Penggunaan Bateri Litium Menyokong Teknologi Hijau
Penggunaan Bateri Litium Menyokong Teknologi Hijau
Oleh: Hamdan Hj. Abu
BATERI dalam takrifan saintifik, ialah sesuatu sumber yang menukarkan tenaga kimia yang terkandung dalam bahan aktifnya kepada tenaga elektrik melalui tindak balas pengurangan pengoksidaan elektrokimia (Redoks). Kaedah tindak balas ini melibatkan pemindahan elektron daripada satu bahan ke bahan lain melalui litar elektrik.
Bateri umpama bahan yang memberi kuasa kepada sesuatu peralatan atau peranti elektrik atau elektronik untuk berfungsi seperti telefon pintar dan tablet, peranti pertukangan seperti gerudi bermotor dan gergaji elektrik, peralatan rumah seperti lampu suluh, kamera dan penyedut hampagas, peralatan perubatan seperti alat tekanan darah, oxymeter dan alat pacu jantung (defibrilator), permainan kanak-kanak dan pelbagai peralatan tanpa wayar yang lain.
Bateri mengandungi dua terminal elektrik yang dipanggil katod dan anod, dipisahkan oleh bahan kimia yang dipanggil elektrolit. Katod ialah terminal negatif manakala anod ialah terminal positif pada bateri. Untuk menerima dan melepaskan tenaga, bateri digandingkan dengan litar luaran atau kepada peralatan.
Malah, peralatan yang dahulunya menggunakan kuasa elektrik seperti radio, kipas angin, alat pancutan air (water jet), sistem siar raya mini dan lain-lain kini sudah banyak dikuasakan menggunakan bateri bagi memudahkan peralatan tersebut digunakan tanpa wayar.
Terdapat berbagai kategori dan jenis bateri, bentuk, kuasa dengan kualiti dan saiz yang berbeza. Dalam dunia mesin atau peralatan tanpa wayar (cordless) terdapat tiga jenis bateri yang digunakan iaitu Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metal Hydride (NiMH), Litium-ion (Li-ion) dan Litium Phospate (LiFePO₄). Bagaimanapun makalah ini hanya memfokuskan bateri Li-ion dan bateri LiFePO₄) yang boleh di cas semula yang banyak digunakan dalam kehidupan masa kini. Bagaimanapun LiFePO₄ adalah sub-kategori kepada bateri Li-ion, bukan jenis yang berasingan sepenuhnya.
Walaupun begitu, semua jenis bateri mempunyai kapasiti seperti jumlah sel, voltan (V) dan arus (A) yang berlainan serta juga tempoh hayat yang tertentu. Bateri diukur dari nilai voltannya seperti 3.2V, 6.4V, 12.8, 25.6V dan lain-lain manakala arusnya berbagai-bagai daripada 1.1A sehingga 400A atau yang lebih tinggi. Pemilihan voltan yang mencukupi untuk sesuatu peranti amat penting supaya peranti tersebut dapat berfungsi secara optimum. Kesilapan menentukan voltan dan juga arus bateri boleh menyebabkan peranti cepat rosak atau tidak dapat digunkan secara berkesan.
Sejarah Bateri terdahulu
Bateri Nickel-Cadmium (NiCd) ialah bateri yang paling lama berbanding Nickle-Metal Hybrid (NiMH) atau litium. Bateri NiCd dicipta oleh Waldemar Jungner pada tahun 1899. Bateri ini disebut Nickel Cadmium kerana ia menggunakan elektrod daripada bahan Nickel dan Cadmium yang direndam di dalam cecair alkali Potassium Hyrdroxide.
NiCd disebut sebagai bateri basah banyak digunakan sebagai bateri kenderaan hingga kini walaupun penciptaannya sudah berusia lebih 100 tahun. Bateri ini agak berat tetapi istimewanya ia tahan lasak dalam apa juga keadaan suhu, boleh di cas semula di samping jangka hayatnya yang lebih lama serta harga yang lebih murah berbanding litium.
