Studi Mengungkap Faktor Kunci dalam Umur Panjang Baterai Lithium-ion

Seiring kendaraan listrik, ponsel pintar, dan perangkat lain menuntut masa pakai baterai yang lebih lama, masa pakai siklus baterai lithium telah menjadi perhatian konsumen yang kritis. Di balik klaim pemasaran seperti "3.000 siklus pengisian daya" terdapat realitas teknis yang kompleks. Artikel ini menguji faktor-faktor yang memengaruhi masa pakai baterai lithium dan cara mengoptimalkan kinerjanya.

Kesalahpahaman umum menafsirkan "3.000 siklus" sebagai berarti baterai dapat diisi daya 3.000 kali. Kenyataannya, ini mengacu pada siklus pengisian-pengosongan yang lengkap. Satu siklus penuh terjadi ketika baterai dari terisi penuh ke benar-benar kosong dan kembali terisi penuh lagi. Menggunakan hanya setengah kapasitas baterai setiap hari sebelum mengisi ulang akan membutuhkan dua sesi pengisian daya untuk dihitung sebagai satu siklus penuh.

Misalnya, jika baterai lithium menggunakan 50% kapasitasnya setiap hari, dua sesi pengisian daya akan merupakan satu siklus penuh. Oleh karena itu, beberapa kali pengisian daya mungkin diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus.

Setiap siklus lengkap sedikit mengurangi kapasitas baterai. Degradasi alami ini tidak dapat dicegah, meskipun baterai berkualitas tinggi biasanya mempertahankan lebih dari 80% kapasitas asli setelah ribuan siklus. Ini menjelaskan mengapa banyak perangkat bertenaga lithium tetap berfungsi setelah bertahun-tahun digunakan. Akhirnya, penggantian baterai menjadi perlu.

Produsen biasanya mengukur masa pakai siklus pada kedalaman pengosongan (DOD) yang konstan. Misalnya, pada DOD 80%, baterai mungkin menyelesaikan sekitar 3.750 pengisian daya parsial untuk mencapai 3.000 siklus penuh. Penggunaan dunia nyata dengan pola pengosongan yang bervariasi membuat klaim "3.000 siklus" lebih sebagai referensi daripada jaminan.

Masa pakai baterai lithium berkorelasi dengan siklus pengisian daya yang selesai daripada jumlah pengisian daya sederhana. Pengosongan yang dalam lebih membebani baterai daripada yang dangkal. Mempertahankan tingkat pengisian daya menengah umumnya memperpanjang masa pakai baterai.

Sebagai ilustrasi, baterai lithium iron phosphate (LiFePO4) dengan kapasitas Q biasanya bertahan 2.000-3.000 siklus, yang berarti dapat menghasilkan energi total 2.000Q hingga 3.000Q selama masa pakainya. Menggunakan setengah kapasitas per siklus memungkinkan 4.000-6.000 pengisian daya; menggunakan sepertiga kapasitas memungkinkan 6.000-9.000 pengisian daya. Total keluaran energi tetap konstan terlepas dari pola pengisian daya.

Suhu sangat memengaruhi masa pakai baterai lithium. Suhu tinggi mempercepat reaksi kimia internal, menyebabkan kehilangan kapasitas yang lebih cepat. Paparan berkepanjangan di atas 30°C atau tegangan sel melebihi 4,10V mempercepat penuaan. Paparan suhu tinggi terus-menerus saat terisi penuh terbukti lebih merusak daripada siklus pengisian daya yang sering.

Menggunakan baterai lithium-ion di atas 35°C menyebabkan pengurangan daya yang progresif dan waktu operasional yang lebih pendek. Pengisian daya dalam kondisi seperti itu menyebabkan kerusakan yang lebih besar. Bahkan penyimpanan suhu tinggi merusak baterai. Mempertahankan suhu operasi normal mengoptimalkan masa pakai.

Sebaliknya, suhu di bawah 4°C juga memperpendek masa pakai baterai. Beberapa baterai ponsel lama tidak dapat diisi daya dalam kondisi dingin. Berbeda dengan kerusakan akibat panas, efek dingin seringkali dapat dibalik ketika suhu kembali normal.

Baterai lithium khusus dapat beroperasi dalam rentang suhu yang lebih luas, meskipun biasanya dengan biaya lebih tinggi.

Baterai lithium-ion mendominasi elektronik portabel dan kendaraan listrik karena kepadatan energinya yang tinggi, kinerja daya, dan masa pakai siklus yang relatif lama. Untuk memaksimalkan masa pakai:

• Hindari pengisian/pengosongan arus tinggi: Meminimalkan pulsa arus tinggi mengurangi tekanan pada baterai.
• Pertahankan suhu optimal: Rentang operasi ideal adalah 22-25°C.
• Adopsi kebiasaan pengisian parsial: Siklus pengisian-pengosongan dangkal mengungguli siklus kedalaman penuh.

Melalui manajemen yang cermat dan pola penggunaan yang dioptimalkan, pengguna dapat secara signifikan memperpanjang masa pakai baterai lithium, mengurangi frekuensi penggantian dan dampak lingkungan.