak. Baterainya rusak.
Saklar PTC bekerja sama dengan ventilasi. Saat suhu naik, resistansi meningkat untuk mencegah panas berlebih. Ini membatasi aliran arus. Hal ini menghemat waktu hingga sistem menjadi dingin atau pengguna mencabut pengisi daya.
Fitur keselamatan inilah yang menjadi alasan baterai modern tidak meledak setiap kali diisi. Namun hal ini juga berarti bahwa baterai lebih kompleks daripada penyimpanan energi sederhana. Ini adalah bahan aktifnya. Saya sedang memikirkannya. Sudah diputuskan. Dalam beberapa kasus, Anda mungkin diminta menunggu.
Di dalam sel
Lepaskan casing logam untuk memperlihatkan spiral panjang. Ini bukan hanya kabel. Itu dibuat dengan menekan tiga irisan tipis menjadi satu.
–Positif
–Kutub Negatif
– pemisah
Rendam dalam pelarut organik. Eter sangat umum di sini. Pelarut melakukan tugas berat sebagai elektrolit.
Pemisah adalah pahlawan tanpa tanda jasa. Ini adalah lembaran plastik mikropori. Tipis seperti kertas tisu. Tugasnya sederhana namun ketat. Mencegah terminal positif dan negatif bersentuhan. Kontak menyebabkan korsleting. Namun, ini memungkinkan ion untuk melewatinya. Pori-pori ini cukup kecil untuk mencegah kontak fisik, namun cukup terbuka untuk memungkinkan litium berenang.
Komposisi kimia internalnya spesifik. Litium kobalt oksida (LiCoO2) digunakan sebagai elektroda positif. Elektroda negatif? Hanya karbon.
Keseimbangan berubah selama pengisian. Ion litium keluar dari LiCoO2. Mereka melewati elektrolit. Mereka mendarat di karbon.
Pengosongan membalikkan aliran. Ion kembali dari karbon menjadi LiCoO2.
Ini adalah putaran sederhana. Namun, jika Anda melakukan kesalahan, ponsel Anda akan terbakar.
Reaksi kimia di dalam baterai lithium-ion adalah permainan bertegangan tinggi. Setiap sel menghasilkan 3,7 volt. Angka ini penting karena lebih dari dua kali lipat 1,5 volt baterai alkaline AA standar. Anda dapat membelinya di toko kelontong mana pun. Tegangan yang lebih tinggi berarti lebih sedikit baterai yang perlu dihubungkan secara seri untuk memberi daya pada perangkat. Lebih sedikit sel berarti lebih sedikit ruang fisik. Efisiensi ini membuat smartphone menjadi sangat tipis dan ringan. Ini bukan sihir. Itu hanya meningkatkan kepadatan energi.
Keuntungan voltase dalam teknologi portabel
Jika Anda pernah membandingkan ponsel flip tua yang kikuk dengan lembaran kaca modern, perbedaannya terletak pada komposisi kimianya. Baterai alkaline berukuran besar. Beberapa unit diperlukan untuk mencapai tegangan yang diperlukan untuk rangkaian kompleks. Baterai lithium-ion dapat melakukan fungsi yang sama dengan ukuran yang sangat kecil. Kekompakan ini adalah alasan utama mengapa kami memiliki perangkat yang ramah kantong. Namun ada juga kompromi. Kepadatan energi yang tinggi juga berarti energi yang tinggi dilepaskan jika terjadi kesalahan. Kita akan segera sampai ke bagian ledakan. Pertama, mari kita cari tahu cara membuatnya bertahan lebih lama.
Memperpanjang masa pakai baterai
Kami ingin memperpanjang umur baterai lithium-ion. Tidak ada seorang pun yang mau memikul batu bata yang akan runtuh sebelum tengah hari. Tujuannya adalah untuk memperpanjang umur baterai lithium-ion tanpa mempersulit tugas sehari-hari. Bahan kimia ini sensitif terhadap panas dan kondisi pengisian daya yang ekstrem.
– Hindari pelepasan penuh. ** Membiarkan ponsel Anda mati sepenuhnya dapat membebani elektrolitnya.
– Jangan bertahan di 100% selamanya. ** Tegangan maksimum mempercepat degradasi.
-** Tetap tenang. ** Panas adalah musuh Anda. Jangan tinggalkan perangkat di dalam mobil yang panas.
Sebagian besar produsen merekomendasikan untuk menjaga daya antara 20% dan 80% untuk penggunaan sehari-hari. Itu tidak berarti itu sempurna. Hal ini mengurangi tekanan pada komponen internal. Tidak diperlukan aplikasi khusus untuk mengelolanya. Keluarkan hanya saat baterai hampir penuh. Jangan mengalir ke nol.
Mengapa baterai litium-ion meledak?
Anda mungkin pernah mendengar ceritanya. Telepon terbakar. Laptop terbakar. Kedengarannya seperti fiksi ilmiah. Tapi ini adalah risiko besar bagi kimia litium ion. Mengapa bisa meledak?
Jawabannya terletak pada elektrolit. Mudah terbakar. Pelarian termal terjadi ketika struktur internal gagal. Panas menumpuk. Panas menghasilkan lebih banyak panas. Pemisah antara anoda dan katoda meleleh. Kedua belah pihak saling bersentuhan. Terjadi korsleting. Elektrolit yang mudah terbakar dapat terbakar.
