Penyebab penurunan baterai

Artikel ReferensiMajalah PV

Di tengah banyaknya variasi baterai, setiap jenis sel dan subspesies perangkat memiliki kerentanan unik terhadap degradasi, yang dipengaruhi oleh penggunaan dan faktor lainnya. Beberapa sel berkembang pada suhu rendah, sel lain unggul pada arus tinggi. Namun, spesialisasi seperti itu sering kali memerlukan biaya.

Penuaan baterai berkaitan dengan waktu (dalam kasus penuaan kalender atau “kalender”) atau penggunaan, dengan pengisian dan pengosongan yang mewakili penuaan “siklus”.

Kedua bentuk penuaan ini berkontribusi pada penurunan kapasitas dan efisiensi serta peningkatan resistensi internal karena ion-ion terperangkap dalam reaksi samping yang tidak menyenangkan untuk selamanya. Reaksi-reaksi ini didorong oleh berbagai “faktor yang mempengaruhi.” Biasanya, ion bereaksi secara ireversibel dengan bahan lain di dalam sel, membentuk residu pasif dan mencegah penggunaannya untuk transportasi energi.

Faktor umum yang mempengaruhi – yang dampaknya bervariasi berdasarkan jenis sel – termasuk suhu sel baterai; status pengisian daya perangkat (SOC); dan arus, atau daya, yang digunakan selama pengisian dan pengosongan. Mengenai status pengisian daya – jumlah pengisian daya, atau energi, dalam baterai – SOC yang menganggur penting saat baterai tidak digunakan dan jendela SOC (kisaran terjadinya perputaran) relevan saat perangkat sedang melakukan perputaran.

Tekanan mekanis, seperti getaran dan tekanan, merupakan faktor lain yang mempengaruhi penurunan kualitas baterai, namun untuk saat ini kami akan fokus pada tiga faktor di atas.

Suhu

Suhu memainkan peran penting dalam masa pakai baterai. Sebagian besar kimia sel mendapat manfaat dari penyimpanan dan penghentian pada suhu rendah, di bawah 20 C, karena hal ini memperlambat penuaan kalender dengan mengurangi kemungkinan reaksi samping. Pemalasan pada suhu yang lebih tinggi dapat meningkatkan laju degradasi secara signifikan.

Sebaliknya, sebagian besar teknologi sel sangat sensitif terhadap pengoperasian suhu rendah sehingga menimbulkan dilema. Karena suhu lebih dari 30 C hingga 40 C menjadi kurang optimal, titik terbaik untuk pengoperasian sel baterai adalah sekitar 15 C hingga 25 C, untuk sebagian besar kimia. Baterai berbasis nikel-mangan-kobalt (NMC) yang lebih baru sangat sensitif terhadap pengisian suhu rendah dan kerusakan berbahaya dapat terjadi jika pengisian daya pada suhu lebih rendah dari 10 C. Pada grafik di sebelah kiri, menunjukkan tiga sel NMC berkualitas tinggi dari jenis yang sama , laju degradasi sedikit ditingkatkan dengan mengurangi suhu pengoperasian sebesar 10 C, dari 25 C (garis oranye) menjadi 15 C (garis ungu). Namun, menurunkan suhu 10 C (garis biru) akan segera merusak baterai.

Pelapisan litium

Baterai litium-ion (li-ion) umumnya aman tetapi dalam kondisi tertentu – dalam suhu dingin, arus tinggi, atau dengan elektroda induk yang sudah terisi dengan baik – baterai dapat mengalami pelapisan litium. Contoh di atas menunjukkan dampak pelapisan pada suhu rendah. Pelapisan adalah suatu bentuk residu yang terjadi ketika ion litium membentuk endapan logam di dalam sel baterai. Seiring berjalannya waktu, proses ini dapat terakumulasi dan pada akhirnya menyebabkan arus pendek internal yang dapat memicu pelepasan panas – pelepasan panas dan gas secara cepat dan berbahaya.

SOC

Status pengisian daya mempunyai dampak besar pada masa pakai baterai. Baik SOC yang menganggur, selama tidak digunakan (yang menyangkut penuaan kalender), dan rentang atau jendela SOC selama pengoperasian (penuaan siklik) penting. Contoh berikut menunjukkan dua sel NMC yang identik.

Grafik di bawah menunjukkan evolusi degradasi dari dua kasus penggunaan sel NMC berkualitas tinggi yang hampir identik.

Keduanya hanya menggunakan sekitar 50% baterai, dan kasus penggunaan pertama (garis biru) melakukannya di bagian atas SOC, mulai terisi penuh dan turun hingga 50% sebelum terisi penuh kembali. Kasus penggunaan kedua (berwarna oranye) dimulai dengan daya terisi 50% dan berakhir hampir kosong. Seperti yang ditunjukkan grafik, dampak terhadap degradasi sangat luar biasa: baterai berwarna oranye akan bertahan dua kali hingga tiga kali lebih lama dibandingkan baterai berwarna biru, sehingga mengurangi total biaya kepemilikan hingga lebih dari setengahnya.

Namun perlu ditekankan, ini adalah contoh jenis sel tertentu dan perangkat serta sel lain mungkin berperilaku sangat berbeda. Sebagai aturan praktis, menghindari SOC di atas 90% dan di bawah 10% umumnya akan memperpanjang masa pakai baterai, namun ada pengecualian.