Li (litium)

Sebagian besar alat elektronik yang ada saat ini menggunakan tenaga listrik dari baterai dengan lithium-ion baterai karena kelebihan yang dimilikinya. Kelebihannya yang memiliki daya dan energi yang besar dibandingkan Ni-Cd dan Zinc-Mn baterai menjadikan baterai ini banyak diaplikasikan pada hampir semua jenis alat elektronik yang membutuhkan energi listrik.

Sifatnya yang rechargeable juga merupakan salah satu kelebihan yang dapat digunakan untuk penyimpan energi listrik untuk pembangkit listrik tenaga angin dan solar cell.

Sejarah Penemuan

Lithium-ion baterai pertama kali ditemukan oleh M.S. Whittingham pada tahun 1970 yang menggunakan titanium(II)sulfide sebagai katoda dan lithium metal sebagai anoda.

Dengan penelitian yang intensif selama lebih dari 20 tahun, akhirnya pada tahun 1991 Sony memproduksi secara komersial lithium-ion baterai pertama kalinya. Sejak produksi komersial tahun 1991, produksi Lithium-ion baterai mengalami kenaikan yang sangat pesat karena telah membuat revolusi didunia elektronik. Kenaikan produksi lithium-ion baterai pada tahun 2007 mencapai 22.4% di Jepang. Saat ini negara Jepang merupakan produsen baterai terbesar yang dimiliki oleh Sony, Panasonic, dan Toshiba. Lithium-ion baterai juga merupakan pemimpin produk beterai yang menguasai 46% atau sekitar 4 milliar US dollar pasar pada tahun 2007.

Sejak diproduksi tahun 1991, lithium-ion baterai tidak mengalami perubahan signifikan pada sifat kerja baterai ini. Ada 3 elemen yang berperan dalam proses discharge dan recharge yaitu: elektroda positif yang mengandung LiCoO2, elektroda negatif yang terbuat dari karbon grafit (C6), dan separator yang terbuat dari lapisan tipis plastik yang dapat dilalui oleh ion-ion. Pada proses discharge atau saat kita memakai baterai, Li+ ion bergerak dari negatif ke positif melalui separator, sehingga elektron bergerak dengan arah yang sama.

Aliran elektron inilah yang menghasilkan energi listrik.

Li1-xCoO2 + xLi+ + xe_ ↔　LiCoO2

LiC6 ↔ xLi+ + xe_ + 6C

Sifat logam lithium yang sangat reaktif membuat aliran ion lithium ini bereaksi spontan karena sifat logam lithium yang sangat oksidatif.

Kelebihan sifat logam lithium yang memberikan energi yang besar pada baterai disebabkan oleh daya oksidatif yang tinggi dan massa atom relatif yang kecil sehingga dengan berat yang lebih ringan, baterai ini dapat menghasilkan energi yang besar. Sebagai perbandingan, baterai Ni/Cd hanya memiliki energi sekitar 50 Watt.hour (Wh) dengan daya maksimum 1.2V sedangkan lithium-ion baterai memiliki sekitar 150 Wh dengan daya 3.7V untuk tiap 1 Kg-nya. Bahkan dari segi volume, tiap 1 dm3 lithium-ion baterai memiliki 500 Wh energi sedangkan Ni/Cd hanya sekitar 150 Wh. Dengan kelebihan ini, alat elektronik menjadi semakin ringan dan kecil.

Sifat reaktif lithium ini juga merupakan kendala dari pembuatan lithium-ion baterai. Kendala utama yang mempersulit bahkan merugikan produsen baterai dan konsumen adalah faktor keamanan. Dalam pembuatan lithium-ion baterai, tahap akhir sebelum dipasarkan adalah awal pengisian baterai sekitar 40% dari kapasitas. Tahap awal charging baterai merupakan tahap yang sangat rentan kebakaran. Salah satu peristiwa yang terjadi adalah di Jepang pada tahun 2007 dimana pabrik baterai Panasonic terbakar saat tahap pengisian baterai. Pada tahun 2006 dan 2008, Sony menarik lebih dari 10 juta baterai untuk PC-nya karena adanya kendala keamanan. Di tahap konsumen juga kadang terjadi insiden akibat lithium-ion baterai. Pada Juni 2006 di Ohsaka, salah satu notebook peserta konferensi tiba-tiba terbakar yang mengakibatkan kebakaran. Hal ini ternyata disebabkan oleh kontaminasi bubuk logam pada baterai.

Dari penelitian yang telah banyak dilakukan oleh produsen baterai, penyebab terjadinya api pada baterai ion lithium adalah kontak lithium dengan logam lain, overcharge, dan pemanasan. Sedikit saja lithium ini kontak dengan serbuk logam akan menyebabkan api, sehingga jangan pernah menusuk baterai dengan paku atau benda lain. Pemakaian charger yang tidak sesuai dimana mengisi baterai dengan tegangan diatas yang seharusnya dalam jangka waktu lama dapat menyebakan kebakaran. Dan pemanasan diatas 60 derajat juga dapat membahayakan pengguna. Namun, saat ini baterai telah dilengkapi dengan termometer dan polimer separator yang dapat mencegah bahaya oleh temperatur tinggi.

Salah satu kendala yang lain dari lithium-ion baterai ini selain keamanan adalah sumber lithium itu sendiri. Saat ini lithium terbanyak dimiliki oleh negara Chili yang menyimpan cadangan lithium sekitar 3 juta ton atau sekitar 73.2% cadangan dunia. Sedangkan di negara-negara lain adalah sisanya atau sekitar 26.8% yang setengahnya dimiliki oleh China. Sehingga, negara-negara produsen lithium-ion baterai sangat tergantung dari kondisi politik negara Chili.

