Baterai merupakan teknologi penyimpanan energi listrik. Laptop, kamera digital dan telepon genggam merupakan contoh pengaplikasian penggunaan kinerja baterai. Kinerja baterai melibatkan transfer elektron yang bersifat konduktif. Transfer elektron terjadi dari elektroda negatif (anoda) ke elektroda positif (katoda) sehingga menghasilkan arus listrik dan beda potensial. Baterai yang banyak digunakan sebagai media penyimpanan energi yaitu baterai litium. Baterai litium adalah baterai isi ulang yang banyak dikembangkan dibidang industri karena memiliki kapasitas penyimpanan yang lebih baik, tidak memiliki sifat memory effect dan dapat diisi ulang. Baterai litium memiliki daya serap yang tinggi, ringan, kepadatan energi yang tinggi dan bisa dipakai berkali-kali. Baterai litium merupakan baterai yang dapat mengkoversi energi kimia menjadi energi listrik melalui proses elektrokimia, dimana komponen sel baterai litium terdiri dari elektroda, elektrolit dan separator. Elektroda baterai litium terdiri dari katoda dan anoda. Anoda pada baterai litium terbuat dari litium hidroksida (LiOH) dan karbon aktif . Indikator kerja baterai litium adalah kapasitas, kemapuan siklus elektrokimia yang bergantung kepada bahan anoda. Â Elektroda negatif pada baterai konvensional terbuat dari grafit karena biaya yang murah, kepadatan energi yang tinggi (2,21 g/cc) dan potensial yang rendah
Lithium Cell Structure
Elektroda
Anoda adalah elektroda yang bertindak sebagai pengumpul ion litium dan merupakan bahan aktif. Parameter pengembangan material yang digunakan sebagai anoda antara lain densitas dan siklisitas energi yang dihasilkan. Bahan yang digunakan sebagai anoda harus memiliki sifat seperti kapasitas energi yang tinggi, kapasitas penyimpanan dan pelepasan muatan/ion yang baik, umur panjang, penanganan/pembuatan yang mudah, penggunaan yang aman (tidak beracun) dan murah.
Katoda adalah elektroda yang fungsinya sama dengan anoda, yaitu bertindak sebagai pengumpul ion dan bahan aktif. Tetapi perbedaannya adalah katoda adalah elektroda positif. Sifat-sifat yang harus dipenuhi oleh suatu bahan yang digunakan sebagai katoda antara lain bahan tersebut tersusun dari ion-ion yang mudah mengalami reaksi reduksi dan oksidasi, memiliki konduktivitas yang tinggi seperti logam, memiliki densitas energi yang tinggi dan kapasitas energi yang tinggi, serta sangat stabil. tidak mudah berubah strukturnya dan tidak rusak saat digunakan atau diisi), harganya murah dan ramah lingkungan
Separator
Separator adalah material berpori yang ditempatkan antara anoda dan katoda untuk mencegah hubungan pendek dan kontak antara katoda dan anoda. Selain itu, ion litium harus melewati separator dengan baik. Separator tidak hanya menjadi pembatas antar elektroda, namun juga berperan penting dalam pembangkitan listrik, pengisian daya dan tentunya keamanan dari baterai lithium-ion itu sendiri.
Elektrolit
Elektrolit adalah bagian yang berfungsi sebagai penghantar ion litium dari anoda ke katoda atau sebaliknya. Sifat penting dari elektrolit yang perlu dipertimbangkan adalah konduktivitas, keamanan (tidak beracun) dan harga murah. Ada dua jenis elektrolit yaitu elektrolit cair dan elektrolit padat. Kedua tipe tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Keuntungan dari elektrolit cair adalah konduktivitas ionik yang tinggi, biaya rendah dan keamanan. Namun kekurangannya adalah memiliki ssiklus pemakainan yang rendah (unsustainable) hanya sekitar 25 cycle dan dapat mengurangi densitas energi.
