Revolusi lithium menempatkan produsen mobil di depan blok

Peralihan energi dalam dunia otomotif bisa juga disebut dengan revolusi litium. Pada tabel periodik, unsur tersebut hampir berada di kiri atas, tepat di bawah hidrogen. Setelah ditemukan pada tahun 1817 oleh ahli kimia Swedia Johan Arfwedson, itu digunakan terutama dalam industri pertahanan, produksi lemak, dan obat-obatan. Pada awal abad ini, lebih dari 13.000 ton ditambang di seluruh dunia; Tahun lalu sudah sembilan kali lipat. Ini terutama berkat ledakan aki mobil.

Mengapa litium? Aki mobil ini terlihat agak kusam dari luar: Ini adalah kotak persegi panjang yang jarang dilihat konsumen. Karena bobotnya yang tinggi, pabrikan mobil sering menempatkan baterai di panel bawah dan di tengah antara roda dan bagian bawah kabin.

Proses kimia yang sangat menarik

Kotak persegi panjang ini juga disebut “paket baterai”. Paket ini berisi sejumlah besar sel – tong bundar seperti baterai AA yang digunakan untuk senter. Proses kimia yang sangat menarik terjadi di dalamnya, menurut cerita Frans Ooms dari Institut Reaktor TU Delft.

Berdiri di kantornya, dia sesekali mencari kata-kata. “Ya, bagaimana kamu menjelaskannya?” Dia dan timnya sedang mencari cara untuk meningkatkan baterai; Mereka jarang berbicara tentang proses elektrokimia dasar, yang sekarang dia gambar di papan tulis dengan spidol biru sesuai permintaan. Dan jika mereka membicarakannya, tentu itu bukan dari sudut pandang orang awam.

Dunia fisik terdiri dari ikatan antar atom. Atom-atom ini terdiri dari inti yang dikelilingi oleh awan elektron. Beberapa atom dengan senang hati menyumbangkan elektron, sementara yang lain dengan senang hati mendapatkan satu elektron. Ketika mereka bersentuhan satu sama lain, terjadi reaksi di mana kontak terbentuk.

Baterai menggunakan reaksi elektrokimia ini. Mereka dirancang untuk memungkinkan proses berlangsung dengan cara yang terkendali, sehingga kita dapat “memanen” elektron yang melompat sehingga kita dapat menyalakan lampu dan menggerakkan motor listrik.

Jadi sel aki mobil modern memiliki tiga bagian: elektroda positif dan negatif, dengan elektrolit di antaranya. Elektroda positif dan negatif mengandung zat yang suka berinteraksi satu sama lain. Litium sering berada di anoda dengan mangan, kobalt, nikel, dan oksigen. Elektroda negatif biasanya grafit atau silikon. Tujuan dari elektrolit adalah untuk memisahkan secara fisik bahan pada terminal positif dan negatif. Selain itu, elektron tidak dapat melewatinya, sehingga mereka terpaksa ‘bepergian’ ke luar baterai. Ini memastikan bahwa arus elektron dapat digunakan untuk menggerakkan mobil.

Lithium mengandung sejumlah besar energi

Pada aki mobil, litium biasanya tidak ditemukan dalam bentuk murni, melainkan sebagai “ion”. Ini adalah atom litium yang kehilangan elektronnya. Keuntungan dari ion litium adalah sangat kecil sehingga dapat dengan mudah melewati baterai. Ini penting, karena sebuah elektron hanya dapat memulai perjalanannya keluar dari baterai jika ion litium meninggalkan baterai pada saat yang bersamaan. Pada baterai yang dapat diisi ulang, reaksi ini juga dapat terjadi dengan arah yang berlawanan.

Ooms mengatakan popularitas lithium karena kepadatan energinya yang tinggi. Tidak hanya voltase baterai yang lebih tinggi, kapasitas penyimpanan per kilogram baterai juga lebih tinggi daripada alternatifnya.

