Mengapa China Dapat Mendominasi Produksi Baterai Lithium-ion

Apakah Lithium-ion Baterai Ideal?

Selama bertahun-tahun, nikel-kadmium telah menjadi satu-satunya baterai yang cocok untuk peralatan portabel dari komunikasi nirkabel hingga komputasi seluler.Nickel-metal-hydride dan lithium-ion muncul pada awal 1990-an, berjuang keras untuk mendapatkan penerimaan pelanggan.Saat ini, lithium-ion adalah bahan kimia baterai yang tumbuh paling cepat dan paling menjanjikan.

Dunia menjadi semakin teraliri listrik.Tidak hanya negara-negara berkembang meningkatkan ketersediaan listrik untuk penduduknya, tetapi elektrifikasi infrastruktur transportasi yang ada berjalan dengan sangat cepat.Pada tahun 2040, lebih dari separuh mobil di jalan diproyeksikan menggunakan tenaga listrik.

Sejarah Singkat Baterai

Baterai telah menjadi bagian dari kehidupan kita sehari-hari sejak lama.Baterai sejati pertama di dunia ditemukan pada tahun 1800 oleh fisikawan Italia Alessandro Volta.Penemuan ini merupakan terobosan yang luar biasa, tetapi sejak saat itu hanya ada sedikit inovasi yang signifikan.

Yang pertama adalah baterai timbal-asam, yang ditemukan pada tahun 1859. Ini adalah baterai isi ulang pertama dan masih merupakan baterai yang paling umum digunakan untuk menyalakan mesin pembakaran internal saat ini.

Ada beberapa desain baterai inovatif dalam dua abad terakhir, tetapi baru pada tahun 1980 pengubah permainan nyata ditemukan.Saat itulah terobosan di Universitas Oxford dan Universitas Stanford mengarah pada pengembangan baterai lithium-ion.Sony mengkomersialkan baterai lithium-ion pertama pada tahun 1991.

Apa istimewanya litium?

Lithium adalah logam khusus dalam banyak hal.Ini ringan dan lembut - sangat lembut sehingga bisa dipotong dengan pisau dapur dan sangat rendah kepadatannya sehingga mengapung di atas air.Ini juga padat pada berbagai suhu, dengan salah satu titik leleh terendah dari semua logam dan titik didih yang tinggi.

Seperti sesama logam alkali, natrium, litium bereaksi dengan air dalam bentuk yang mencolok.Kombo Li dan H2O membentuk litium hidroksida dan hidrogen, yang biasanya meledak menjadi nyala api merah.

Ada banyak aspek untuk Baterai ion lithium keamanan di seluruh proses desainnya, termasuk struktur baterai yang aman, bahan baku yang aman, fungsi pelindung, dan sertifikasi keselamatan.Saat diwawancarai oleh China Electronics News, Mr Su Jinran, wakil kepala teknisi, mengatakan bahwa keamanan produk dimulai dari desain produk, oleh karena itu pemilihan bahan elektroda, pemisah, dan elektrolit yang tepat adalah prioritas pertama untuk desain baterai yang aman.Untuk bahan anoda baterai, bahan terner, litium mangan, dan litium besi fosfat, yang telah banyak digunakan dalam desain baterai dan menghasilkan kinerja yang memuaskan, lebih aman daripada litium kobaltat dan litium nikel tradisional.

Baterai lithium-ion populer karena memiliki sejumlah keunggulan penting dibandingkan teknologi pesaing:

● Umumnya lebih ringan daripada jenis baterai isi ulang lainnya dengan ukuran yang sama.Elektroda baterai lithium-ion terbuat dari lithium dan karbon yang ringan.Litium juga merupakan unsur yang sangat reaktif, artinya banyak energi yang dapat disimpan dalam ikatan atomnya.Ini berarti kepadatan energi yang sangat tinggi untuk baterai lithium-ion.Berikut adalah cara untuk mendapatkan perspektif tentang kepadatan energi.Baterai lithium-ion tipikal dapat menyimpan 150 watt-jam listrik dalam 1 kilogram baterai.Paket baterai NiMH (nickel-metal hydride) dapat menyimpan sekitar 100 watt-jam per kilogram, meskipun 60 hingga 70 watt-jam mungkin lebih umum.Baterai timbal-asam hanya dapat menyimpan 25 watt-jam per kilogram.Dengan menggunakan teknologi timbal-asam, dibutuhkan 6 kilogram untuk menyimpan jumlah energi yang sama dengan yang dapat ditangani oleh baterai lithium-ion 1 kilogram.Itu perbedaan yang sangat besar [sumber: Semuanya2.com ].

