Grafit untuk Baterai Lithium ion

Baterai lithium ion menempati posisi yang sangat penting dalam bidang penyimpanan energi saat ini. Dan grafit, sebagai salah satu bahan utama baterai lithium-ion, tidak dapat diremehkan. Grafit, mineral berlapis yang dibentuk oleh susunan heksagonal atom karbon, memiliki banyak sifat fisik dan kimia yang unik. Hal ini menjadikannya pilihan ideal untuk bahan elektroda baterai lithium-ion. Dan memberikan dukungan yang kuat untuk pengembangan perangkat elektronik modern dan kendaraan listrik, mendorong teknologi penyimpanan energi ke depan.

Bagaimana grafit digunakan dalam baterai?

Mekanisme penyematan dan pelepasan lithium

Ketika baterai lithium-ion diisi, ion lithium dikeluarkan dari bahan elektroda positif dan berpindah ke elektroda negatif melalui larutan elektrolit. Karena grafit memiliki struktur kristal berlapis, ion lithium ini dapat disematkan ke dalam lapisan-lapisan grafit. Membentuk struktur seperti "sandwich", yaitu senyawa interkalasi lithium-grafit. Dalam proses pelepasan, prosesnya terbalik. Ion litium dari lapisan grafit, kembali ke elektroda positif. Elektron mengalir dalam sirkuit eksternal untuk menghasilkan arus, sehingga memberi daya pada perangkat eksternal. Mekanisme penyematan dan pelepasan ini merupakan proses inti penyimpanan energi dan pelepasan grafit sebagai bahan elektroda negatif untuk baterai lithium-ion. Dan reversibilitas serta efisiensinya memiliki dampak yang sangat penting pada kinerja baterai secara keseluruhan.

Proses reaksi elektrokimia

Dari perspektif reaksi elektrokimia, elektroda negatif grafit memiliki reaksi REDOX yang kompleks selama proses pengisian dan pengosongan baterai. Pada tahap awal pengisian daya, situs aktif pada permukaan grafit pertama kali menyerap ion lithium. Dengan penurunan potensial, ion lithium secara bertahap tertanam dalam lapisan grafit. Dan elektron mengalir ke dalam grafit dari sirkuit eksternal untuk membuat grafit mengalami reaksi reduksi. Sebaliknya, saat pemakaian, ion lithium dikeluarkan dari lapisan grafit. Grafit teroksidasi, dan elektron mengalir ke elektroda positif melalui sirkuit eksternal. Ini melengkapi siklus reaksi elektrokimia yang lengkap. Dalam proses ini, faktor-faktor seperti komposisi dan konsentrasi elektrolit serta sifat antarmuka antara elektroda dan elektrolit akan memengaruhi laju, efisiensi, dan stabilitas reaksi elektrokimia. Dan kemudian mempengaruhi performa baterai.

Mengapa grafit digunakan dalam baterai lithium ion?

Korelasi antara karakteristik struktural dan kinerja

Yang berlapis-lapis struktur grafit adalah faktor struktural utama untuk penerapannya yang luas dalam baterai lithium ion. Struktur berlapis ini membuat grafit memiliki jarak antar lapisan yang besar. Ini memberikan ruang yang cukup untuk penyematan dan pelepasan ion litium. Hal ini kondusif untuk merealisasikan transpor ion yang cepat, sehingga meningkatkan kinerja rasio pengisian-pengosongan baterai. Pada saat yang sama, gaya van der Waals di antara lapisan-lapisan tersebut lemah. Sehingga ion litium dapat masuk dan keluar dari lapisan grafit dengan relatif mudah. Hal ini mengurangi energi aktivasi reaksi dan meningkatkan efisiensi energi baterai. Selain itu, struktur kristal grafit memiliki stabilitas yang tinggi. Hal ini dapat menjaga integritas struktur selama penyematan dan pelepasan ion litium yang berulang-ulang. Mengurangi pelemahan kapasitas baterai yang disebabkan oleh keruntuhan struktural. Dan memastikan masa pakai baterai yang lama.

Keuntungan dari sifat fisik dan kimia

Grafit memiliki konduktivitas listrik yang baik, dapat menghantarkan elektron secara efektif, mengurangi hambatan ohm di dalam baterai. Dan meningkatkan efisiensi pengisian dan pengosongan serta performa daya baterai. Dari segi sifat kimia, grafit memiliki stabilitas kimia yang tinggi. Dan tidak mudah untuk bereaksi secara kimiawi dengan elektrolit di jendela potensial kerja baterai. Ini menghindari efek buruk dari gas dan kotoran yang disebabkan oleh reaksi samping pada kinerja baterai. Selain itu, stabilitas termal grafit juga bagus. Dan dapat menahan panas yang dihasilkan selama proses pengisian dan pengosongan baterai sampai batas tertentu. Hal ini mengurangi risiko pelarian termal baterai dan meningkatkan keamanan baterai. Hal ini sangat penting untuk sistem penyimpanan energi skala besar dan kendaraan listrik serta skenario aplikasi lainnya.