Proses Reaksi Pada Baterai
Pada proses pemakaian listrik (discharging) elektron dari anoda mengalir ke katoda melalui kabel konektor sedangkan lithium yang berada pada sistem (di dalam baterai) lepas dari anoda karena kekurangan elektron untuk berpindah menuju katoda melalui elektrolit. Pada proses pengisian (charging), elektron dari katoda mengalir menuju anoda sedangkan ion lithium dalam sistem berpindah dari katoda menuju anoda melalui elektrolit (Fadli Rohman, 2012:94). Proses charge dan discharge baterai lithium-ion bekerja menurut fenomena interkalasi, yaitu proses pelepasan ion lithium dari tempatnya di struktur kristal suatu bahan elektroda dan penyisipan ion lithium pada tempat di struktur kristal bahan elektroda yang lain (Prihandoko, 2010).
Produksi Baterai Lithium Ion di Indonesia
Indonesia akan memiliki produksi baterai untuk kendaraan listrik, tetapi tidak keseluruhan bahan baku berasal dari indonesia. Direktur Hubungan Kelembagaan MIND ID, Dany Amrul Ichdan mengatakan bahan impor dalam membuat baterai saat ini mencapai 20 persen.
Dany menjelaskan bahan baku utama yang dimiliki Indonesia ialah nikel. Dia mengatakan 80 persen bahan baku nikel diproduksi oleh PT Aneka Tambang Tbk.
"Bahan baku kita ketahui bersama 80 persen bahan baku dari produksi baterai ini disupport oleh nikel. Dan nikel ini dimiliki oleh PT Antam, reserve-nya juga cukup banyak, dan IBC ini ditargetkan berdasarkan milestone dan road map-nya menjadi market leader di Asia Tenggara," kata Dany saat Rapat Dengar Pendapat dengan Komisi VII DPR RI, Senin (19/9//2022).
Sementara bahan-bahan untuk pembuatan baterai selain nikel , seperti Lithium Hdroxyde yang kebutuhannya mencapai 70 ribu ton per tahun masih didatangkan dari China, Chile, dan Australia.
"Smelting-nya proses pengolahannya (lithium hydroxide) juga itu ada di China," kata Dany.
Lebih lanjut bahan baku pembuatan baterai lain yang masih diimpor ialah grafit, mangan sulfat, dan kobalt sulfat. Total dari keseluruhan bahan baku baterai yang masih impor sebesar 20 persen.
"Ada juga yang kedua grafit, grafit itu 44 ribu ton per tahun yang diimpor dari China, Brazil, dan Mozambik. Yang ketiga, ada mangan sulfat, dan kobalt sulfat, itu besarnya masing-masing kebutuhannya 12 ribu ton per tahun kebutuhan kita. Dan ini semua masih impor, Jadi 20 persen selain nikel itu semua kita masih impor," kata dia.
Seperti diketahui Mining Industry Indonesia (MIND ID) merupakan BUMN Holding Industri Pertambangan Indonesia yang beranggotakan PT ANTAM Tbk, PT Bukit Asam Tbk, PT Freeport Indonesia, PT Inalum (Persero), dan PT Timah Tbk.
Sementara IBC (Indonesia Battery Corporation) merupakan perusahaan patungan 4 BUMN yakni Holding BUMN Industri Pertambangan MIND ID, PT Aneka Tambang Tbk, PT Pertamina (Persero) dan PT PLN (Persero). Adapun kepemilikan masing-masing BUMN 25%. Selain itu, Indonesia Battery Corporation (IBC) yang kerja sama dengan produsen baterai dan kendaraan yaitu LG Chem (Korea) dan CATL (China).
Pabrik baterai mobil listrik milik PT Industri Baterai Indonesia atau Indonesia Battery Corporation (IBC) dan Konsorsium LG serta CATL diketahui sudah mulai melakukan peletakan batu pertama akhir Juli 2021.
Lithium -- ion untuk mobil listrik
Baterai yang paling umum digunakan untuk mobil listrik adalah baterai lithium ion. Anda mungkin sudah tidak asing lagi dengan baterai ini karena juga biasa digunakan pada perangkat elektronik portabel seperti ponsel dan laptop. Dibandingkan dengan perangkat elektronik portabel lainnya, kapasitas fisik dan ukuran Li-ion pada mobil listrik jauh lebih besar.
