Laboratorium tempat GM membuat baterai EV baru untuk mengalahkan China

Di dalam laboratorium baterai General Motors yang berkembang pesat di pinggiran kota Detroit, para ilmuwan dan insinyur menganalisis tekanan pada sel lithium-ion: panas gurun, dinginnya kutub, kelembapan hutan, pengisian dan pengosongan yang cukup untuk setengah lusin reboot Frankenstein.

Untuk TepiDalam tur eksklusif laboratorium rahasia ini, saya menyaksikan para peneliti mengamati kimia sel hingga ke tingkat atom, menggunakan mikroskop elektron. Yang lain bekerja dalam skala yang lebih besar, hingga Megashaker. Di dalam aula yang luas, ruang uji geser yang sangat besar menyelimuti salah satu baterai GM yang bertumpuk ganda, berkekuatan 205 kilowatt-jam — jenis yang menggerakkan model-model raksasa seperti Cadillac Escalade IQ.

Paket seberat 2.900 pon itu digantung di udara dari derek yang dipasang di langit-langit, dibaut ke struktur sekitarnya untuk meniru koneksinya ke kendaraan yang bergerak. Seperti smoothie yang direndam litium, baterai diguncang secara hidraulik di ruang yang dikontrol atmosfernya, menyimulasikan apa pun mulai dari lubang berlubang hingga tabrakan berkecepatan rendah. Dengan lusinan ruang uji untuk masing-masing sel, modul, atau keseluruhan paket, GM dapat melakukan simulasi penggunaan dan penyalahgunaan baterai di dunia nyata selama 10 tahun dan 250,000 mil dalam waktu sekitar enam bulan.

Dunia nyata telah menjadi sangat kejam terhadap kendaraan listrik. Beberapa konsumen menjadi ragu-ragu, salah satunya karena harga yang sangat tinggi. Aturan polusi dan penghematan bahan bakar menghadapi kemunduran yang ketinggalan jaman, sehingga mendorong produsen mobil untuk beralih ke mobil berbahan bakar fosil. Dalam penghinaan terbaru, kredit mobil bersih federal senilai $7,500, yang disukai oleh pembeli kendaraan listrik dan sumber penjualan bagi GM dan produsen mobil lainnya, telah dicekik oleh pemerintahan Trump. Semua ini menyebabkan kerugian sebesar $1,6 miliar pada laba GM minggu ini, dalam bentuk penurunan laba kuartal ketiga.

GM secara langsung mengaitkan kerugian sebesar $1,6 miliar tersebut dengan pemerintahan Trump yang menghilangkan kredit dan melonggarkan peraturan emisi. Dampak buruk dari langkah-langkah tersebut tentu saja akan menghasilkan lebih banyak polusi pada mobil bermesin pembakaran internal (ICE) di jalan raya, dan lebih sedikit kendaraan listrik, karena GM dan produsen mobil lainnya mengurangi produksinya untuk memenuhi ekspektasi penurunan permintaan konsumen. Terlepas dari semua model barunya yang ramping dan investasi bernilai miliaran dolar, GM dan produsen mobil lainnya terus merugi di bisnis listrik. Dan ini adalah sebelum semua hambatan baru ini mulai bertiup.

GM harus mampu bertahan dari guncangan dan tekanan industri ini. Meskipun GM melakukan pertahanan dengan menopang bisnis ICE-nya, GM berencana untuk terus melakukan serangan terhadap kendaraan listrik. Di dalam Pusat Teknisnya yang luas, kampus klasik abad pertengahan yang dirancang oleh Eero Saarinen, GM menghadirkan senjata abad ke-21: baterai kaya litium mangan, atau LMR.

Beberapa analis dan investor terus mengatakan Detroit memiliki peluang kecil untuk bersaing dengan Tiongkok di panggung EV global. Para eksekutif dan insinyur GM berpendapat berbeda, bahkan ketika pemerintahan Trump mengabaikan kebijakan energi dan manufaktur yang bersifat top-down serta dukungan pemerintah yang dulunya diberikan oleh Tiongkok, yang sebelumnya juga beralih dari otomotif ke kekuatan dominan di bidang kendaraan listrik dan baterai.