Ketahanan NiCd juga dikira daripada kitaran cas semula sehingga 1000 kali dan tidak menjadi masalah jika terlebih cas berbanding bateri Li-ion dan NiMH. Satu kitaran pengecasan bermaksud satu tempoh penggunaan daripada permulaan bateri itu dicas penuh, digunakan hingga dinyahcas sepenuhnya, dan di cas semula untuk kegunaan seterusnya.
Bateri Litium Ion (Li-ion)
Menjelang 1990-an bateri litium mula popular dan digunakan oleh kebanyakan peranti muda alih dan juga peralatan yang sebelum ini menggunakan arus elektrik seperti alat-alat pertukangan. Sony dipercayai telah mengkomersialkan bateri litium jenis 18650 yang pertama. Bateri Li-ion memerlukan mekanisme keselamatan untuk mengehadkan voltan dan tekanan dalaman. Oleh itu semua bateri seperti ini memerlukan litar pengurusan bateri (BMS). Bateri Li-ion juga tertakluk kepada penuaan, bermakna ia boleh kehilangan kapasiti dan kerap gagal selepas beberapa tahun. Bateri ini sangat ringan jika dibandingkan dengan bateri konvensional seperti bateri gel atau Absorbed Glass Mat (AGM). Anggaran hayat biasa bateri Li-ion kira-kira dua hingga tiga tahun atau sebanyak 500 hingga 1,000 kitaran pengecasan. Kepadatan kuasa yang tinggi adalah salah satu keuntungan utama dalam teknologi bateri Li-ion.
Terkini, perkakas pertukangan mudah alih seperti gerudi tangan, gergaji rantai dan pemutar skru serta peralatan kegunaan isi rumah seperti penyedut hampa gas, pengisar dan pengadun serta alat permainan kanak-kanak telah banyak menggunakan bateri li-ion berbanding menggunakan elektrik. Begitu juga dengan peralatan sokongan perubatan yang digunakan di klinik dan hospital kebanyakannya telah beralih kepada peralatan mudah alih seperti mesin oksigen mudah alih dan nebulizer untuk pesakit asma. Malah bateri litium merangkumi kegunaan bidang ketenteraan dan awam serta peralatan industri selain untuk kenderaan EV, peralatan pencahayaan, peralatan keselamatan, bateri penyimpanan tenaga rumah, kenderaan dua roda elektrik dan kenderaan tenaga baru. Berbanding sebelumnya di mana peralatan tersebut perlu dijana oleh kuasa elektrik, yang sedikit merumitkan kerana perlu menyambung wayar yang panjang kepada arus elektrik. Penggunaan langsung arus elektrik juga boleh menimbulkan bahaya jika berlalu sedikit kecuaian terhadap langkah-langkah keselamatan. Namun, dengan kuasa bateri, kaum ibu malah anak-anak remaja boleh menggunakan peralatan seperti penyedut hampagas atau mesin kisar dengan lebih mudah bagi membantu melaksanakan kerja rumah.
Bateri Lithium Iron Phosphate (LiFePO₄)
Bateri litium iron phosphate (LiFePO₄) adalah bateri kuasa Li-ion dengan fosfat sebagai elektrolit. Ia adalah bateri kuasa yang paling banyak digunakan pada masa ini. Bateri ini mempunyai kepadatan tenaga kuasa yang tinggi untuk memenuhi prestasi pecutan dan keperluan jarak pemanduan kenderaan elektrik.
Bateri LiFePO₄ atau bateri litium besi fosfat adalah lebih baik daripada bateri Li-ion jika dibandingkan pada spesifikasi yang sama. Bateri ini yang sifatnya kurang terdedah kepada pembakaran dan pelarian haba menjadikannya lebih selamat untuk digunakan pada peralatan yang memerlukan kuasa besar.