Baterai grafit vs baterai lithium

Baterai grafit (biasanya mengacu pada baterai lithium-ion dengan grafit sebagai elektroda negatif) berbeda dari baterai lithium dalam banyak hal. Dalam hal kepadatan energi, baterai grafit relatif matang dan stabil. Dan kepadatan energi dapat memenuhi sebagian besar skenario saat ini. Baterai lithium baru seperti silikon-Baterai lithium berbasis grafit memiliki kepadatan energi teoretis yang lebih tinggi. Tetapi bahan berbasis silikon memiliki perubahan volume yang besar selama pengisian dan pengosongan, yang mempengaruhi stabilitas siklus hidup baterai grafit.

Dari segi biaya, cadangan grafit kaya, teknologi penambangan dan pemrosesan sudah matang. Dan biayanya relatif rendah, sementara beberapa baterai lithium baru memiliki biaya tinggi karena bahan yang langka atau persiapan yang rumit.

Dari segi keamanan, baterai grafit memiliki stabilitas termal yang baik dan tidak mudah muncul pelarian termal. Dan baterai lithium baru perlu ditingkatkan lebih lanjut dalam hal ini. Saat ini, baterai grafit banyak digunakan, tetapi baterai lithium berkembang pesat di bidang penelitian ilmiah. Dan jika baterai lithium menembus kemacetan teknis di masa depan, diharapkan dapat membentuk situasi kompetitif dengan baterai grafit di beberapa area kelas atas.

Skenario aplikasi spesifik grafit dalam baterai lithium ion

Elektronik konsumen

Pada ponsel pintar, tablet, laptop, dan produk elektronik konsumen lainnya, baterai lithium ion harus memiliki kepadatan energi yang tinggi, masa pakai yang lama, dan keamanan yang baik. Untuk memenuhi permintaan konsumen akan perangkat yang tipis dan portabel serta daya tahan baterai yang kuat. Baterai lithium ion dengan elektroda negatif grafit dapat memenuhi persyaratan ini dengan baik dan memberikan catu daya yang stabil dan andal untuk produk elektronik konsumen. Dan membuat perangkat ini dapat beroperasi secara normal dalam berbagai skenario penggunaan yang kompleks. Seperti panggilan jangka panjang, game intensitas tinggi, pemutaran video, dll., Menjadi bagian tak terpisahkan dari kehidupan dan pekerjaan masyarakat modern.

Bidang kendaraan listrik

Dengan kepedulian global terhadap perlindungan lingkungan dan pembangunan berkelanjutan, maka kendaraan listrik pasar telah meningkat dengan cepat. Baterai lithium ion dengan grafit negatif elektroda memberikan dukungan daya utama untuk kendaraan listrik. Dan kepadatan energinya yang tinggi membantu meningkatkan jarak tempuh kendaraan listrik dan mengurangi jumlah pengisian daya. Performa pembesaran yang baik dapat memenuhi permintaan daya yang tinggi dari kendaraan listrik dalam kondisi akselerasi dan pendakian. Siklus hidup yang panjang juga mengurangi biaya penggantian baterai, meningkatkan ekonomi dan keandalan kendaraan listrik. Ini mempromosikan pengembangan industri kendaraan listrik yang kuat. Dan itu juga membantu transformasi hijau industri otomotif global.

Bidang sistem penyimpanan energi

Dalam pembangkit energi terbarukan (seperti energi surya, energi angin) yang terhubung dengan jaringan, pengisian puncak jaringan pintar dan penyimpanan energi rumah tangga serta sistem penyimpanan energi lainnya, baterai lithium ion harus memiliki kapasitas besar, umur panjang, keamanan tinggi, dan biaya rendah. Baterai lithium ion dengan elektroda negatif grafit memiliki keunggulan tertentu dalam aspek-aspek ini. Ini dapat secara efektif menyimpan kelebihan energi listrik dan melepaskannya saat dibutuhkan, menyeimbangkan catu daya dan permintaan. Ini meningkatkan efisiensi energi, meningkatkan stabilitas dan keandalan jaringan listrik. Dan itu juga mempromosikan aplikasi energi terbarukan skala besar dan optimalisasi struktur energi.

 Harga baterai grafit

Sebagai sumber daya mineral yang relatif kaya, grafit memiliki biaya yang relatif rendah. Hal ini membuat baterai lithium ion dengan grafit sebagai elektroda negatif memiliki daya saing harga tertentu. Namun, dengan pesatnya perkembangan pasar baterai lithium-ion dan peningkatan persyaratan kinerja baterai yang terus menerus, kualitas dan teknologi pemrosesan grafit juga terus meningkat. Hal ini akan mempengaruhi biayanya sampai batas tertentu. Selain itu, biaya bahan baku lainnya, biaya proses, biaya penelitian dan pengembangan, serta faktor penawaran dan permintaan pasar dalam proses produksi baterai juga akan mempengaruhi harga akhir baterai grafit secara komprehensif. Secara keseluruhan, kinerja baterai grafit saat ini lebih luar biasa dalam hal kinerja biaya. Dan dapat memenuhi kebutuhan sebagian besar skenario aplikasi. Tetapi dengan kemajuan teknologi dan perubahan pasar, harganya juga dapat berfluktuasi dan menyesuaikan diri.

Kesimpulan

Sebagai komponen penting dari baterai lithium-ion, grafit memainkan peran penting dalam bidang penyimpanan energi. Sifat fisik dan kimianya yang unik membuatnya memiliki keunggulan yang jelas dalam kinerja, biaya, dan rentang aplikasi baterai. Ini banyak digunakan di berbagai bidang seperti elektronik konsumen, kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi. Dan mempromosikan pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi modern dan masyarakat.