GM mengatakan baterai LMR yang terjangkau dan lebih ramah lingkungan akan mengungguli baterai litium besi fosfat (LFP) terbaik Tiongkok – yang saat ini merupakan solusi berbiaya rendah yang disukai di dunia. Sel-sel baru perusahaan ini harus memberikan jarak tempuh sepertiga lebih jauh dibandingkan LFP, dengan biaya yang hampir sama. Semua hal sama, itulah perbedaan antara kendaraan listrik yang dapat menempuh jarak 300 mil dan kendaraan listrik yang dapat melaju sejauh 100 mil lebih. Memang benar, GM menjanjikan jangkauan EPA yang lebih baik dari 400 mil dari SUV dan pikap terbesar mereka ketika baterai ini tiba pada tahun 2028. Mereka juga akan menghemat GM setidaknya $6.000 per paket baterai, dibandingkan sel nikel tinggi yang mahal saat ini. Jumlah itu hampir cukup untuk mengimbangi hilangnya kredit sebesar $7.500 dan membawa kendaraan listrik lebih dekat menuju keseimbangan harga yang sulit dipahami dengan model bensin.

“Ini membuka jangkauan premium jarak jauh dengan biaya terjangkau,” kata Andy Oury, insinyur baterai utama GM.

Kurt Kelty, yang membantu mentransformasi industri global sebagai kepala pengembangan sel baterai Tesla, mengatakan bahwa sel-sel ini – tidak seperti kimia solid-state – bukanlah baterai yang biasa-biasa saja, menjanjikan di halaman namun terus-menerus terjebak di laboratorium. Saat berbicara dengan lebih dari selusin eksekutif, insinyur, peneliti, dan ilmuwan baterai, keyakinan mereka terlihat jelas: Baterai ini, kata mereka, telah diuji, dibuktikan, dan siap untuk diproduksi massal. GM menghabiskan $900 juta untuk membangun sepasang pusat baterai baru yang luas di sini, selain lebih dari $5 miliar yang telah diinvestasikan dalam operasi baterai di AS.

Kelty, wakil presiden GM bidang baterai, propulsi, dan keberlanjutan, telah menghabiskan seumur hidup di bidang ini. Dia berada di Sony pada tahun 1991 ketika perusahaan tersebut meluncurkan Camcorder revolusionernya, perekam video pertama dengan baterai lithium-ion. Dia menghabiskan 11 tahun membimbing teknologi baterai Tesla sebagai Karyawan No. 50 di perusahaan baru Elon, kemudian bekerja di sisi anoda untuk Sila Nanotechnologies sebelum bergabung dengan GM.

“Saya sudah melihat semuanya saat ini,” Kelty memberitahu saya. “Jadi ketika saya mengatakan ini adalah terobosan, saya telah melihat banyak teknologi datang dan pergi. Atau biasanya bukan datang. Mereka mendapat pengumuman, lalu menghilang. Itu semacam standar untuk industri baterai.”

Jika baterai cenderung mengalami peningkatan bertahap – lapisan yang unggul di sini, lapisan tembaga yang lebih baik di sana – Kelty mengatakan sel LMR prismatik ini mewakili langkah perubahan yang serius. Satu tanpa pengorbanan yang biasa.

“Itulah mengapa kami sangat gembira dengan hal ini,” katanya. “Biasanya Anda bisa mendapatkan energi yang tinggi namun mematikan siklus hidup Anda, mematikan biaya Anda, atau apa pun. Namun dalam kasus ini, ini adalah kimia yang sangat seimbang.”

Baterai-baterai ini dapat mencapai tahap akhir di Tiongkok dengan cara lain, yaitu lebih mengandalkan rantai pasokan yang berbasis di AS yang baru saja diluncurkan. Ketika ditanya tentang dominasi Tiongkok saat ini, Kelty mengatakan GM tahu apa yang akan mereka hadapi. Ironisnya bagi inovasi dan manufaktur Amerika, teknologi LFP pemenang Nobel dikembangkan di sini, di Universitas Texas. Namun ketika perusahaan-perusahaan Amerika ragu-ragu, Tiongkok mengambil alih teknologi yang dipatenkan dan membangun kerajaan LFP untuk dirinya sendiri.