Ketumpatan tenaga bateri LiFePO₄ adalah lebih rendah daripada bateri Li-ion. Sebagai contoh, kapasiti tertinggi bateri LiFePO₄ yang menggunakan bateri silinder 18650 boleh mencapai 18Ah (ampere-hour), tetapi bateri litium-ion 18650 menjangkau lebih tinggi bagi memberikan kuasa yang lebih lama. Tempoh hayat minimum LiFePO₄ ialah 2,000 kitaran atau kira-kira tiga hingga lima tahun penggunaan atau lebih lama.
Sumber industri menganggap Bateri LiFePO₄ lebih selamat daripada bateri yang lain kerana bahan kimia di dalamnya kurang terdedah kepada kepanasan. Sebaliknya, walaupun bateri Li-ion secara amnya selamat apabila digunakan dengan kaedah yang dicadangkan, tetapi ia diketahui menjadi lebih panas dan boleh terbakar jika ia rosak atau tersalah kendalian.
Bahan mentah utama yang digunakan dalam bateri LiFePO₄ ialah litium besi fosfat. Litium dan besi merupakan bahan yang agak mahal. Bekalan litium adalah terhad, dan harganya dipengaruhi oleh bekalan pasaran dan permintaan semasa. Disebabkan faktor ini harga LiFePO₄ adalah lebih mahal berbanding bateri Li-ion.
Bateri LiFePO₄ memainkan peranan penting sebagai pembekal kuasa utama kenderaan elektrik (EV) kerana kestabilan haba yang sangat baik, hayat kitaran yang lebih lama dan kecekapan tenaga yang tinggi. Bateri ini digunakan secara meluas dalam kereta elektrik, kenderaan padang golf dan aplikasi EV lain, di mana prestasi dan keselamatan adalah faktor terpenting yang dipertimbangkan. EV menggunakan bateri antara 12 volt (V) hingga 800V bergantung kepada saiz dan kapasiti kenderaan tersebut yang memerlukan kuasa 50 hingga 150,00 watt atau 50 – 150 kW.
Teknologi Hijau
Perkembangan pesat dalam sektor teknologi hijau masa kini telah menambah permintaan kuasa bateri yang lebih bertenaga dan tahan lama. Oleh itu, pengeluaran bateri litium untuk memenuhi rantaian bekalannya juga menghadapi cabaran yang besar kerana ia sangat memerlukan sumber. Teknologi hijau merujuk kepada inovasi sains untuk memulihara alam semula jadi dan meminimumkan kesan negatif alam sekitar melalui kaedah inovatif. Antaranya menggunakan tenaga boleh diperbaharui melalui reka bentuk cekap tenaga termasuklah penggunaan bateri dan penjanaan elektrik. Dalam hal demikian, bateri litium digunakan untuk menyimpan tenaga menggunakan solar dan angin, yang bersifat tidak konsisten. Justeru, melalui sistem penyimpanan tenaga yang berkesan, tenaga boleh diperbaharui dapat digunakan secara konsisten. Di samping itu, penggunaannya dapat mengurangkan kebergantungan kepada fosil dan bahan api yang boleh menyebabkan kesan negatif kepada kehidupan dan alam sekitar. Malaysia sedang memanfaatkan penggunaan bateri litium dalam sektor tenaga dan pengangkutan. Penggunaan kenderaan elektrik dan usaha menjadikan negara ini hab pengeluaran bateri litium merupakan antara usaha ke arah teknologi hijau dan pembangunan ekonomi mampan. Dianggarkan menjelang 2030, antara 40,000 hingga 70,000 tan metrik REE seperti litium (Li), kadmium (Cd), nikel (Ni) dan mangan (Mn) yang diperlukan untuk membuat bateri litium bagi menyokong industri kenderaan EV serta magnet berprestasi tinggi. Di Malaysia, Jabatan Mineral dan Geosains (JMG) menganggarkan negara ini memiliki sumber NR-REE melebihi 15.2 juta tan dengan nilai pasaran semasa boleh melebihi RM747.2 bilion (AS$182 bilion). Tiga unsur REE yang terbanyak di Malaysia ialah Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd) dan Dysprosium (Dy). Pemilikan nilai sumber NR-REE yang tinggi di negara ini berpotensi membuat pelaburan dalam industri yang berkaitan, sekali gus memberi pulangan berlipat ganda kepada ekonomi negara. Antara industri itu ialah pengeluaran motor elektrik dan bateri kereta hibrid/elektrik atau EV.
