Masa Pakai Baterai Lithium-ion yang Diisi dengan Arus Tinggi Meningkat 50%

Para peneliti menemukan cara mengejutkan untuk meningkatkan performa baterai

• Mengapa pengisian pertama baterai lithium-ion itu penting

  • Pengisian pertama baterai adalah proses penting yang menentukan performa dan masa pakai baterai
  • Menurut riset dari SLAC-Stanford Battery Center, jika pengisian pertama dilakukan dengan arus tinggi, masa pakai baterai meningkat 50% dan waktu pengisian awal dipersingkat dari 10 jam menjadi 20 menit

• Peningkatan performa baterai melalui machine learning ilmiah

  • Tim peneliti menggunakan machine learning ilmiah untuk menemukan perubahan tertentu pada elektroda baterai
  • Perubahan ini memberikan wawasan penting bagi produsen baterai untuk mengoptimalkan proses dan meningkatkan produk

• Latar belakang riset dan kolaborasi

  • Riset ini dilakukan melalui kolaborasi antara tim SLAC/Stanford, Toyota Research Institute (TRI), MIT, dan University of Washington
  • Sebagai bagian dari riset keberlanjutan SLAC, temuan ini berkontribusi pada upaya membuat teknologi penting untuk transisi energi menjadi lebih murah

• Dampak praktis pada manufaktur baterai

  • Hasil riset ini berdampak praktis bukan hanya pada kendaraan listrik dan jaringan listrik, tetapi juga pada teknologi lain
  • Manufaktur baterai adalah proses yang sangat menghabiskan modal, energi, dan waktu, serta sulit dioptimalkan
  • Hasil riset ini menyajikan pendekatan umum untuk memahami dan mengoptimalkan tahap penting dalam manufaktur baterai

"Lapisan squishy", kunci performa baterai

• Memahami siklus awal baterai

  • Tim peneliti membuat pouch cell yang katoda dan anodanya dikelilingi larutan elektrolit
  • Saat baterai diisi, ion litium bergerak ke anoda dan disimpan di sana
  • Saat baterai dikosongkan, ion litium bergerak ke katoda dan membuat elektron mengalir

• Pentingnya lapisan SEI

  • Selama pengisian pertama, sebagian litium menjadi tidak aktif dan membentuk lapisan SEI (solid electrolyte interphase)
  • Lapisan SEI melindungi anoda sehingga memperpanjang masa pakai baterai

Arus pengisian tinggi meningkatkan performa baterai

• Masalah pada metode pengisian arus rendah yang selama ini digunakan

  • Produsen umumnya melakukan pengisian pertama dengan arus rendah untuk membentuk lapisan SEI
  • Namun, pengisian arus rendah memakan banyak waktu dan biaya

• Keunggulan pengisian arus tinggi

  • Tim peneliti mengonfirmasi hasil riset terbaru bahwa pengisian arus tinggi tidak menurunkan performa baterai
  • Pengisian arus tinggi meningkatkan masa pakai baterai sebesar 50% dan menaikkan rasio litium tidak aktif pada tahap awal

• Optimasi melalui machine learning ilmiah

  • Tim peneliti menggunakan machine learning ilmiah untuk mengidentifikasi faktor-faktor penting
  • Suhu dan arus pengisian muncul sebagai faktor yang paling penting

Tentang SLAC

• SLAC National Accelerator Laboratory
  • SLAC adalah lembaga riset yang mengeksplorasi prinsip dasar alam semesta dan materi serta mengembangkan alat-alat canggih
  • Berdasarkan lebih dari 60 tahun riset, SLAC merintis masa depan di berbagai bidang seperti teknologi kuantum, scientific computing, dan pengembangan akselerator generasi berikutnya

Ringkasan GN⁺

• Riset ini menunjukkan cara mengoptimalkan proses pengisian pertama baterai lithium-ion untuk meningkatkan masa pakai baterai sebesar 50%
• Dengan memanfaatkan machine learning ilmiah, para peneliti mengidentifikasi faktor-faktor penting dan menemukan kondisi pengisian yang optimal
• Temuan ini memberikan wawasan penting bagi produsen baterai untuk memperbaiki proses dan menekan biaya
• Riset ini dapat berdampak praktis bukan hanya pada kendaraan listrik dan jaringan listrik, tetapi juga pada teknologi lain
• Produk dengan fungsi serupa mencakup teknologi baterai Tesla dan solusi baterai Panasonic

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Berdasarkan pengalaman bekerja di industri, saya agak skeptis terhadap riset ini. Kondisi pengisian awal yang berbeda mungkin bisa menunjukkan performa yang lebih baik

  • Saya penasaran seberapa besar pertumbuhan SEI mengubah impedansi sel, dan apa dampaknya terhadap kapasitas

• Jika hasil ini terbukti dalam produksi, ini akan menjadi temuan yang sangat menarik. Variabel proses yang tersembunyi jadi terlihat jelas

• Saya pernah bisa menghidupkan kembali baterai lithium yang benar-benar habis dengan menghubungkannya ke baterai yang terisi penuh selama beberapa detik

• TLDR: Selama pengisian "formation" awal baterai, sebagian lithium menjadi tidak aktif dan membentuk lapisan pelindung (SEI) di sekitar anoda. Penelitian ini menemukan bahwa dengan menggunakan arus pengisian awal yang lebih tinggi, 30% menjadi SEI. Ini mengurangi kapasitas baterai, tetapi memperkuat lapisan pelindung elektroda dan memberikan umur pakai yang lebih baik selama siklus pengisian

• Jika lapisan SEI yang baik itu penting, saya jadi berpikir apakah lapisan itu bisa dibentuk terlebih dahulu pada elektroda sebelum baterai dirakit. Dengan begitu, bentuk lapisannya mungkin bisa dibuat lebih seragam

• Saya bingung... apakah ini prediksi atau sesuatu yang sudah diverifikasi secara eksperimen

• Makalah terbaru menemukan bahwa jika diisi dengan gelombang persegi frekuensi 2khz pada arus dua kali lipat, degradasi baterai hampir hilang

• Apa yang dimaksud umur pakai baterai? Apakah degradasi kapasitas atau kegagalan acak?

  • Jika temuan ini memperlambat degradasi kapasitas tetapi membuat baterai EV 100 kali lebih mungkin gagal secara spontan($$$), itu bukan perbaikan yang nyata. Untuk perangkat konsumen mungkin masih oke

• Mungkin ini seperti membakar mikrostruktur agar pembentukan filamen menjadi lebih stabil, seperti cara listrik bertegangan tinggi mengukir kayu

• TL;DR arus tinggi membuat lapisan pada anoda terbentuk secara berbeda (dan tentu saja lebih cepat). Sebelumnya orang mengira pengisian awal yang lambat menghasilkan formation yang lebih baik. Ini adalah perbaikan bertahap dalam penyetelan proses, bukan perubahan yang mendasar