Dalam lanskap saat ini, permintaan akan baterai lithium-ion terus melonjak tajam. Mulai dari smartphone, laptop, hingga mobil listrik, baterai ini adalah inti dari kehidupan kita sehari-hari.
Perjalanan untuk memproduksi baterai lithium-ion berkualitas tinggi dimulai dari produksi material aktif katode, atau lebih tepatnya material aktif katode prekursor (PCAM). Elemen utama dalam produksi PCAM adalah kontrol pH. Melakukannya dengan benar dapat menghasilkan perbedaan besar.
Mari kita luangkan waktu sejenak untuk melihat mengapa kadar pH sangat penting dalam produksi PCAM. Kualitas material aktif katode tergantung pada morfologi (ukuran, bentuk, dan struktur) partikel CAM, karena hal ini secara langsung memengaruhi kepadatan energi baterai serta kecepatan pengisian dan hilangnya daya baterai (discharge).
Morfologi partikel CAM tergantung pada morfologi partikel PCAM. Jika ukuran serta bentuk partikel tidak tepat, Anda bisa jadi mendapatkan baterai dengan performa buruk atau bahkan rusak.
Menjaga kontrol pH dengan sangat ketat selama produksi PCAM sangatlah penting untuk mencapai ukuran partikel spesifik yang memastikan bahwa baterai serta pada akhirnya mobil dan perangkat yang kita butuhkan memiliki keandalan dan efisiensi.
Gambar berikut (H. Muramatsu; D. Endo; T. Sasaki) menunjukkan bagaimana pH memengaruhi distribusi ukuran partikel.
Di sinilah menjadi sangat menarik: kualitas baterai lithium-ion bergantung pada seberapa baik kita menjaga pengendalian pH. Bahkan perubahan pH yang kecil - misalnya, 0,2 unit pH - dapat menyebabkan perbedaan signifikan dalam kinerja baterai.
Sebuah sensor pH yang andal dan terpelihara dengan baik membantu memastikan ukuran dan morfologi partikel yang tepat tercapai, yang langsung diterjemahkan menjadi pengisian, pengosongan, dan umur baterai yang lebih baik secara keseluruhan.
Ukuran partikel PCAM sangat memengaruhi performa baterai lithium-ion. Partikel yang lebih kecil menawarkan luas permukaan yang lebih tinggi dan difusi lithium-ion yang lebih cepat, sehingga meningkatkan kemampuan laju dan kecepatan pengisian. Namun, partikel kecil juga dapat meningkatkan reaksi samping dan mengurangi siklus masa pakai karena ketidakstabilan permukaan. Partikel yang lebih besar meningkatkan kerapatan mampat (tap density) dan kepadatan energi (energy density), tetapi dapat membatasi mobilitas lithium, sehingga mengurangi performa pada laju tinggi.
Ukuran partikel PCAM yang optimal menyeimbangkan kepadatan energi, siklus masa pakai, dan kemampuan laju. Penyesuaian parameter ini sangat penting untuk aplikasi mulai dari kendaraan listrik hingga komponen elektronik portabel, di mana efisiensi dan daya tahan sama-sama penting untuk performa baterai jangka panjang.
Meskipun pentingnya kontrol pH yang akurat sangatlah jelas dalam produksi PCAM, banyak produsen menghadapi beberapa tantangan signifikan sepanjang proses. Pertama-tama, banyak reaktor yang digunakan dalam proses ini didasarkan pada desain dari tahun 1990-an. Hal ini berarti mereka sering kali dilengkapi dengan rakitan sensor pH yang sudah usang yang dipasang dari atas reaktor atau kristalisator. Desain ini menimbulkan beberapa masalah:
Produksi dan pemurnian PCAM melibatkan beberapa langkah proses yang sangat kritis. Webinar sesuai permintaan ini membahas peran penting pH dan beberapa variabel proses utama lainnya dalam menentukan kualitas PCAM dan produksi baterai Li-Ion.
Lantas, bagaimanakah produsen dapat menghadapi tantangan tersebut secara langsung? Berikut ini terdapat beberapa saran:
Sensor pH dengan diafragma referensi keramik cepat rusak karena penyumbatan cepat pada pori-pori mikroskopis diafragma, sementara elektrolit referensi polimer padat InPro 4260i memungkinkan sambungan terbuka yang, karena ukurannya jauh lebih besar daripada pori-pori mikroskopis pada diafragma keramik, jauh lebih tahan terhadap penyumbatan. Sampai batas tertentu, sensor ini bahkan dapat membersihkan dirinya sendiri dalam proses yang diaduk (agitated). Setelah proses berjalan lama, sensor menawarkan kemampuan pembersihan yang jauh lebih baik, sementara kerak serta penumpukan material mudah dihilangkan dari sambungan.
