Sistem penyimpanan energi, biasanya baterai, sangat penting untuk kendaraan listrik, kendaraan listrik hibrida plug-in (PHEV), dan kendaraan listrik hibrida (HEV).
Jenis Sistem Penyimpanan Energi
Sistem penyimpanan energi berikut digunakan pada kendaraan serba listrik, PHEV, dan HEV.
Baterai Litium-Ion
Baterai lithium-ion saat ini digunakan di sebagian besar perangkat elektronik konsumen portabel seperti ponsel dan laptop karena energi per satuan massa dan volumenya yang tinggi dibandingkan dengan sistem penyimpanan energi listrik lainnya. Mereka juga memiliki rasio daya terhadap berat yang tinggi, efisiensi energi yang tinggi, kinerja suhu tinggi yang baik, umur yang panjang, dan self-discharge yang rendah. Sebagian besar komponen baterai lithium-ion dapat didaur ulang, namun biaya pemulihan material masih menjadi tantangan bagi industri. Sebagian besar kendaraan listrik dan PHEV saat ini menggunakan baterai lithium-ion, meskipun bahan kimia pastinya sering kali berbeda dari baterai elektronik konsumen. Penelitian dan pengembangan terus dilakukan untuk mengurangi biaya yang relatif tinggi, memperpanjang umur manfaatnya, menggunakan lebih sedikit kobalt, dan mengatasi masalah keselamatan sehubungan dengan berbagai kondisi kesalahan.
Baterai Nikel-Logam Hidrida
Baterai nikel-metal hidrida, yang digunakan secara rutin di komputer dan peralatan medis, menawarkan energi spesifik dan kemampuan daya spesifik yang wajar. Baterai nikel-metal hidrida memiliki siklus hidup lebih lama dibandingkan baterai timbal-asam dan aman serta toleran terhadap penyalahgunaan. Baterai ini telah banyak digunakan di HEV. Tantangan utama baterai nikel-metal hidrida adalah biayanya yang tinggi, laju pengosongan otomatis yang tinggi, pembangkitan panas pada suhu tinggi, dan kebutuhan untuk mengendalikan kehilangan hidrogen.
Baterai Asam Timbal
Baterai timbal-asam dapat dirancang dengan daya tinggi dan murah, aman, dapat didaur ulang, dan dapat diandalkan. Namun, energi spesifik yang rendah, kinerja suhu dingin yang buruk, serta kalender dan siklus hidup yang pendek menghambat penggunaannya. Baterai timbal-asam berdaya tinggi yang canggih sedang dikembangkan, tetapi baterai ini hanya digunakan pada kendaraan penggerak listrik yang tersedia secara komersial untuk beban tambahan. Mereka juga digunakan untuk fungsi stop-start pada kendaraan bermesin pembakaran internal untuk menghilangkan pemalasan saat berhenti dan mengurangi konsumsi bahan bakar.
Ultrakapasitor
Ultrakapasitor menyimpan energi di antarmuka antara elektroda dan elektrolit ketika tegangan diterapkan. Kapasitas penyimpanan energi meningkat seiring dengan bertambahnya luas permukaan elektrolit-elektroda. Meskipun ultrakapasitor memiliki kepadatan energi yang rendah, namun mereka memiliki kepadatan daya yang sangat tinggi, yang berarti mereka dapat menyalurkan daya dalam jumlah besar dalam waktu singkat. Ultrakapasitor dapat memberikan tenaga tambahan pada kendaraan selama akselerasi dan mendaki bukit serta membantu memulihkan energi pengereman. Mereka juga mungkin berguna sebagai perangkat penyimpan energi sekunder pada kendaraan penggerak listrik karena membantu baterai elektrokimia menyamakan daya beban.
Baterai Daur Ulang
Kendaraan berpenggerak listrik relatif baru di pasar otomotif AS, sehingga hanya sejumlah kecil kendaraan yang mendekati akhir masa pakainya. Ketika kendaraan bertenaga listrik menjadi semakin umum, pasar daur ulang baterai dapat berkembang.
Daur ulang baterai secara luas akan membantu mencegah bahan berbahaya memasuki aliran limbah, baik di akhir masa pakai baterai maupun selama produksinya. Departemen Energi AS juga mendukung Penghargaan Daur Ulang Baterai Lithium-Ion untuk mengembangkan dan mendemonstrasikan solusi yang menguntungkan dalam pengumpulan, penyortiran, penyimpanan, dan pengangkutan baterai lithium-ion bekas dan bekas untuk didaur ulang dan pemulihan bahan. Setelah pengumpulan baterai bekas, pemulihan bahan dari daur ulang juga akan memasukkan kembali bahan-bahan penting ke dalam rantai pasokan dan akan meningkatkan sumber bahan-bahan tersebut di dalam negeri. Saat ini sedang dilakukan upaya untuk mengembangkan proses daur ulang baterai yang meminimalkan dampak siklus hidup penggunaan baterai litium-ion dan jenis baterai lainnya pada kendaraan. Namun tidak semua proses daur ulang sama dan diperlukan metode pemisahan yang berbeda untuk pemulihan material:
- Peleburan: Proses peleburan memulihkan unsur dasar atau garam. Proses ini kini beroperasi dalam skala besar dan dapat menerima berbagai jenis baterai, termasuk litium-ion dan nikel-logam hidrida. Peleburan terjadi pada suhu tinggi dimana bahan organik, termasuk elektrolit dan anoda karbon, dibakar sebagai bahan bakar atau reduktor. Logam berharga diperoleh kembali dan dikirim ke pemurnian sehingga produk tersebut cocok untuk penggunaan apa pun. Bahan lainnya, termasuk litium, terkandung dalam terak, yang sekarang digunakan sebagai bahan tambahan pada beton.
- Pemulihan langsung: Di sisi lain, beberapa proses daur ulang secara langsung memulihkan bahan setingkat baterai. Komponen dipisahkan melalui berbagai proses fisik dan kimia, dan semua bahan aktif dan logam dapat diperoleh kembali. Pemulihan langsung adalah proses suhu rendah dengan kebutuhan energi minimal.
- Proses perantara: Jenis proses ketiga berada di antara dua ekstrem. Proses tersebut mungkin menerima berbagai jenis baterai, tidak seperti pemulihan langsung, namun memulihkan material lebih jauh di sepanjang rantai produksi dibandingkan dengan peleburan.
Memisahkan berbagai jenis bahan baterai sering kali menjadi batu sandungan dalam memulihkan bahan-bahan bernilai tinggi. Oleh karena itu, desain baterai yang mempertimbangkan pembongkaran dan daur ulang menjadi penting agar kendaraan bertenaga listrik dapat berhasil dari sudut pandang keberlanjutan. Standarisasi baterai, bahan, dan desain sel juga akan membuat daur ulang lebih mudah dan hemat biaya.