Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Rasio Serbuk Grafit 0.1 Dan 0.35 Sebagai Material Filler Pada Phase Change Material Terhadap Laju Pemanasan Pada Permukaan Lithium-Ion Battery Dalam Proses Discharging

Stevanno, Joenatan (2024) Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Rasio Serbuk Grafit 0.1 Dan 0.35 Sebagai Material Filler Pada Phase Change Material Terhadap Laju Pemanasan Pada Permukaan Lithium-Ion Battery Dalam Proses Discharging. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007201191-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (5MB) | Request a copy

Abstract

Krisis energi dan polusi telah menjadi isu global yang mendapat perhatian luas. Ketergantungan manusia pada sumber energi fosil telah meningkatkan emisi gas rumah kaca, menjadi penyebab utama perubahan iklim global. Elektrifikasi, sebagai langkah untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, terutama dalam kendaraan listrik, telah menjadi sorotan utama. Penggunaan energi terbarukan untuk menghasilkan listrik untuk kendaraan ini menjadi fokus untuk mengurangi jejak karbon. Dalam transformasi menuju sistem energi yang lebih berkelanjutan, peran baterai menjadi semakin penting. Baterai, sebagai penyimpan energi vital, mendukung penggunaan sumber energi terbarukan. Dalam proses pengisian dan pengosongan baterai, terjadi pembangkitan panas yang dapat mempengaruhi kinerja dan keamanan baterai. Fenomena ini dapat menyebabkan peningkatan suhu dan overheating jika tidak diatur dengan baik. Sistem manajemen termal terintegrasi secara cerdas pada baterai menjadi pendekatan umum untuk mencegah overheating. Metode efektif dalam pendinginan baterai, seperti penggunaan Phase Change Material (PCM), menjanjikan stabilitas suhu dan efisiensi energi.Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi material filler dan ketebalan pada PCM komposit terhadap laju kenaikan temperatur pada permukaan baterai lithium-ion. Dengan merinci literatur, efektivitas pembuangan panas menggunakan metode PCM pada paket baterai sangat dipengaruhi oleh material tambahan pada PCM. Penelitian ini berkontribusi pada pemahaman lebih lanjut mengenai penerapan PCM dalam meningkatkan kinerja dan umur baterai, yang memiliki implikasi penting dalam pengembangan sistem penyimpanan energi masa depan. Penambahan filler (serbuk grafit) pada PCM terbukti meningkatkan kemampuan PCM dalam menjaga temperatur baterai lithium-ion agar tetap stabil. Pada discharge rate 1C, variasi 9mm rasio 0.35 menjadi pilihan yang paling efektif dengan kenaikan temperatur yang merata dan stabil dan memiliki temperatur akhir 34.2⁰C yang mana lebih rendah 7.175⁰C (17,3%) dari natural convection. Pada discharge rate 2C, variasi 9mm rasio 0.35 menjadi pilihan yang paling efektif dengan kenaikan temperatur yang merata dan stabil dan memiliki temperatur akhir 40.225⁰C yang mana lebih rendah 14.05⁰C (25,9%) dari natural convection. Pada discharge rate 3C, variasi 9mm rasio 0.35 menjadi pilihan yang paling efektif dengan kenaikan temperatur yang merata dan stabil dan memiliki temperatur akhir 44.95⁰C yang mana lebih rendah 22.825⁰C (33,7%) dari natural convection. Pada discharge rate 4C, variasi 9mm rasio 0.1 menjadi pilihan yang paling efektif dengan kenaikan temperatur yang merata dan stabil dan memiliki temperatur akhir 47.65⁰C yang mana lebih rendah 33.075⁰C (40,9%) dari natural convection. Pada discharge rate 5C, variasi 9mm rasio 0.1 menjadi pilihan yang paling efektif dengan kenaikan temperatur yang merata dan stabil dan memiliki temperatur akhir 49.95⁰C yang mana lebih rendah 44.35⁰C (47%) dari natural convection. Pada semua variasi ketebalan, rasio 0.35 memiliki kenaikan temperatur yang lebih stabil dan hampir semua memiliki temperatur akhir yang lebih rendah kecuali variasi 6mm 5C rasio 0.35. Untuk semua variasi C-rate, ketebalan 9mm merupakan variasi yang paling baik terutama pada 3C, 4C, dan 5C karena pada C-rate tersebut, ketebalan 3mm dan 6mm sudah mulai terdeformasi pcm kompositnya.
==============================================================================================================================