Dengan kelebihan dan kekurangan yang dimiliki oleh lithium-ion baterai, sampai saat ini baterai ini tetap menjanjikan untuk energi listrik yang bebas polusi. Dengan kombinasi sumber energi listrik dari tenaga matahari dan angin, masa depan lithium-ion baterai yang akan digunakan tiap rumah dan kendaraan sebagai penyimpan energi listrik sangat berperan untuk mengurangi penggunaan listrik yang bersumber dari bahan fosil.

Toshiba berhasil membuat batere Lithium-Ion yang cukup diisi ulang (recharge) hanya dalam satu menit. Wow, jauh sekali dibandingkan dengan ponsel saya yang berkapasitas 700mAh harus direcharge dalam dua jam.

Batere ini bisa mengembalikan kapasitasnya sebanyak 80 persen hanya dalam satu menit dan setelah seribu kali direcharge hanya kehilangan kapasitas sebesar satu persen.

Berikut lima spesifikasi utama teknologi Toshiba ini:

1. Excellent Recharge Performance. Satu menit recharge 80 persen, untuk kapasitas penuh butuh beberapa menit.

2. High Energy Density. Kecil dan ringan, prototipe yang sudah dibuat berukuran tebal 3.8mm, tinggi 62mm dan lebar 35mm dengan kapasitas 600mAh.

3. Long Life Cycle. Diisi ulang 1000 kali dalam temperatur 25 derajat hanya kehilangan satu persen kapasitas.

4. Temperature. Bisa bekerja pada temperatur yang ekstrim, pada minus 40° sampai 25°

5. Eco-friendly Battery. Jika dipakai secara massal akan mengurangi polusi karbondioksida di lingkungan.

Baterai Lithium-Ion untuk Mobil

Toyota  telah berhasil mengembangkan teknologi terbaru  baterai lithium-ion yang sangat menjanjikan. Kehebatan baterai lithium-ion tersebut, daya simpannya 10 kali dari baterai lohtium yang ada sekarang. Tepatnya, sekali isi penuh bisa digunakan untuk menempuh jarak 160 km. Berarti, baterai yang dikembangkan Toyota bersama Universitas Tohoku, Jepang tersebut untuk sekali isi bisa digunakan untuk menempuh jarak 1.600 km. Hebat. Kekhawatiran baterai hanya untuk jarak pendek tak perlu lagi.

Baterai  lithium-ion baru tersebut lebih ringan dan ukurannnya juga lebih kecil dibandingkan dengan versi yang ada sekarang. Ditambahkan, Toyota baru akan membuat mobil hibrida plug-in dan mobil listrik secara massal setelah teknologi   sesuai dengan permintaan atau kebutuhan konsemen.

Perusahaan Panasonic Corp asal Jepang, telah melakukan pengembangan teknologi yang menyatukan cell baterai standard yang biasa digunakan untuk PC laptop di kendaraan bertenaga listrik. Baterai lithium-ion yang diaplikasikan Panasonic untuk kendaraan bertenaga listrik tersebut ditujukan untuk membuat mobil ramah lingkungan.

Teknologi membuat mobil ramah lingkungan tersebut dibuat dari separuh baterai lithium-ion yang dikembangkan untuk mobil listrik. Sebagai contoh, i-MiEV dari Mitsubishi Motors Corp, merupakan mobil listrik pertama di dunia yang dijual seharga 4.6 juta yen ($51,000) sebelum disubsidi pemerintah. Mobil listrik Mitsubishi Motors Corp i-MiEV tersebut rencananya alan dikeluarkan pada akhir Maret 2010 mendatang untuk corporate dan pemerintah.

Panasonic yang juga bersaing dengan Sony Corp yang menempati posisi pembuat electronic terbesar di dunia, mengatakan bahwa untuk komersialisasi baterai lithium-ion ini akan dilakukan dalam 4 tahun ke depan.

Kebanyakan cell-cell telah terisi 4.20 volt dengan toleransi +/-0.05V per Cell. Mengisi hanya 4.10V mengurangi kapasitas sebesar 10% tetapi tetapi dapat berumur lebih lama. Baterai-baterai keluaran baru mampu menyediakan siklus hitung baterai dengan mengisi hingga 4.20V per Cell.

Proses pengisian sebuah baterai lithium-ion-polymer mirip dengan lithium-ion. Baterai Li-Ion Polymer menggunakan gel (baca: jel) elektrolit untuk meningkatkan kemampuan konduksi. Dalam kebanyakan kasus, Li-Ion dan Li-Ion Polymer dapat berbagi charger yang sama.

Mempersiapkan baterai Li-Ion baru untuk digunakan

Tidak seperti baterai nickel dan lead-acid, satu pack baterai Li-Ion tidak membutuhkan siklus pengisian. Siklus disini dimaksudkan kalau baterai dalam keadaan 100% dan habis dipakai menjadi skitar 3%, maka pada saat pengisian kembali menjadi 100% lagi maka dianggap 1 cycle/siklus.

Pengisian awal sebelum digunakan hanya akan membuat perbedaan yang kecil saja karena kapasitas maksimum dari baterai Li-Ion sudah tersedia dari awal baterai itu diproduksi.

Syarat – syarat agar baterai tahan lama  :

Batasi waktu baterai berada pada 4.20V/cell. Tegangan tinggi dan berlangsung lama dapat menyebabkan korosi, apalagi pada saat temperaturnya naik gitcu loh. ( Sistem berbasis spinel tingkat kepekaannya kurang terhadap tegangan tinggi daripada system berbasis cobalt)
3.92V/cell adalah batas tegangan tertinggi untuk Li-ion berbasis cobalt. Pengisian baterai pada tegangan.

Dari berbagai sumber