Apa yang Dimaksud dengan Siklus Hidup Baterai? Definisi, Perhitungan, Faktor, dan Cara Memperpanjangnya

Seiring dengan berkembangnya sistem penyimpanan energi, kendaraan listrik, dan teknologi lithium-ion dengan cepat di seluruh dunia, masa pakai baterai menjadi salah satu indikator kinerja baterai yang paling penting. Baik digunakan dalam elektronik konsumen, EV, atau penyimpanan energi stasioner, masa pakai baterai secara langsung menentukan masa pakai baterai, nilai ekonomis, dan keandalan jangka panjang.

Memahami masa pakai baterai membantu pengguna mengevaluasi opsi baterai yang berbeda dan memungkinkan perancang sistem membangun solusi yang lebih tahan lama, ekonomis, dan ramah lingkungan.

Artikel ini memberikan gambaran lengkap mengenai apa itu masa pakai baterai, bagaimana mengukurnya, mengapa hal ini penting, faktor-faktor yang mempengaruhinya, dan cara memperpanjang masa pakai baterai dalam aplikasi dunia nyata.

Apa yang dimaksud dengan PCS?

Masa Pakai Baterai mengacu pada jumlah siklus pengisian dan pengosongan baterai yang dapat diselesaikan baterai dalam kondisi pengujian yang ditentukan sebelum kapasitas atau dayanya menurun hingga persentase tertentu dari nilai awalnya. Ambang batas standar industri adalah 80%. Ini berarti masa pakai siklus baterai dianggap selesai ketika kapasitasnya menurun dari 100% awal menjadi 80%.

Untuk baterai dengan kapasitas awal 1000Ah, masa pakai siklusnya adalah jumlah siklus yang diselesaikan sebelum kapasitasnya turun menjadi 800Ah.

Siklus penuh didefinisikan sebagai proses di mana debit kumulatif mencapai 100% dari kapasitas pengenal baterai, terlepas dari jumlah pengisian daya individual.

Sebagai contoh: Jika Anda menggunakan 60% dari kapasitas baterai dalam satu hari, mengisi ulang hingga penuh dalam semalam, lalu menggunakan 40% keesokan harinya, maka debit kumulatifnya adalah 100%-sehingga menyelesaikan satu siklus. Sederhananya, satu siklus selesai ketika total energi yang dikeluarkan sama dengan 100% kapasitas baterai.

Mengapa Masa Pakai Baterai Penting?

Bagi pengguna yang ingin memaksimalkan kinerja, meminimalkan degradasi, dan memperpanjang masa pakai, memahami pentingnya masa pakai sangat penting. Dalam elektronik konsumen, EV, atau sistem penyimpanan energi skala perumahan dan utilitas, masa pakai secara langsung menentukan keandalan, keekonomisan, dan kegunaan jangka panjang.

Berdampak pada Masa Pakai Produk dan Pengalaman Pengguna

Masa pakai yang lebih lama berarti baterai dapat beroperasi dengan andal untuk waktu yang lebih lama sebelum kapasitasnya menurun ke tingkat yang tidak dapat digunakan.

• Elektronik: Memberikan masa pakai baterai yang lebih stabil dan masa pakai produk yang lebih lama.
• Sistem Penyimpanan Energi : Umur siklus menentukan kelayakan ekonomi proyek.
• Kendaraan listrik: Paket baterai adalah komponen yang paling mahal. Masa pakai yang lebih lama akan meningkatkan keekonomisan secara keseluruhan dan meningkatkan kepercayaan konsumen.

Oleh karena itu, masa pakai tidak hanya memengaruhi pengalaman pengguna, tetapi juga menentukan nilai jangka panjang perangkat.

Menentukan Total Biaya Kepemilikan

Siklus hidup secara langsung berdampak pada biaya operasi jangka panjang.

Sebagai contoh: Pada ESS, jika masa pakai baterai hanya 2.000 siklus, baterai mungkin perlu diganti dalam siklus hidup proyek selama 10 tahun, yang menyebabkan biaya perawatan yang tinggi.

Jika umur siklus mencapai 6.000 siklus atau lebih, meskipun investasi awal mungkin lebih tinggi, LCOE jangka panjang akan lebih rendah, sehingga menawarkan keekonomisan yang lebih baik.

GODE 1907 ESS, dengan manajemen suhu yang sehat, rentang State of Charge (SOC) yang terkendali, dan C-rate yang masuk akal, dapat mencapai masa pakai 6.000+ siklus. Hal ini menjadikannya sumber daya yang stabil untuk jaringan mikro dan aplikasi di luar jaringan, yang mewakili investasi jangka panjang dengan pengembalian tinggi.

Kepedulian Lingkungan dan Kemanusiaan

Masa pakai yang lebih lama berarti lebih sedikit penggantian baterai, konsumsi bahan baku yang lebih sedikit, beban lingkungan yang lebih rendah, dan keselarasan yang lebih baik dengan tujuan keberlanjutan global.

