General Motors sedang mengerjakan beberapa teknologi baterai generasi berikutnya untuk mengatasi masalah yang paling mendesak terkait jangkauan kendaraan listrik, kinerja pengisian daya, dan biaya. Di antaranya adalah baterai solid-state, baterai natrium-ion, dan anoda silikon.

"Tim RD kami di GM secara aktif terus melihat teknologi solid-state, apakah itu semua solid-state, berbasis sulfida, berbasis oksida, atau keramik," kata Kushal Narayanaswamy, direktur teknik sel baterai canggih di GM, kepada InsideEVs dalam sebuah wawancara minggu lalu. "Tim RD kami juga sedang mencari ion natrium," tambahnya.

Baterai tegangan tinggi merupakan komponen yang paling mahal dan paling penting dalam kendaraan listrik. Arsitektur voltase dan kemampuan pengisian/pengosongan daya secara langsung memengaruhi seberapa cepat EV dapat berakselerasi dan seberapa jauh jarak tempuhnya. Karena harga baterai yang mahal, mobil listrik umumnya tetap lebih mahal daripada mobil berbahan bakar gas. Rata-rata, harga mobil listrik sekitar $9.644 lebih mahal daripada mobil bensin pada bulan Mei, menurut Cox Automotive.

Produsen mobil dan perusahaan baterai berupaya mengurangi biaya tersebut dan juga meningkatkan jangkauan, kecepatan pengisian daya, dan keamanan dibandingkan dengan sel lithium-ion tradisional. GM melakukan semuanya, meskipun mereka juga mengembangkan mesin pembakaran generasi berikutnya secara paralel. Bersama dengan pemasok baterai utamanya, LG Energy Solution, GM kini menjadi produsen sel terbesar di Amerika Utara, bahkan melampaui Tesla. Para eksekutif GM mengklaim bahwa mereka dapat memproduksi sel dengan biaya yang lebih rendah daripada para pesaingnya.

Pusat Inovasi Baterai GM Wallace Michigan

Sekarang, produsen mobil ini ingin meningkatkan keunggulannya dengan teknologi baterai generasi berikutnya. Narayanaswamy memimpin Pusat Inovasi Wallace Battery Cellyang baru dan mutakhir milik GM di Warren, Michigan. Fasilitas ini terletak di sebelah utara Detroit dan dibuka pada tahun 2022. Ini adalah senjata yang kurang dikenal oleh produsen mobil yang membantunya mengembangkan dan meningkatkan skala kimia baru dan meningkatkan yang sudah ada saat ini.

Secara historis, produsen mobil mengandalkan pemasok baterai untuk sel, yang kemudian diadaptasi untuk digunakan dalam kendaraan. Namun model tersebut mulai bergeser ketika Tesla melakukan pengembangan baterai secara internal pada tahun 2016 dengan kemitraannya bersama Panasonic. Sekarang GM juga melakukan hal yang sama, dengan kontrol yang lebih besar terhadap seluruh proses, mulai dari pemilihan bahan baku hingga desain sel dan integrasi kendaraan.

Contoh kasusnya adalah pekerjaan GM pada kimia lithium manganese-rich (LMR), di mana perusahaan membangun dan menguji 300 sel format besar di 18 varian, semuanya secara internal, sebelum melibatkan mitra usaha patungan LG Energy Solution untuk produksi massal. Wallace Center memungkinkan GM untuk membuat prototipe dengan cepat, membangun keahlian internal, dan meningkatkan skala secara lebih efisien dengan para pemasoknya, kata Narayanaswamy.

Hal ini juga memberikan fleksibilitas yang lebih besar bagi perusahaan untuk mengembangkan dan mengimplementasikan sel format besar di berbagai jenis bahan kimia dan format. Apa yang dulunya merupakan proses pengambilan baterai dari rak sekarang menjadi upaya inovasi yang sepenuhnya terintegrasi dan dipimpin oleh produsen mobil. Otot RD internal ini, dan kebebasan yang tampaknya seperti perusahaan rintisan yang dinikmati GM dalam pengembangan baterai, berarti GM juga dapat mengeksplorasi bahan kimia lain seperti solid-state dan sodium-ion.

Narayanaswamy mengatakan bahwa GM bekerja di tujuh kimia anoda dan katoda yang berbeda, yang juga mencakup beberapa aplikasi berbasis nikel saat ini, serta sel LMR yang baru.

Baterai natrium-ion masih dalam tahap awal pengembangan. Meskipun demikian, baterai ini terus menarik perhatian sebagai alternatif baterai murah yang menjanjikan. Meskipun memiliki kepadatan energi yang lebih rendah daripada baterai lithium-ion pada umumnya, baterai ini menghindari penggunaan bahan tanah jarang, secara signifikan lebih aman dan sebagian besar tidak terpengaruh oleh suhu dingin.

Sodium sekitar 400 kali lebih banyak daripada lithium. Sodium tersedia secara luas di laut dan samudra kita, menurut sebuah studi yang diterbitkan dalam jurnal akademik IOP Science. Harganya $150 per ton, jauh lebih rendah dari $5.000 per ton untuk lithium.