Ooms membandingkan interaksi antara elektroda positif dan negatif baterai dengan tangki. Perbedaan ketinggian antara kedua danau tersebut menciptakan tekanan air. Tekanan air ini menentukan seberapa besar daya yang akan mengalir dari air. Jika Anda membuka kunci satu tangki 10 meter di atas yang lain, air akan cepat habis. Jika perbedaan ketinggian 100 meter, maka air turun dengan gemuruh yang menggelegar – setinggi itulah tekanannya. Menurut Ooms, kombinasi material dengan lithium bisa disamakan dengan tangki tinggi. Di bidangnya mereka menyebut tekanan air sebagai “tegangan baterai”.

Ooms mengatakan kapasitas penyimpanan baterai lithium sangat tinggi per kilogram baterai. Danau kecil setinggi 100 meter bisa menghemat banyak energi, tapi hanya bisa bertahan selama satu jam. Danau besar bertahan lebih lama. “Jadi, Anda berbicara tentang kapasitas baterai.”

Saat baterai diisi, air dipompa kembali, dari rendah ke tinggi.

Permintaan lithium tumbuh dengan kuat

Pabrikan mobil telah lama berkomitmen untuk melestarikan iklim dengan membuat mesin bahan bakar mereka lebih efisien, tetapi jalur itu kini telah ditinggalkan di bawah tekanan peraturan. Di Uni Eropa, misalnya, lebih dari separuh mobil yang baru dikirim harus memiliki mesin serba listrik pada tahun 2030 jika produsen mobil ingin mematuhi peraturan emisi, Volkswagen menghitung pada tahun 2020. Mulai tahun 2035, mobil akan sepenuhnya dilarang menggunakan Bahan Bakar di Uni Eropa.

Volkswagen sekarang menyebut produksi kendaraan listrik sebagai “bisnis inti”, meskipun 570.000 kendaraan serba listrik diluncurkan tahun lalu. Itu 7 persen dari semua mobil yang diproduksi grup Jerman, dengan merek seperti Volkswagen, Audi, Skoda, dan Seat. Di seluruh dunia, Grup Volkswagen memimpin tempat keempat, setelah Tesla (1,3 juta mobil dikirim pada 2022), BYD China (900.000 unit) serta SAIC China (670.000 unit). Menurut Badan Energi Internasional (IEA), itu sudah global saham Dari mobil listrik tahun lalu, 14 persen.

Menurut badan itu sendiri, permintaan lithium akan tumbuh kuat untuk memenuhi tujuan iklim. Pada tahun 2030, lithium akan dibutuhkan tujuh kali lebih banyak daripada awal dekade ini. Hampir semua lithium ini diperkirakan akan berakhir di aki mobil. Dan di sinilah dia mendesak, karena perusahaan pertambangan sudah berjuang untuk memenuhi permintaan. Akibat kelangkaan ini, harga menjadi naik. Pada akhir tahun 2022, harga satu kilogram white stuff sekitar enam kali lipat harga rata-rata antara tahun 2015 dan 2020. Lanjutkan rekor ini dan Anda akan memahami kekhawatiran produsen mobil.

Strategi baterai baru Volkswagen

Saat ini, litium terutama berasal dari Australia, yang ditambang dengan menggiling batu keras, dan dari Chili, yang ditemukan di danau garam kering di Gurun Atacama. Setelah itu, sebagian besar pergi ke China untuk pemurnian, di mana pabrik baterai terbesar juga berada.

Bagi pabrikan otomotif, ketergantungan ini merupakan isu strategis. Volkswagen ingin tetap menjadi pembuat mobil terbesar di dunia, bahkan ketika semua orang mengendarai listrik. Untuk mencapai hal tersebut, perusahaan harus membuat mobil yang diinginkan pelanggan. Dengan kata lain, mobil terjangkau yang menghasilkan cukup banyak bagi Volkswagen. Ini berarti harga baterai harus diturunkan; Sekarang, tergantung pada pembuat mobilnya, total biaya untuk membuat mobil listrik sekitar 20 hingga 30 persen.