Baterai yang tahan lama turut berkontribusi pada:

• Mengurangi frekuensi penggantian baterai
• Tekanan yang lebih rendah pada sumber daya selama produksi
• Berkurangnya volume limbah yang harus dibuang
• Berkurangnya permintaan untuk menambang mineral penting seperti litium, nikel, dan kobalt

Masalah sumber daya kobalt perlu mendapat perhatian khusus. Republik Demokratik Kongo memiliki lebih dari 50% cadangan kobalt di dunia, dan kobalt adalah bahan utama dalam baterai dan elektronik. Namun, sektor ASM sering kali melibatkan masalah yang parah eksploitasi pekerja anak.

Memperpanjang masa pakai baterai tidak hanya mengurangi ketergantungan pada mineral penting seperti kobalt, tetapi juga mewakili sikap kemanusiaan yang bertanggung jawab untuk melindungi anak-anak dan kelompok rentan.

Cara Menghitung Umur Siklus Baterai

Masa pakai baterai bukan sekadar jumlah waktu pengisian daya; ini adalah metode pengujian ilmiah berdasarkan standar resmi, prosedur yang ketat, dan kriteria yang jelas. Menurut Panduan Uji Baterai U.S. Advanced Battery Consortium (USABC), proses penghitungan lengkap melibatkan langkah-langkah berikut:

Langkah 1: Tes Dasar Awal

Pada suhu tertentu (biasanya 25°C atau 30°C) dan tingkat pengosongan (misalnya, C/3), lakukan pengosongan standar pada baterai yang terisi penuh untuk mengukur kapasitas awal (C_awal), yang berfungsi sebagai patokan.

Langkah 2: Lakukan Pengujian Siklus

Melakukan siklus berulang sesuai dengan profil pengujian yang ditetapkan, misalnya:

• 100% atau 80% DoD
• Memperbaiki C/3, C/2, dll.
• Lingkungan suhu konstan

Secara berkala (misalnya, setiap 25 atau 50 siklus), ulangi prosedur uji dasar untuk mengukur kapasitas arus (C_current).

Langkah 3: Perekaman Data dan Penentuan Titik Akhir

Catat pemudaran kapasitas secara terus menerus dan hitung Retensi Kapasitas:
Retensi Kapasitas = (C_sekarang / C_awal) × 100%

Pengujian diakhiri ketika Retensi Kapasitas pertama kali turun di bawah 80%.

Jumlah total siklus yang terakumulasi pada titik ini adalah masa pakai baterai dalam kondisi spesifik tersebut.

Langkah4: Catatan Profesional Utama

Masa pakai siklus sangat bergantung pada kondisi pengujian.

Temperatur, tingkat DoD, dan C-rate yang berbeda dapat menyebabkan variasi yang signifikan dalam masa pakai yang dilaporkan. Oleh karena itu, laporan masa pakai siklus profesional harus menyatakan dengan jelas:

• Suhu
• DOD
• C-rate
• Jendela tegangan
• Kondisi sekitar

Sebagai contoh: “Umur siklus≥3000 siklus pada 25°C, DoD 80%, tingkat pengisian/pengosongan C/3.” Membahas masa pakai tanpa menyatakan kondisi pengujian tidak ada artinya.

Apa yang Mempengaruhi Masa Pakai Baterai?

Masa pakai baterai dipengaruhi oleh banyak faktor. Memahami hal ini sangat penting untuk desain sistem, pemilihan baterai, dan penggunaan sehari-hari.

Kimia Baterai

Bahan kimia yang berbeda pada dasarnya memiliki masa pakai yang berbeda.

• LFP: Struktur yang stabil, perubahan volume yang minimal, umur yang panjang, sering melebihi 3.000 siklus.
• NMC: Kepadatan energi tinggi, tetapi stabilitas struktural yang lebih rendah di bawah siklus yang dalam, biasanya umurnya lebih pendek daripada LFP.
• Asam timbal: Umur pendek (300-500 siklus), lebih cocok untuk aplikasi awal daripada bersepeda dalam.

Suhu

Penurunan kapasitas baterai berkaitan erat dengan suhu. Degradasi minimal pada suhu kamar tetapi meningkat selama penyimpanan atau penggunaan pada suhu tinggi (biasanya di atas 35°C) atau suhu rendah (biasanya di bawah 5°C).

Sebuah studi yang diterbitkan dalam Scientific Reports menemukan bahwa meskipun kapasitas penyimpanan maksimum meningkat seiring dengan kenaikan suhu dari 25°C ke 45°C, namun kapasitas penyimpanan mulai berkurang dengan kenaikan suhu lebih lanjut.

Mengingat bahwa penurunan performa lebih parah pada suhu tinggi, paparan yang terlalu lama terhadap panas yang ekstrem akan memperpendek masa pakai baterai secara signifikan. Hindari paparan suhu tinggi dalam waktu lama.