The energy crisis and pollution have become global issues of widespread concern. Humanity's dependence on fossil energy sources has increased greenhouse gas emissions, becoming a primary cause of global climate change. Electrification, particularly in electric vehicles, is highlighted as a key step to reduce reliance on fossil fuels. The use of renewable energy to generate electricity for these vehicles is crucial in reducing carbon footprints. In the transition toward a more sustainable energy system, the role of batteries is increasingly important. Batteries, as vital energy storage devices, support the use of renewable energy sources. During the charging and discharging processes, heat generation occurs which can affect battery performance and safety. This phenomenon can lead to temperature increases and overheating if not managed properly. Integrated thermal management systems within batteries are commonly used to prevent overheating. Effective methods such as Phase Change Materials (PCM) for battery cooling promise temperature stability and energy efficiency. This study aims to analyze the influence of filler material variations and thicknesses in PCM composites on the rate of temperature rise on the surface of lithium-ion batteries. Based on detailed literature review, the effectiveness of heat dissipation using PCM methods in battery packs is significantly influenced by the additional materials in PCM. This research contributes to a deeper understanding of PCM applications in enhancing battery performance and lifespan, which has important implications for the development of future energy storage systems. The addition of a filler (graphite powder) to PCM has been proven to enhance its ability to maintain stable temperatures in lithium-ion batteries. At a discharging rate of 1C, the 9mm thickness with a filler ratio of 0.35 proved to be the most effective option, showing uniform and stable temperature rise with a final temperature of 34.2⁰C, which is 7.175⁰C lower (17.3%) compared to natural convection. At a discharging rate of 2C, the 9mm thickness with a filler ratio of 0.35 similarly demonstrated the most effective performance, maintaining uniform and stable temperature rise with a final temperature of 40.225⁰C, which is 14.05⁰C lower (25.9%) than natural convection. At a discharging rate of 3C, the 9mm thickness with a filler ratio of 0.35 proved to be the most effective option, showing uniform and stable temperature rise with a final temperature of 44.95⁰C, which is 22.825⁰C lower (33,7%) compared to natural convection. At a discharging rate of 4C, the 9mm thickness with a filler ratio of 0.1 proved to be the most effective option, showing uniform and stable temperature rise with a final temperature of 47.65⁰C, which is 33.075⁰C lower (40,9%) compared to natural convection. At a discharging rate of 5C, the 9mm thickness with a filler ratio of 0.1 proved to be the most effective option, showing uniform and stable temperature rise with a final temperature of 49.95⁰C, which is 44.35⁰C lower (47%) compared to natural convection. At higher discharging rates of 3C, 4C, and 5C, the 9mm thickness with a filler ratio of 0.35 continued to be the most effective option, consistently showing stable and uniform temperature rise, with final temperatures significantly lower compared to natural convection. Across all thickness variations, the 0.35 filler ratio generally exhibited more stable temperature rises, with most configurations showing lower final temperatures compared to natural convection, except for the 6mm thickness at 5C with a 0.35 ratio. Overall, the 9mm thickness was found to be the most effective across various C-rates, particularly at 3C, 4C, and 5C, where the 3mm and 6mm thicknesses showed signs of deformation in their PCM composites.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Baterai Lithium-ion, Phase Change Material, Sistem Manajemen Termal, Lithium-ion Battery, Thermal Management System
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Joenatan Stevanno
Date Deposited:	22 Aug 2024 05:05
Last Modified:	22 Aug 2024 05:05
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/112681

Actions (login required)

View Item