● Mereka memegang tanggung jawab mereka.Paket baterai lithium-ion hanya kehilangan sekitar 5 persen dari dayanya per bulan, dibandingkan dengan kerugian 20 persen per bulan untuk baterai NiMH.

● Mereka tidak memiliki efek memori, yang berarti Anda tidak perlu mengosongkannya sepenuhnya sebelum mengisi ulang, seperti beberapa bahan kimia baterai lainnya.

● Baterai lithium-ion dapat menangani ratusan siklus pengisian/pengosongan.

● Bukan berarti baterai lithium-ion sempurna.Mereka memiliki beberapa kelemahan juga:

● Mereka mulai merosot segera setelah meninggalkan pabrik.Mereka hanya akan bertahan dua atau tiga tahun sejak tanggal pembuatan apakah Anda menggunakannya atau tidak.

● Mereka sangat sensitif terhadap suhu tinggi.Panas menyebabkan paket baterai lithium-ion terdegradasi jauh lebih cepat daripada biasanya.

● Jika Anda benar-benar mengosongkan baterai lithium-ion, baterai akan rusak.

● Paket baterai lithium-ion harus memiliki komputer terpasang untuk mengelola baterai.Ini membuat mereka lebih mahal dari yang sudah ada.

● Ada kemungkinan kecil, jika paket baterai lithium-ion gagal, maka akan terbakar.

Penetapan standar berbasis inovasi

Karena rumitnya mekanisme keamanan baterai Lithium-ion, terutama dampaknya terhadap keselamatan setelah penggunaan ulang baterai, proses pemahaman keamanan baterai Lithium-ion dan penetapan standarnya harus dilakukan secara bertahap dan progresif.Dan pengembangan serta penerapan teknik pengendalian eksternal juga harus diperhatikan.Su menyarankan itu sebagai pengaturan Baterai ion lithium standar keselamatan adalah pekerjaan yang sangat teknis, baik profesional pengaturan standar dari badan standardisasi baterai dan spesialis teknis dari industri baterai, pengguna dan area kontrol elektronik harus berpartisipasi dalam proses tersebut, termasuk pekerjaan verifikasi eksperimental.

Insinyur senior dari China Electronics Standardization Institute, Mr Sun Chuanhao, mengatakan bahwa baterai lithium-ion saat ini dapat dibagi menjadi tipe energi dan tipe daya.Karena kedua produk ini memiliki perbedaan bahan dan struktur desain, metode dan persyaratan pengujiannya berbeda, bahkan dalam kondisi keselamatan yang sama.Yang disebut baterai portabel termasuk dalam jenis energi, termasuk baterai Lithium-ion yang digunakan pada ponsel, laptop, kamera digital, dan kamera video, sedangkan baterai jenis daya untuk alat-alat listrik, sepeda listrik, dan kendaraan listrik.

Menurut organisasi riset BloombergNEF, harga paket baterai lithium-ion rata-rata berbobot volume (termasuk sel dan paket) turun 85% dari 2010-18, mencapai rata-rata $176/kWh.BloombergNEF memproyeksikan lebih lanjut bahwa harga akan turun menjadi $94/kWh pada tahun 2024 dan $62/kWh pada tahun 2030.

Kurva biaya yang menurun ini memiliki implikasi penting bagi perusahaan mana pun yang menggunakan baterai dalam layanannya, atau bagi perusahaan yang memiliki kebutuhan untuk menyimpan energi (misalnya, produsen listrik).Sampai saat ini, sebagian besar penjualan baterai lithium-ion berada di sektor elektronik konsumen, namun penjualan di masa mendatang akan semakin didorong oleh mobil listrik.

Sebagian besar mobil di jalan raya saat ini masih menggunakan baterai timbal-asam dan mesin pembakaran internal.Namun penjualan kendaraan listrik — ditenagai oleh baterai lithium-ion — telah meningkat lebih dari sepuluh kali lipat dalam lima tahun terakhir.Selanjutnya, semakin banyak negara menetapkan larangan mobil berdasarkan pembakaran internal di masa depan, dengan harapan bahwa kendaraan listrik pada akhirnya akan mendominasi transportasi pribadi.

Ini, tentu saja, berarti permintaan baterai yang jauh lebih besar di masa depan.Sedemikian rupa sehingga pembuat kendaraan listrik Tesla, dalam kemitraan dengan Panasonic, menginvestasikan miliaran dolar untuk membangun pabrik baterai lithium-ion baru.Namun demikian, produsen baterai lithium-ion AS tertinggal dalam pangsa pasar.