Ciri-ciri dalam jadual 1 menunjukkan beberapa faktor yang mempengaruhi kualiti, prestasi dan jangka hayat bateri litium. Bagaimanapun ketahanan bateri bergantung pada beberapa faktor seperti cara bateri itu digunakan, pengecasan, jenis peralatan yang digunakan atau di mana ia digunakan termasuk keadaan suhu persekitaran. Kualiti, ketahanan dan jangka hayat bateri juga bergantung pada pelepasan yang lebih rendah. Suhu yang terlalu panas atau tinggi boleh menyebabkan penyusutan kuasa dengan lebih cepat. Sebab itu, adalah amalan yang baik menggunakan bateri sehingga 70 atau 80 peratus sahaja kuasanya dan mengecas semula sebelum digunakan.
Fasiliti Pembuatan Bateri Litium
Pembuatan bateri latium berkembang pesat di seluruh dunia. Sebuah firma bateri Litium di China, DAW Power Technology Co., Ltd (DAW) mempunyai lebih dari 1,000 pekerja dengan keluasan kilang lebih daripada 50,000 meter persegi. Juga mempunyai seramai 850 orang pekerja mahir dalam bidang reka bentuk industri, elektronik, bekalan tenaga, struktur, teknologi, perisian, pengukuran dan kawalan, elektrokimia serta profesional lain. Jurucakapnya, Brett berkata, bateri litium adalah masa depan tenaga. Marilah kita bersama-sama memajukan industri ini.” DAW ialah sebuah industri inovatif yang memfokuskan pada penyelidikan dan pembangunan bebas, pengeluaran dan penjualan produk bateri, terutamanya terlibat dalam produk dan perkhidmatan berkaitan bateri seperti bateri litium ternary, bateri litium besi fosfat, bateri litium titanat, modul solar dan bateri permintaan khas. Di Malaysia, seiringan dengan hasrat untuk mendayakan Teknologi Hijau di negara ini, syarikat pembuatan bateri terkemuka Hunan Yuneng New Energy Battery Material Co. Ltd juga dari China telah menandatangani Memorandum Persefahaman (MoU) dengan SPD Tech Valley di Senawang Negeri Sembilan, baru-baru ini untuk menubuhkan fasiliti pembuatan bateri litium yang pertama di Asia Tenggara. Pada 2023, Hunan Yuneng menjual sebanyak 506,800 tan fosfat besi litium kepada rakan dagangannya dalam industri bateri litium dan kenderaan EV. Pelaburannya di Malaysia antara lain akan membantu mengupayakan penggunaan kenderaan EV di rantau ini. Selain itu, EVE Energy Malaysia Sdn Bhd akan membangunkan pangkalan pengeluaran bateri silinder di Kuli, Kedah untuk menyokong perusahaan pembuatan kenderaan roda dua elektrik dan peralatan kuasa di negara ini dan Asia Tenggara. Pada 2022, permintaan bateri litium pengguna di dunia berjumlah 30.9 peratus; bateri litium untuk industri (48.0 peratus) dan bateri untuk tenaga simpanan (energy storage battery) sebanyak 21.1 peratus. Antara pengeluar bateri litium terkemuka ialah BYD di China, LG (Korea Selatan), Samsung SDI (Korea Selatan), CATL (China), Panasonic (Jepun), Inovasi SK (Korea Selatan), TianNeng (China), AESC (Jepun), SAFT (Perancis), Lishen (China).
