Baterai sepeda listrik mengalami isu keamanan yang menyebabkan ledakan di beberapa negara. Kasus kebakaran akibat baterai sepeda listrik meningkat seiring meningkatknya penggunaan sepeda listrik. Contohnya, di Tiongkok, 8.370 kebakaran yang terkait dengan sepeda listrik dilaporkan pada paruh pertama tahun 2022, meningkat 31,3% dari tahun sebelumnya. Kejadian yang tidak menyenangkan terjadi pada seorang pria bernama Chen di Tiongkok pada tahun 2021. Chen membawa baterai sepeda listrik yang overheat dengan tujuan untuk mendinginkannya di luar ruangan. Namun, naas saat di lift, baterai tersebut meledak dan melukai tubuh Chen. Chen mendapatkan luka bakar di tubuh dan mata kiri, cedera inhalasi, dan cedera ginjal akut (m.thepaper.cn).
Berdasarkan klaim video tersebut saat pintu lift tertutup, lompatan elektron baterai mengubah seluruh lift menjadi baterai magnetik. Kenyataannya, hal ini terjadi karena kondisi baterai yang overheat sehingga, menyebabkan ledakan (factcrescendo, Juli 2024). Sebagai negara yang menempati posisi pertama di dunia dalam hal penjualan dan produksi sepeda listrik (ebicycles.com, 2024), Tiongkok telah membuat regulasi mengenai sepeda listrik. Pemerintah Tiongkok telah membuat aturan mengenai sepeda listrik, di mana membawa sepeda listrik dan baterainya ke dalam ruangan atau membawanya ke dalam lift dilarang keras. Jika melanggar, warganya akan dikenai denda antara 200 yuan hingga 500 yuan oleh otoritas manajemen kota.
Sedangkan di Indonesia, penggunaan sepeda listrik masih minim. Tren pertumbuhan sepeda listrik hanya kurang dari 1% pada tahun 2023. Walaupun demikian, Indonesia gencar membangun ekosistem untuk kendaraan listrik. Tahun 2024, Indonesia meresmikan pabrik baterai kendaraan listrik di Karawang yang berkonsorsium dengan Korea Selatan. Kendaraan listrik termasuk sepeda listrik, memakao baterai jenis lithium ion. Baterai ini dipilih karena rasio daya-terhadap-berat yang tinggi, efisiensi energi yang tinggi, performa suhu tinggi yang baik, masa pakai yang lama, dan self-discharge yang rendah (afdc.energy.gov).
Jika demikian, semestinya baterai lithium ion aman digunakan. Namun, kejadian meledaknya baterai ini di beberapa negara sangat meresahkan. Mengapa modifikasi baterai menyebabkan kerusakan yang serius? Apa yang salah dari komponen yang digunakan?
Analisis Impurities Dalam Katode Lithium
Lithium iron phosphate (LFP) merupakan pilihan bahan katoda yang menarik bagi baterai litium yang dapat diisi ulang. Alasannya, LFP adalah bahan yang murah, toksisitas rendah, kapasitas pelepasan yang besar dan keamanan yang baik, dibandingkan dengan bahan katoda konvensional seperti LiCoO2. Meskipun demikian, LFP masih memiliki kekurangan dalam hal konduktivitas listrik dan ionik yang buruk. Baterai lithium besi fosfat berkapasitas besar pertama kali diproduksi di Cina pada tahun 2005, dan karakteristik kinerja siklus hidup baterai ini tidak tertandingi oleh baterai lainnya.
Kemurnian bahan katoda sangat penting, dan perubahan dalam pemrosesan dan sintesis bahan baku dapat menyebabkan masuknya kotoran pada bahan katoda akhir. Pengotor ini berdampak pada masa pakai dan kapasitas penyimpanan energi baterai, dan dalam kasus yang ekstrim dapat mempengaruhi integritas struktur kristal baterai, sehingga menyebabkan masalah keamanan. Oleh karena itu, analisis yang akurat dari bahan katoda adalah kunci untuk kinerja dan keamanan baterai lithium yang dibuat dengan menggunakan bahan ini.
Untuk mengetahui impurities dalam bahan baku pembuatan katode litium, digunakan teknik analisis Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES). Berdasarkan application note dari Thermo Fisher Scientific, preparasi sampel dilakukan dengan mendestruksi sampel menggunakan asam perklorat (HClO4) sambil dipanaskan. Sampel kemudian diencerkan hingga 50 mL menggunakan Ultra Pure Water. Standar disiapkan untuk analisis pengotor menjadi beberapa variasi konsentrasi sesuai dengan unsur matriks.
Instrumen dikalibrasi, sampel yang belum diketahui ditentukan, peak dari unsur pengotor (pada 0,2 mg/L) sudah dianalisis, dan uji stabilitas. Kalibrasi dilakukan pada 26 unsur yang dianalisis, menunjukkan hasil linearitas yang sangat baik. Hasil kalibrasi ini ditampilkan pada tabel berikut:
Konsentrasi dari 23 unsur pengotor diukur dalam sampel setelah dikoreksi untuk faktor pengenceran dengan konsentrasi yang bervariasi, dari yang berada di bawah batas deteksi seperti unsur kadmium, molibdenum, selenium, dan tungsten, hingga mencapai 240 mg/kg untuk mangan. Batas deteksi untuk semua unsur pengotor berada dalam rentang μg/L dalam larutan, dan berada dalam rentang mg/kg dalam sampel padat. Kedua data tersebut ditampilkan pada tabel berikut:
Pengujian spike recovery dilakukan dengan menambahkan unsur pengotor dengan konsentrasi sebesar 0,2 mg/L ke dalam sampel. Hasil yang diperoleh berada pada rentang 90% – 110% dari konsentrasi yang ditambahkan. Data recovery ditampilkan pada grafik berikut:
Terakhir, pengujian secara presisi dilakukan untuk melihat stabilitas pengukuran selama 2 jam untuk unsur matriks seperti litium, besi, dan fosfor. Hasil uji menunjukkan presisi yang sangat baik dengan RSD (Relative Standard Deviation) kurang dari 0,8% dengan tujuh kali pengulangan analisis. Data tersebut ditampilkan pada tabel berikut:
Dari hasil di atas menunjukkan bahwa instrumen ICP-OES efektif digunakan untuk analisis unsur pengotor dalam katode litium, katode yang sering digunakan dalam baterai listrik litium-ion. Sebanyak 23 unsur pengotor diukur dengan akurat dan sensitif. Instrumen ini tidak hanya mampu mengukur unsur pengotor pada konsentrasi rendah, tetapi juga memiliki rentang linear untuk menentukan unsur matriks secara akurat.
Jika Anda memiliki pertanyaan mengenai pengujian katode untuk baterai kendaraan listrik, silakan hubungi sales@wiralab.co.id
Penulis: Nafi Maulana Yusuf
Editor: Luthfia P.