Hal ini tidak sering terjadi. Perangkat modern memiliki sirkuit pengaman yang memutus aliran listrik sebelum menjadi terlalu panas. Namun ketika keamanan dikompromikan, konsekuensinya sangat buruk. Tekanan di dalam wadah tertutup meningkat. Akhirnya cangkangnya retak. Ventilasi terjadi. Pengapian dapat terjadi.
Kami telah mempelajari bagaimana tegangan tinggi dapat membuat baterai ini kompak dan efisien. Kami telah melihat cara memperpanjang umur mereka. Kita telah membahas bahaya pelarian termal. Teknologi sangat kuat. Itu juga tidak stabil. Ada keseimbangan yang rumit antara kinerja dan keselamatan. Kami menggunakan perangkat ini setiap hari. Anda mempercayai mereka untuk tidak membakar rumah Anda. Dalam kebanyakan kasus, keyakinan ini dapat dibenarkan. Namun chemistry yang mendasarinya masih kuat.
Maksimalkan masa pakai dan keamanan baterai
Baterai lithium-ion mahal. Jika Anda ingin produk Anda bertahan lebih lama dalam garansi, Anda perlu mengubah cara Anda menanganinya. Bahan kimianya tidak menyukai pelepasan yang dalam. Lebih menyukai siklus pengosongan sebagian. Jangan mengurangi tegangan ke nol. Menyebabkan kerusakan permanen pada sel. Ini tidak memiliki “efek memori”, jadi pengisian awal tidak akan merusak baterai. Jauhi titik terendah.
Penuaan tidak bisa dihindari. Paket ini bertahan dua hingga tiga tahun. Jangan mengumpulkan baterai dengan berpikir baterai akan bertahan selama lima tahun, meskipun Anda belum pernah memasangnya. Tidak. Saat membeli suku cadang, periksa tanggal pembuatannya. Membiarkannya di rak bahkan selama satu tahun akan memperpendek umurnya.
Panas adalah musuh Anda. Suhu tinggi dapat dengan cepat menurunkan kinerja komponen internal. Jaga perangkat Anda tetap dingin.
Mengapa baterai litium-ion meledak?
Kami tahu bagaimana mereka bertahan. Sekarang mari kita pertimbangkan mengapa mereka terkadang gagal total.
Kebakaran terjadi ketika suhu internal naik dan elektrolit terbakar. Video viral laptop merokok membuktikan, membuktikan keseriusan masalah tersebut. Laporan Canadian Broadcasting Corporation (CBC) “Musim Panas Ledakan Laptop” menjelaskan beberapa insiden serupa.
Kebakaran ini biasanya disebabkan oleh arus pendek internal. Di dalam baterai lithium-ion, pemisah memisahkan elektroda positif dan negatif. Jika pemisah itu bocor, elektroda akan bersentuhan. Alhasil, cepat panas. Anda mungkin pernah melihat ini terjadi ketika Anda memiliki baterai 9 volt di saku Anda. Jika Anda melakukan hubungan arus pendek pada terminal dengan koin, dll., sejumlah besar panas akan dihasilkan.
Pada baterai lithium-ion, korsleting ini terjadi secara internal. Jumlah energi yang dilepaskan sangat besar. Panas melepaskan pelarut organik yang digunakan sebagai elektrolit. Percikan api atau panas lingkungan dapat menyebabkan kebakaran. Jika salah satu baterai terbakar, kaskade termal dapat menyebar ke bagian baterai lainnya. Seluruh unit naik.
Kebakaran jarang terjadi. Namun, beberapa insiden dan beberapa laporan berita sudah cukup untuk memicu penarikan besar-besaran.
FAQ teknologi ion litium
Berapa lama baterai litium ion bertahan?
Ini dapat mendukung ratusan siklus pengisian daya. Pada kenyataannya, masa pakai yang diharapkan adalah 2-3 tahun sebelum kapasitasnya menurun secara signifikan.
Apa sebenarnya baterai lithium ion itu?
Baterai isi ulang di laptop dan ponsel. Ketika ion litium berpindah dari elektroda negatif melalui elektrolit ke elektroda positif, listrik dihasilkan.
Berapa harga baterai litium ion?
BloombergNEF melaporkan bahwa biaya rata-rata pada tahun 2020 adalah $137 per kilowatt jam. Baterai ponsel pintar berharga antara $2 dan $4. Paket baterai kendaraan listrik berharga antara $7.000 dan $20.000. Harga telah turun sekitar 88% dalam 10 tahun terakhir dan akan terus turun.
Apa kelemahan utamanya?
Terkadang bisa terbakar. Tingkat kegagalannya sangat rendah, sekitar dua hingga tiga bungkus per juta. Ia sangat sensitif terhadap panas, yang mempercepat kerusakannya. Penuaan dimulai segera setelah meninggalkan pabrik. Waktu yang tidak terpakai tidak akan menghentikan waktu.
Apakah ada teknologi baterai yang lebih baik?
Belum. Saat ini belum ada teknologi baterai lain yang mampu menandingi teknologi lithium-ion. Kepadatan energi yang lebih tinggi tercapai. Mendukung banyak siklus. Ini mengisi daya lebih cepat. Dan dalam banyak kasus, obat ini lebih aman digunakan dibandingkan alternatif lainnya.