Sensor ini menyediakan data performa secara waktu nyata, sehingga memungkinkan pemeliharaan dilakukan berdasarkan kebutuhan aktual dan bukan tergantung pada jadwal yang telah ditetapkan. Pendekatan yang sepenuhnya prediktif ini sangat membantu dalam menghindari pemeliharaan yang tidak perlu tanpa risiko gangguan proses.
Hal ini sangat berharga untuk penempatan staf dan memastikan pemesanan secara tepat waktu atas suku cadang habis pakai (consumable).
Dengan sistem ini, operator hanya perlu mengisi ulang larutan pembersih sesekali, sehingga membebaskan mereka untuk melakukan tugas yang lebih rumit. Pada saat yang sama, sensor tetap dalam kondisi terbaik dan performa pengukuran total dimaksimalkan.
METTLER TOLEDO telah mengembangkan solusi yang dapat ditarik kembali, dipasang di samping, dan sepenuhnya otomatis. EasyClean 500 secara otomatis menarik sensor pH dari proses, kemudian membilas, membersihkan, dan bahkan melakukan kalibrasi kembali saat diperlukan.
"Pemeliharaan sepenuhnya otomatis, jadi teknisi hanya perlu mengisi ulang asam pembersih dan larutan buffer untuk kalibrasi," tutur Stefan van der Wal. Melalui transmitter HART yang diberi daya loop, EasyClean 500 menawarkan beberapa opsi program sehingga sensor dapat dibilas, dibersihkan, atau dikalibrasi secara otomatis saat diperlukan. Selain itu, pemeliharaan dapat dilakukan secara jarak jauh dari ruang kontrol melalui sistem kontrol terdistribusi (DCS).
Pengguna juga dapat memberikan perintah ke sistem untuk menarik sensor sebagai verifikasi jarak jauh untuk memastikan bahwa sensor menghadirkan pengukuran secara akurat. "Sejujurnya," kata Stefan, "EasyClean 500 adalah langkah maju yang signifikan menuju material aktif katode kualitas tinggi."
Stefan van der Wal memiliki gelar dalam Manajemen Industri dan Teknik Kimia. Stefan memiliki pengalaman lebih dari 25 tahun di bidang instrumentasi proses serta analitik cairan dan gas di industri proses.
Sebagai Kepala Departemen Pemasaran Industri di Proses Industri METTLER TOLEDO, Stefan telah berkonsultasi dengan perusahaan kimia dan pemurnian terbesar di dunia mengenai praktik terbaik kontrol proses industri. Stefan sangat terlibat dalam rekayasa aplikasi dan pengembangan produk serta berada di balik desain dan komersialisasi serangkaian produk dan teknologi analitik proses revolusioner terbaru.
Pelajari bagaimanakah sistem pembersihan sensor pH otomatis membantu menghadirkan peningkatan performa baterai.
Dalam rubrik Tanya Ahli, Stefan van der Wal menjelaskan bagaimanakah solusi pengukuran pH inovatif METTLER TOLEDO untuk manufaktur baterai lithium-ion mengatasi keterbatasan konvensional.
Saat kita menghadapi tantangan kontrol pH dalam lanskap manufaktur baterai lithium-ion, sangatlah penting bagi produsen untuk memikirkan kembali strategi dan desain peralatan proses mereka. Dengan mengadopsi teknologi sensor inovatif dan solusi pemeliharaan otomatis, produsen dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi produksi dan kualitas produk.
Perjalanan untuk memproduksi baterai performa tinggi mungkin memiliki tantangan. Namun, dengan alat yang tepat, Anda dapat melancarkan jalan menuju masa depan.
Jika Anda ingin menjelajahi dunia pengukuran pH cerdas dan solusi pemeliharaan otomatis yang dapat meningkatkan proses Anda, lihatlah kemajuan terbaru yang tersedia hari ini.
Bacalah lebih lanjut tentang semua solusi untuk karakterisasi, produksi, dan pengujian baterai.
