Studi Efek Variasi SoC Terhadap Self-Discharge dan Capacity Retention Baterai Ni-MH dengan Rest Time 24 Jam

Azhari, Alya Nisa Ramdania (2025) Studi Efek Variasi SoC Terhadap Self-Discharge dan Capacity Retention Baterai Ni-MH dengan Rest Time 24 Jam. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5007201167_Undergraduate_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 1 April 2027. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

Baterai Nickel-Metal Hydride (Ni-MH) sering digunakan dalam berbagai aplikasi energi terbarukan dan kendaraan listrik. Namun, fenomena self-discharge dan penurunan kapasitas selama penyimpanan menjadi tantangan utama yang memengaruhi kinerja jangka panjang baterai ini. Self-discharge merupakan baterai mengacu pada fenomena bahwa kapasitas baterai berkurang secara spontan setelah mengisi daya baterai dalam keadaan open circuit dan standing untuk jangka waktu tertentu. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh variasi State of Charge (SoC) terhadap tingkat self-discharge dan retensi kapasitas baterai Ni-MH dengan waktu penyimpanan selama 24 jam. Metode penelitian melibatkan eksperimen pengisian dan pengosongan baterai pada SoC 20%, 50%, dan 100%. Kapasitas aktual diukur menggunakan teknik Chronopotentiometry, sementara analisis resistansi internal dilakukan melalui Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Selain itu, perubahan struktur mikro elektroda akibat variasi SoC diamati menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan X-Ray Diffraction (XRD). Data yang diperoleh dianalisis untuk menentukan hubungan antara SoC penyimpanan dan degradasi baterai. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SoC 50% memiliki tingkat self-discharge paling rendah dan retensi kapasitas tertinggi dibandingkan SoC lainnya. SoC 50% memiliki keseimbangan penyimpanan hidrogen dalam elektroda metal hidrida yang mencegah kelebihan penyimpanan hidrogen dalam elektroda metal hidrida sehingga tidak terjadi evolusi hydrogen yang dapat menyebabkan kehilangan air melalui electrolyte dryout. Sebaliknya, pada SoC 100% memungkinkan terjadinya pembengkakan elektroda nikel, yang dapat terjadi selama pengisian daya dan pengisian daya berlebih. Pembengkakan yang berlebihan dapat menyebabkan tekanan mekanis dan degradasi baterai, yang pada akhirnya memperpendek masa pakainya. Terlihat juga pada nilai warburg terendah dan koefisien difusi hidrogen (DH) tertinggi ada pada SoC 100%, dimana nilai tersebut menggambarkan hidrogen akan lebih mudah dan lebih cepat untuk berdifusi. Difusi yang lebih cepat mengakibatkan electrolyte dryout, yaitu kondisi dimana elektrolit pada baterai menguap sehingga mempengaruhi nilai dan kinerja pada resistansi elektrolit yang dapat menyebabkan self-discharge terjadi lebih cepat. Hal ini diperkuat dengan hasil pengujian SEM, dimana pada SoC 100%, baterai terpulvurisasi karena kontraksi pada saat proses discharging. Hasil XRD menunjukkan bahwa baterai 1 merupakan baterai jenis AB5 dengan jenis alloy Ce(CoCu)2.5, yang memiliki tingkat oksidasi tinggi dan baterai 2 dengan jenis A2B7, dengan jenis alloy La2Ni7 yang memiliki pulvurisasi tinggi, terutama pada SoC maksimum yang dapat menyebabkan terjadinya pulvurisasi yang tinggi yang menyebabkan terjadinya self-discharge yang lebih tinggi.
======================================================================================================================================
Nickel-Metal Hydride (Ni-MH) batteries are often used in various renewable energy applications and electric vehicles. However, the phenomenon of self-discharge and capacity degradation during storage are major challenges that affect the long-term performance of these batteries. Self-discharge is a battery that refers to the phenomenon that the battery capacity decreases spontaneously after charging the battery in an open circuit state and standing for a certain period of time. This study aims to illuminate the effect of State of Charge (SoC) variations on the self-discharge rate and capacity retention of Ni-MH batteries with a storage time of 24 hours. The research method includes battery charging and discharging experiments at SoC of 20%, 50%, and 100%. The actual capacity is measured using the Chronopotentiometry technique, while internal resistance analysis is carried out through Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). In addition, changes in the electrode microstructure due to SoC variations are observed using Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD). The data obtained are explained to determine the relationship between SoC storage and battery degradation. The results showed that the 50% SoC had the lowest self-discharge rate and the highest retention capacity compared to other SoCs. The 50% SoC has a hydrogen storage balance in the metal hydride electrode that prevents excess hydrogen storage in the metal hydride electrode so that there is no hydrogen evolution that can cause air loss through electrolyte dryness. In contrast, the 100% SoC allows swelling of the nickel electrode, which can occur during charging and overcharging. Excessive swelling can cause mechanical stress and battery degradation, which ultimately shortens its service life. It can also be seen that the lowest Warburg value and the highest hydrogen diffusion coefficient (DH) are in the 100% SoC, where these values illustrate that hydrogen will be easier and faster to diffuse. Faster diffusion results in electrolyte dryness, a condition where the electrolyte in the battery evaporates, affecting the value and performance of the electrolyte resistance which can cause self-discharge to occur faster. This is reinforced by the results of SEM testing, where in the 100% SoC, the battery is pulvurized due to contraction during the discharging process. The XRD results show that battery 1 is an AB5 type battery with Ce(CoCu)2.5 alloy type, which has a high oxidation level and battery 2 is an A2B7 type, with La2Ni7 alloy type which has high pulvurization, especially at maximum SoC which can cause high pulvurization which causes higher self-discharge.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Ni-MH, Chronopotentiometry, Self-Discharge, Capacity Retention, Ni-MH, Chronopotentiometry, Self-Discharge, Capacity Retention
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:	Alya Nisa Ramdania Azhari
Date Deposited:	10 Feb 2025 00:29
Last Modified:	10 Feb 2025 00:29
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/118332

Actions (login required)

View Item