Baterai Start-Stop untuk Kendaraan Listrik Hibrida
Tinjauan Umum Kendaraan Hibrida Ringan dan Baterai Start-Stop
Pasar otomotif, yang sebelumnya mengalami pertumbuhan penjualan yang berkelanjutan, tiba-tiba mengalami kontraksi setelah tahun 2009. Produksi kendaraan listrik mulai semakin berfokus pada sektor "hijau" kendaraan listrik hibrida dan kendaraan listrik murni. Memasang sistem start-stop menggunakan baterai Starter-Lighting-Ignition (SLI) konvensional menuntut penerimaan pengisian daya dan kepadatan energi yang sangat tinggi, sekaligus memberikan kinerja start-up yang unggul dibandingkan baterai SLI standar. Pendekatan ini mengurangi emisi CO₂, namun sistem tersebut masih belum memenuhi target emisi pemerintah. Untuk mendekati tingkat biaya yang dapat diterima, lebih banyak fungsi dialihkan dari mesin ke baterai. Hal ini pada dasarnya menuntut baterai yang mampu menghasilkan daya dan keluaran energi yang lebih besar secara andal, sekaligus beroperasi pada tingkat pengisian/pengosongan daya yang tinggi dalam kondisi pengisian parsial tingkat tinggi (HRPSoC). Baterai timbal-asam yang digunakan dalam kondisi seperti itu menunjukkan masa pakai yang lebih pendek, sehingga memaksa produsen kendaraan listrik untuk mengadopsi baterai nikel-metal hidrida (NiMH) dan litium-ion (Li-ion).
Untuk mempertahankan dan memperluas posisi pasar baterai timbal-asam yang kuat, diperlukan baterai baru dengan energi, daya, dan umur panjang yang ditingkatkan. Tren penggantian baterai SLI terus meningkat, sementara kendaraan yang dilengkapi sistem start-stop mendapatkan manfaat pengurangan emisi CO2 tambahan sebesar 3%-8%. Kendaraan listrik "hibrida ringan" dan "hibrida penuh" mencapai pengurangan CO2 yang lebih besar (15%-40%). Kendaraan listrik plug-in atau "hibrida penuh" lebih ramah lingkungan. Proyeksi menunjukkan bahwa penjualan kendaraan listrik "hibrida ringan", yang mampu mengurangi emisi CO2 sebesar 10%-20%, akan terus tumbuh hingga tahun 2020-2025. Sebaliknya, kendaraan listrik "hibrida penuh" atau hibrida plug-in akan menggunakan baterai nikel-metal hidrida dan litium-ion. Kendaraan listrik hibrida ringan masih terutama mengandalkan baterai timbal-asam. Hal ini menghadirkan peluang bisnis yang langka dan signifikan untuk baterai timbal-asam berkinerja tinggi. Selama 30 tahun ke depan, apakah baterai timbal-asam canggih dapat menjadi sumber energi utama untuk kendaraan listrik bergantung pada kemampuannya memberikan umur panjang dan kinerja tinggi.
Beberapa pertemuan Advanced Lead-Acid Battery Alliance telah membahas baterai timbal-asam. Penyebab masa pakai yang pendek dan mekanisme kegagalannya, beserta solusi industri yang efektif untuk mengatasi masalah ini, telah muncul selama dekade terakhir. Pendekatan yang paling signifikan adalah penambahan aditif karbon ke anoda untuk mencegah sulfasi yang disebabkan oleh kondisi HRPSoC. Baterai super yang menggunakan pelat elektroda negatif berkapasitas tinggi berbasis karbon dari Furukawa dan East Penn telah bermunculan. Produsen di Asia, Eropa, dan Amerika Serikat telah menggabungkan bubuk karbon dengan luas permukaan tinggi ke dalam material aktif elektroda negatif. Meskipun pendekatan ini memperpanjang masa pakai, parameter kinerja lainnya tetap tidak berubah.
Baterai timbal-asam hanya menggunakan 35%–40% dari kapasitas material aktif teoretisnya, yang merupakan alasan utama rendahnya kapasitas spesifik dan daya spesifiknya. Pada baterai timbal-asam canggih, peningkatan penggunaan material aktif menawarkan potensi signifikan untuk meningkatkan energi spesifik dan daya spesifik (Wh/kg, W/kg) hingga 2–3 kali lipat. Di sini, contoh sukses diberikan: pemilihan jaringan yang menguntungkan dan penerapan desain bipolar untuk meningkatkan energi spesifik dan daya spesifik.
Parameter Kinerja Elektroda Bipolar dan Grid yang Disempurnakan
| Barang | Baterai Referensi (Baterai Kontrol) | Jaringan Baru 1 | Jaringan Baru 2 | Baterai Bipolar |
|---|---|---|---|---|
| Energi Spesifik (Wh/kg) | 45 | 45 | 45 | 55 |
| Daya Spesifik (W/kg) | 450 | 1200 | 900 | 540 |
Penambahan aditif karbon ke baterai timbal-asam canggih tidak hanya sekadar menggabungkannya ke dalam komposisi bahan aktif elektroda negatif. Bentuk karbon canggih dapat menggantikan timbal logam pada kisi-kisi. Kisi-kisi karbon yang dikombinasikan dengan pasta timbal yang sesuai menunjukkan stabilitas dan daya tahan siklus yang jauh lebih unggul, sebanding dengan baterai nikel-metal hidrida dan litium-ion, seperti yang diilustrasikan pada bagan di atas.
Baterai timbal-asam yang digunakan dalam kendaraan listrik hibrida menunjukkan penuaan dini kapasitasnya. Selain itu, korosi dan perawatan menimbulkan biaya tambahan. Penyebab utamanya adalah mode operasi: baterai digunakan bukan dalam kondisi pengisian daya mengambang, melainkan dalam kondisi terisi sebagian dengan siklus pengisian/pengosongan daya yang tinggi. Hal ini menyebabkan sulfasi pada pelat negatif, yang menyebabkan penurunan kapasitas dan berkurangnya masa pakai. Meskipun demikian, kinerja baterai timbal-asam dipastikan terus meningkat. Banyak desain baru dapat memenuhi persyaratan aplikasi modern yang paling menuntut. Penelitian lebih lanjut akan memastikan baterai timbal-asam tetap menjadi sumber daya kimia terlaris.