Dalam strategi baterai baru, Volkswagen telah menetapkan tujuan untuk mengendalikan seluruh rantai produksi: mulai dari ekstraksi bahan mentah hingga daur ulang mobil bekas. Selain lithium dari Chili dan Australia, Volkswagen baru-baru ini menandatangani kesepakatan dengan Kanada untuk membangun rantai lithium juga di sana. Pada gilirannya, Volkswagen sedang membangun pabrik baterai di Kanada. Selain itu, perusahaan ingin mengekstrak litium di Jerman dari danau garam bawah tanah. Pesaing Volkswagen juga mencari pasokan sendiri.

Indonesia tenggelam dalam pasar kobalt

Selain litium, aki mobil membutuhkan beberapa bahan lain, antara lain tembaga, nikel, kobalt, dan grafit. Badan Energi Internasional memperkirakan bahwa gabungan semua bahan ini memiliki berat sekitar 150 hingga 200 kilogram per kendaraan.

Permintaan kobalt diperkirakan akan berlipat ganda. Kongo masih menjadi pemasok utama, namun karena pelanggaran hak asasi manusia seperti pekerja anak, produksi di negara tersebut menjadi sensitif. Hal ini memberikan ruang bagi negara lain, seperti Indonesia, di mana begitu banyak yang telah diinvestasikan di tambang baru dalam beberapa tahun terakhir sehingga negara tersebut kini menjadi pemasok terbesar kedua, meskipun masih memiliki pangsa pasar 5 persen.

Sekarang ada banyak uang yang harus dihasilkan, ada banyak ketertarikan pada teknologi baterai. Baterai lithium-ion pertama dipasarkan oleh Sony pada tahun 1991, kata Ooms. Sekarang para ilmuwan di seluruh dunia sedang mencoba untuk meningkatkan baterai itu. “Penelitian dasar kami bertujuan, antara lain, untuk menemukan kombinasi optimal antara energi reaksi dan bahan yang dapat bertahan lama,” kata Ooms. Dia. Dia Tim Profesor Marnix Waggemaker, yang juga dikerjakan oleh keluarga Oom, baru-baru ini memberikan demonstrasi Dimungkinkan untuk memperpanjang umur baterai lithium-ion dengan menambahkan beberapa garam.

Baterai padat

Perusahaan mobil juga berinvestasi dalam penelitian. Volkswagen bekerja sama dengan perusahaan Amerika untuk mengembangkan “baterai padat”. Litium juga memainkan peran utama dalam hal ini, tetapi karena tidak ada cairan yang digunakan untuk memaksa elektron keluar, keamanan api lebih besar. Baterai ini juga dapat menyimpan lebih banyak energi dan mengisi daya lebih cepat.

Toyota juga sedang mengerjakan baterai seperti itu, ternyata minggu ini. Faktanya, pembuat mobil Jepang tersebut telah mengklaim bahwa mereka mungkin dapat memasang baterai semacam itu di mobil pada awal tahun 2027. Keiji Kaita, kepala riset di Toyota, menyenangkan para investor dengan kinerja yang diharapkan dari baterai tersebut. Hanya perlu 10 menit untuk mengisi baterai, setelah itu mobil dapat menempuh jarak 1.200 km – klaim yang ditanggapi dengan skeptis.

Baca juga:

Aki mobil adalah janji yang bagus, tetapi siapa yang akan membayarnya kembali dan kapan?

Pada tahun 2040, aki mobil dapat menggantikan pembangkit listrik bertenaga nuklir dan gas yang tak terhitung jumlahnya. Ada masalah: sistem sudah diterapkan untuk mencapai hal ini, tetapi belum diimplementasikan. Vincent menginginkan matahari