Pasar pertumbuhan terkait untuk baterai lithium-ion ada dalam aplikasi industri berat seperti truk pengangkat, penyapu dan scrubber, aplikasi pendukung landasan bandara, dan kendaraan berpemandu otomatis (AGV).Aplikasi ceruk ini secara historis dilayani oleh baterai timbal-asam dan mesin pembakaran internal, tetapi ekonomi dengan cepat beralih ke baterai lithium-ion.

Cina di Kursi Pengemudi

Menurut analisis BloombergNEF, pada awal 2019 terdapat 316 gigawatt-jam (GWh) kapasitas produksi sel litium global.Cina memiliki 73% dari kapasitas ini, diikuti oleh AS, jauh di belakang di tempat kedua dengan 12% dari kapasitas global.

Kapasitas global diproyeksikan tumbuh dengan kuat pada tahun 2025 ketika BloombergNEF memperkirakan kapasitas global sebesar 1.211 GWh.Kapasitas di AS diproyeksikan tumbuh, tetapi lebih lambat dari kapasitas global.Dengan demikian, bagian manufaktur sel litium global AS diproyeksikan menyusut.

Tesla mencoba mengatasi masalah ini dengan membangun pabrik baterainya sendiri, tetapi bagi perusahaan yang memasok berbagai jenis baterai ini, seperti OneCharge yang berbasis di California, menemukan pemasok lokal terbukti menantang.Saya baru-baru ini berbicara dengan CEO OneCharge Alex Pisarev, yang menyoroti tantangan yang dihadapi perusahaannya:

“Produsen Amerika akan senang menggunakan sel lithium-ion buatan AS,” kata Pisarev kepada saya, “tetapi ini tidak realistis hari ini.Jadi kita harus terus mengimpornya dari China.”

China mengambil jalur yang sama seperti sebelumnya dengan panel surya.Sementara sel surya ditemukan oleh insinyur Amerika Russell Ohl, saat ini China mendominasi pasar panel surya global.Sekarang China fokus untuk mengendalikan produksi baterai lithium ion dunia.

Apakah lebih baik memiliki teknologi ramah lingkungan yang paling murah, bahkan jika itu berarti menyerahkan manufaktur ke negara lain?Harga panel surya yang rendah telah membantu mendorong ledakan pertumbuhan PV surya baru, dan pada gilirannya, mendukung banyak pekerjaan di AS.Tetapi sebagian besar panel itu dibuat di China.Administrasi Trump telah berusaha untuk mengatasi hal ini dengan mengenakan tarif pada panel surya impor, tetapi tarif ini ditentang keras oleh sebagian besar industri surya AS.

Cina memiliki keuntungan besar dari tenaga kerja murah, yang memungkinkannya mendominasi banyak industri manufaktur.Tetapi China juga memiliki lebih banyak cadangan litium dan produksi litium yang jauh lebih besar daripada AS Pada tahun 2018, produksi litium China adalah 8.000 metrik ton, ketiga di antara semua negara dan hampir sepuluh kali produksi litium AS.Cadangan lithium China pada 2018 adalah satu juta metrik ton, hampir 30 kali lipat level AS.

Jalan Maju

Tren tersebut menandakan bahwa baterai lithium-ion akan semakin menggantikan baterai timbal-asam di sektor transportasi dan alat berat.Ini adalah perkembangan kritis di dunia yang bergulat dengan rekor emisi karbon dioksida.

Tetapi dengan keunggulan biaya manufaktur dan ketersediaan bahan baku, dapatkah AS bersaing dengan China di pasar dunia?Jika tidak, karena semakin banyak baterai lithium-ion mencapai akhir masa pakainya, dapatkah AS mengembangkan pasar yang kompetitif untuk lithium daur ulang?

Ini adalah pertanyaan penting yang perlu ditangani.

Tidak jelas bagaimana China akan menghadapi tantangan seperti itu, tetapi mengingat pengejaran lithium yang tiada henti, dan pentingnya strategis yang melekat pada logam, solusi tidak diragukan lagi akan ditemukan.Dalam banyak hal, penerapan transportasi ramah lingkungan di China adalah hal yang baik, karena hal itu memperluas minat di sektor tersebut dan memacu negara-negara pesaing untuk mencoba mengejar ketinggalan dalam hal pangsa pasokan litium dan pasar baterai isi ulang.Bahayanya adalah mereka terus tertinggal, meninggalkan China dengan monopoli atas apa yang akan segera menjadi sektor transportasi arus utama.

Ikuti saya di Twitter atau LinkedIn .Lihat saya situs web atau beberapa karya saya yang lain di sini.