Para ilmuwan telah mengembangkan seuah baterai lithium ion yang dapat mengisi daya lebih cepat. Meskipun pengisiannya dilakukan pada suhu tinggi untuk meningkatkan laju reaksinya, namun berada pada suhu rendah saat digunakan. Sebuah rancangan baterai yang saat digunakan untuk mentenagai kendaraan listrik, akan diperlukan waktu hanya 10 menit untuk pengisiannya.
Para peneliti dari Pennsylvania State University menyajikan karyanya yang dipublikasikan di jurnal Joule .
Para ilmuwan telah mengakui perlunya merancang sebuah baterai untuk kendaraan listrik yang mampu mengisi daya sangat cepat untuk memenuhi kebutuhan pengemudinya. Namun, kecepatan pengisian daya yang sedemikian cepat akan membutuhkan sebuah baterai yang secara cepat mampu mengambil energi sebesar 400 kilowatt, sebuah prestasi yang tidak dapat dicapai oleh kendaraan saat ini karena beresiko pelapisan lithium (pembentukan logam lithium di sekitar anoda), yang akan sangat memperburuk masa pakai baterai.
Sementara baterai lithium konvensional saat diisi dan digunakan berada pada suhu yang sama, para peneliti menemukan bahwa mereka dapat menghindari masalah pelapisan lithium dengan mengisi baterai pada suhu tinggi 60 derajat Celcius selama beberapa menit, kemudian menggunakannya pada suhu yang lebih dingin.
“Selain pengisian yang cepat, desain ini memungkinkan kita membatasi waktu pemaparan baterai hingga suhu pengisian tinggi, sehingga menghasilkan siklus pemakaian yang sangat lama,” kata penulis senior Chao-Yang Wang, seorang insinyur mekanik dari Pennsylvania State University. “Kuncinya adalah mewujudkan pemanasan secara cepat; jika tidak, baterai akan tertahan pada suhu tinggi yang terlalu lama, menyebabkan degradasi parah.”
Untuk mempersingkat waktu pemanasan dan memanaskan seluruh baterai pada suhu yang seragam, Wang dan rekannya melengkapi desain baterai lithium ion dengan struktur nikel yang mampu memanaskan sendiri yang dipanaskan lebih awal dalam waktu kurang dari tiga puluh detik.
Untuk menguji modelnya, para peneliti mengisi tiga buah baterai sel grafit yang dirancang untuk kendaraan listrik hibrida pada suhu 40, 49, dan 60 derajat Celcius, serta kontrol pada suhu 20 derajat Celcius, menggunakan berbagai strategi pendinginan untuk mempertahankan suhu muatan secara konstan.
Wang dan tim menemukan bahwa baterai yang dipanaskan lebih dulu hingga 60 derajat Celcius dapat menopang proses pengisian yang sangat cepat untuk 1.700 siklus, sementara sel kontrol hanya dapat mengimbangi 60 siklus saja. Pada suhu pengisian rata-rata antara 49 hingga 60 derajat Celcius, penelitian ini tidak mengamati adanya pelapisan lithium. Para peneliti juga mengamati bahwa peningkatan suhu muatan sangat mengurangi pendinginan yang diperlukan untuk mempertahankan sel pada suhu awalnya — sel kontrol menghasilkan 3,05 watt-jam, sedangkan sel 60 derajat-Celcius hanya menghasilkan 1,7 watt-jam.
“Di masa lalu, secara universal diyakini bahwa baterai lithium ion harus menghindari pengoperasian pada suhu tinggi karena kekhawatiran reaksi samping yang dipercepat,” kata Wang. “Studi ini menunjukkan bahwa manfaat dari pelapisan lithium yang dimitigasi pada suhu tinggi dengan waktu paparan terbatas jauh lebih besar daripada dampak negatif yang terkait dengan reaksi samping yang diperburuk.”
Foil nikel meningkatkan biaya setiap sel sebesar 0,47%, tetapi karena desain menghilangkan kebutuhan untuk pemanas eksternal yang digunakan dalam model saat ini, itu sebenarnya menurunkan biaya produksi setiap paket.
“Kami sedang berupaya mengisi baterai kendaraan listrik yang padat energi dalam lima menit tanpa merusaknya,” katanya. “Ini akan membutuhkan sebuah elektrolit dan bahan aktif yang sangat stabil di samping struktur pemanas-mandiri yang telah kami ciptakan.”