Baterai Li-ion memiliki rasio kinerja/berat yang sangat baik. Baterai ini memiliki efisiensi energi yang tinggi dan kinerja yang baik pada temperatur tinggi. Baterai Li-ion juga memiliki rasio energi terhadap berat yang lebih tinggi.
Baterai lithium-ion mengisi daya lebih cepat, bertahan lebih lama, dan kerapatan dayanya meningkatkan masa pakai baterai dengan bobot yang lebih ringan. Semakin rendah bobot baterai, semakin lama mobil listrik dapat berjalan dengan sekali pengisian daya. Selain itu, tidak mengandung zat berbahaya bagi manusia.
Baterai ini juga memiliki tingkat pengosongan sendiri yang rendah, sehingga dapat mempertahankan daya penuh lebih baik daripada baterai lainnya. Selain itu, sebagian besar baterai Li-ion juga dapat didaur ulang sehingga menjadi pilihan tepat bagi Anda yang tertarik dengan mobil listrik ramah lingkungan. BEV dan PHEV adalah jenis mobil listrik yang paling sering menggunakan baterai jenis ini. Selain itu, Nissan Kicks e-Power juga menggunakan baterai lithium-ion.
Â
Anoda (Grafit dengan doping TiO2)
Kekurangan dari grafit yaitu grafit hanya bisa beroperasi pada potensial rendah dan pembentukan pola litium yang tidak teratur (dendritik) pada permukaan anoda grafit dan siklus hidup baterai yang pendek (Zhao, dkk., 2015). Untuk mengurangi siklus pendek yang terjadi dan dapat beroperasi pada potensial yang tinggi bahan grafit didoping dengan TiO2. Keuntungan menggunakan TiO2 yaitu stabilitas yang baik, kepadatan arus yang tinggi serta peningkatan kapasitas kerja baterai. Selain itu TiO2 dapat bekerja pada potensial tinggi untuk menghindari reaksi dengan elektrolit organik dan sirkuit pendek yang disebabkan oleh ekspansi elektroda. Sintesis material anoda baterai lithium telah dilakukan dengan bahan baku dari karbon aktif dan titanium dioksida (TiO2). Pembuatan karbon aktif dilakukan dengan mengaktivasi tempurung kemiri menggunakan larutan H3PO4 2,5% sebagai aktivator dengan temperatur aktivasi 700 oC. Selanjutnya dibuat material
anoda dengan menggunakan metode solid state reaction dengan variasi massa karbon aktif-TiO2 yaitu 5% : 95%, 10% : 90%, 15% : 85% dan 20% : 80%. Material anoda dibuat dalam bentuk pellet dan dikarakterisasi menggunakan SEM, XRD, LCR Meter dan Cyclic Voltammetry. Hasil SEM menunjukkan bahwa material anoda yang terbuat dari karbon aktif dan TiO2 tercampur hampir merata. Hasil XRD menunjukkan bahwa titanium dikosida (TiO2) memiliki struktur kristal yang sama yaitu Tetragonal dan karbon pada variasi massa karbon-TiO2 (20% : 80% dan 15% : 85%) memiliki struktur kristal Hexagonal sedangkan variasi massa karbon-TiO2 (10% : 90% dan 5% : 95%) memiliki struktur kristal Rhombohedral. Konduktivitas listrik tertinggi didapatkan pada variasi massa karbon-TiO2 (10%:90%) yaitu 1,11x10-7 S/cm dan kapasitansi tertinggi didapatkan variasi massa karbon-TiO2 (20%:80%).
Kata kunci: baterai lithium, karbon aktif, TiO2, konduktivitas, kapasitansi
Referensi
https://nissan.co.id/new-press/artikel/6-jenis-baterai-mobil-listrik-dan-karakteristiknya/
 Jurnal Pendidikan IPA Vol. 9, No. 2, 2020 (hal 103-109) P-ISSN: 2252-7893 E-ISSN: 2615-7489 https://jurnal.uns.ac.id/inkuiri
Jurnal Fisika Unand Vol. 5, No. 4, Oktober 2016 ISSN 2302-8491