Pada tahun 2024, China menjadi negara pertama yang memasang baterai natrium-ion pada mobil listrik produksi - JAC Yiwei 3, sebuah hatchback kompak yang ukurannya mirip dengan BYD Seagull. Mobil ini memiliki baterai 23,2 kWh dan memiliki jarak tempuh 230 kilometer (142 mil) pada siklus CLTC. Raksasa baterai Cina, CATL, mengungkapkan baterai natrium-ion pertamanya pada awal tahun ini, baik untuk aplikasi tegangan rendah maupun tegangan tinggi. Paket tegangan tinggi memiliki jangkauan CLTC sejauh 310 mil. Baterai ini diklaim dapat bekerja dengan sempurna hingga suhu -40 derajat Fahrenheit.

Di mana teknologi natrium-ion benar-benar mendapatkan daya tarik adalah di ruang roda dua listrik di Cina. Di segmen tersebut, pertukaran dalam kepadatan energi diimbangi dengan biaya yang lebih rendah dan kinerja yang memadai untuk kasus penggunaan jarak pendek.

"Kami memiliki pengetahuan teknis," kata Narayanaswamy tentang kemampuan GM untuk membuat baterai ion natrium. "Ini lebih tentang mendapatkan rantai pasokan yang tepat dan memastikan aplikasi yang tepat untuk itu," tambahnya.

Sementara itu, baterai solid-state berada di ujung spektrum yang berlawanan, menjanjikan kepadatan energi dan kinerja yang lebih tinggi daripada kebanyakan bahan kimia lainnya.

Dalam sel lithium-ion tradisional, elektrolit-bahan yang memindahkan ion antara siklus pengisian dan pengosongan-biasanya berupa bahan kimia cair. Baterai solid-state menukarnya dengan elektrolit padat, yang sering kali terbuat dari polimer, sulfida, atau oksida. Studi menunjukkan kombinasi ini sangat meningkatkan kepadatan energi, meningkatkan kecepatan pengisian daya, dan membuat baterai lebih aman serta jauh lebih tidak mudah terbakar.

Pakar industri sering menyebut baterai solid-state sebagai cawan suci teknologi baterai. Namun, meningkatkan teknologi ini untuk produksi massal terbukti menantang. Namun, beberapa produsen mobil percaya bahwa hanya masalah waktu saja sebelum mereka bisa mencapainya.

Mercedes-Benz dan BMW telah memasang baterai solid-state pada kendaraan prototipe. Toyota berencana untuk memulai debut aplikasi pertamanya dalam hibrida pada akhir dekade ini, sementara Stellantis diperkirakan akan menguji coba di Dodge Charger Daytona tahun depan. Sementara itu, beberapa mobil listrik produksi di China sudah menggunakan baterai semi-solid-state, yang menggantikan elektrolit cair dengan bahan seperti gel-sebuah langkah sementara sebelum baterai solid-state penuh dapat diproduksi.

Prototipe Baterai Solid-State BMW i7

GM belum mengkonfirmasi komersialisasi sel solid-state, tetapi mengatakan bahwa teknologi ini sedang "dieksplorasi secara aktif" di laboratorium RD.

Narayanamswamy juga menegaskan kembali pekerjaan GM pada anoda silikon, yang pertama kali dilaporkan oleh InsideEV pada bulan Februari.

Dalam baterai EV, anoda adalah elektroda tempat ion lithium disimpan saat baterai diisi. Anoda biasanya terdiri dari grafit. Kandungan silikon yang lebih tinggi dapat meningkatkan jangkauan dan kinerja pengisian daya mobil listrik, kata GM kepada InsideEVs. Anoda silikon telah ada selama beberapa tahun terakhir, tetapi dalam jumlah yang sangat kecil. Sekarang, proporsinya dalam anoda akan meningkat.

Produsen mobil tersebut sekarang ingin mengintegrasikan anoda silikon dalam EV-nya, dan saat ini sedang menguji sel anoda silikon format besar kelas otomotif di pusat penelitian Wallace, kata Narayanaswamy.

Hasil pertama dari pekerjaan GM di pusat baterai Wallace akan terlihat pada tahun 2028, ketika produsen mobil tersebut berencana untuk meluncurkan sel prismatik lithium mangan kaya (LMR) baru pada truk produksi, dengan jarak tempuh lebih dari 400 mil, penghematan berat ratusan pon dan biayanya tampaknya akan serupa dengan sel LFP.

Sedangkan untuk bahan kimia lainnya, mungkin perlu waktu beberapa saat sebelum layak untuk digunakan pada kendaraan.

Namun Narayanasawmy mengatakan bahwa produsen mobil ini akan melanjutkan upaya penelitian dan pengembangan terlepas dari apa yang terjadi di sisi kebijakan, di mana pemerintahan Trump berusaha untuk membongkar hampir semua program energi bersih era Biden, termasuk pencabutan kredit pajak konsumen, kredit manufaktur untuk pabrik baterai EV dan standar emisi EPA.

Tak satu pun dari semua itu akan memperlambat upaya RD GM terkait baterai, kata Narayanaswamy.

Punya saran? Hubungi penulis: [email protected]