Kedalaman Pembuangan

DoD mengacu pada persentase total kapasitas baterai yang habis dalam satu siklus. Ini adalah salah satu faktor yang paling dapat dikontrol pengguna untuk memperpanjang masa pakai.

Sering mengisi daya hingga di atas 90% dan pemakaian di bawah 10% dapat mempercepat pemudaran kapasitas.

Hindari menjalankan baterai hingga mati sebelum mengisi ulang. Mengisi ulang baterai secara teratur adalah kebiasaan yang lebih baik.

C-rate

C-rate mengukur intensitas arus pengisian/pengosongan. Meskipun pengisian/pengosongan arus tinggi memenuhi kebutuhan pengisian energi yang cepat, namun hal ini secara nyata merusak masa pakai.

Arus yang tinggi menghasilkan lebih banyak panas Joule, meningkatkan polarisasi, dan mempercepat tekanan mekanis pada bahan aktif dan kerusakan lapisan SEI, sehingga memperpendek masa pakai.

Rentang Status Pengisian Daya

Menjaga baterai pada kondisi pengisian daya yang tinggi atau tegangan tinggi untuk waktu yang lama juga dapat merusak masa pakai baterai.

Untuk penyimpanan jangka panjang, pertahankan SOC antara 40% dan 80%.

Dalam penggunaan sehari-hari, menetapkan batas pengisian daya maksimum ke 90% atau 80% dapat secara efektif memperpanjang masa pakai.

Kualitas Produksi

Masa pakai siklus akhir baterai tergantung pada proses manufaktur yang canggih dan kontrol kualitas.

Faktor-faktor seperti kelembaban/suhu produksi yang ekstrem, lapisan elektroda yang tidak rata, keselarasan yang buruk dalam penumpukan/lilitan, dan ketidakkonsistenan antara sel individu, semuanya berdampak pada masa pakai.

Memilih merek yang memiliki reputasi baik dengan proses manufaktur yang canggih adalah hal yang mendasar untuk mendapatkan baterai yang tahan lama.

Cara Memperpanjang Masa Pakai Baterai

Dalam praktiknya, masa pakai baterai tidak tetap; ini bervariasi secara signifikan berdasarkan kebiasaan pengguna, suhu lingkungan, dan metode pengisian/pengosongan daya. Kabar baiknya, Anda dapat memperpanjang masa pakai baterai dengan perawatan yang tepat. Berikut ini adalah strategi yang paling praktis dan dapat ditindaklanjuti:

Mempertahankan Jangkauan DoD 40-80%

Pelepasan yang dalam memberikan tekanan tinggi pada material elektroda, menyebabkan kerusakan permanen seperti ekspansi struktural, delaminasi, dan retakan mikro.

Menggunakan baterai dalam kisaran SOC 40-80% dapat meningkatkan masa pakainya secara signifikan.

Untuk sistem penyimpanan energi, siklus antara 20% dan 80% adalah yang paling umum.

Ikuti C-rate yang Direkomendasikan Produsen

Kimia baterai yang berbeda dapat menahan C-rate yang berbeda. Tingkat yang terlalu tinggi dapat menyebabkan panas berlebih, polarisasi tinggi, dan risiko pelapisan lithium.

Mematuhi tingkat pengisian/pengosongan yang direkomendasikan oleh produsen akan memperpanjang usia pakai secara signifikan. ESS industri biasanya menggunakan tingkat 0,25C hingga 0,5C untuk memperpanjang masa pakai.

Selalu gunakan pengisi daya asli atau peralatan bersertifikat.

Penelitian oleh tim Paul Gasper, yang diterbitkan dalam Journal of Energy Storage, melibatkan uji penuaan yang dipercepat pada baterai dari berbagai produsen, dengan bahan kimia yang berbeda (LFP vs NMC) dan desain. Hasilnya menegaskan bahwa masa pakai siklus sangat sensitif terhadap kondisi penggunaan seperti suhu, DoD, jendela tegangan, dan C-rate.

Menerapkan kebiasaan sederhana namun penting ini dapat secara signifikan memperlambat kurva penurunan kapasitas, menjaga baterai pada kapasitas yang dapat digunakan lebih tinggi dan memastikan masa pakai yang lebih lama.

Kesimpulan

Dengan latar belakang global untuk mempercepat penyebaran energi terbarukan, mengurangi ekstraksi sumber daya, dan mempromosikan pembangunan berkelanjutan, memperpanjang masa pakai baterai tidak hanya menghemat biaya tetapi juga mengurangi kebutuhan pertambangan, mengurangi limbah, dan berkontribusi positif terhadap lingkungan dan kemanusiaan.

Menguasai prinsip-prinsip utama yang diuraikan dalam artikel ini-mengendalikan DoD, menghindari suhu tinggi, meminimalkan pengisian daya cepat, dan mempertahankan C-rate yang wajar dapat secara signifikan meningkatkan keandalan dan masa pakai baterai, sehingga setiap kilowatt-jam energi menjadi lebih berharga.