“Mereka telah melanggar IP selama bertahun-tahun, namun mereka hanya menjualnya di Tiongkok, jadi hal ini tidak pernah menjadi masalah,” kata Kelty. “Sekarang paten-paten itu sudah habis masa berlakunya, jadi tidak ada masalah ekspor [LFP].”

“Jadi, Anda harus mengingat siapa pesaing Anda. Dan dengan menggunakan LMR, kami sekarang dapat melampaui kinerja LFP mereka, namun memberikan biaya yang sama.”

Oury mengatakan LMR telah ada selama satu dekade, namun para peneliti tidak dapat mengatasi masalah tegangan yang mereda seiring berjalannya waktu. Mempercepat pengembangannya lima tahun yang lalu, dimulai dengan sel berukuran koin, GM memecahkan masalah ketahanan dan terus mengembangkan faktor bentuk prismatik yang lebih besar – tumpukan sel tipis, kira-kira seukuran casing laptop – yang dapat digunakan pada kendaraan.

“Kami mendapat kepercayaan diri untuk meningkatkan desain yang lebih besar,” kata Oury.

Di antara produsen mobil Amerika Utara, GM menaruh taruhan awal pada pembuatan baterai “nikel tinggi” atau “kaya nikel” miliknya sendiri. Bahan kimia NCM (untuk nikel-kobalt-mangan) adalah yang paling padat energi dan saat ini menggerakkan hampir setiap kendaraan listrik yang dijual di Amerika. Produsen mobil tersebut awalnya kesulitan untuk membuat baterai kantong tersebut dalam skala besar, sehingga membuat produksi beberapa kendaraan listrik terhenti. Namun kini pertaruhan tersebut membuahkan hasil, memberikan GM potensi keunggulan dibandingkan merek-merek EV yang terlambat, termasuk merek-merek impor yang terkena tarif dan tidak memiliki pabrik EV atau baterai dalam negeri. GM kini memproduksi lebih banyak sel lithium-ion dibandingkan produsen mobil mana pun di Amerika Utara, melalui kemitraan dengan LG Energy Solution di pabrik di Ohio dan Tennessee.

Kelty mengatakan GM dapat memproduksi sel-sel tersebut dengan biaya lebih rendah dibandingkan pesaing domestik mana pun. Berdasarkan pembongkaran sekitar dua lusin paket pesaing di sini, Kelty mengatakan GM belum menjadi produsen berbiaya terendah di tingkat paket – tetapi akan mencapai tonggak sejarah tersebut dengan kendaraan listrik generasi berikutnya. Pertama, paket LMR prismatik akan membutuhkan komponen 50 persen lebih sedikit.

Nikel tinggi mungkin pilihan terbaik dalam jangka panjang, tapi harganya mahal, banyak mengandung nikel dan kobalt yang mahal. Cobalt juga penuh dengan etika, termasuk mengambil sumber dari tambang di Afrika dimana anak-anak melakukan pekerjaan berbahaya dengan upah yang kecil. Biaya baterai tersebut, sekitar 30 persen dari biaya kendaraan pada umumnya, tetap menjadi faktor nomor satu yang membuat kendaraan listrik tidak terjangkau bagi banyak orang Amerika. Itulah alasan Lyriq-V yang mengesankan dari Cadillac, SUV 615 tenaga kuda, dijual dengan harga lebih dari $81.000. Itu sebabnya Cadillac Escalade IQ berharga $130.000, atau pikap Chevy Silverado EV mulai dari $75.000.

Jawaban Tiongkok adalah baterai LFP, yang memicu revolusi kendaraan listrik di negara tersebut, terutama untuk model beranggaran kecil yang mendominasi pasar tersebut. Aman dan tahan lama, baterai tersebut menggantikan kobalt dan nikel dengan besi dan fosfat yang murah dan berlimpah. GM, MengarungiDan bintang adalah salah satu produsen mobil Barat yang kini ingin membangun LFP mereka sendiri. Pengorbanannya adalah jarak tempuh dan performa yang biasa-biasa saja. Baterai LFP “Blade” terbaru dari BYD Tiongkok menghasilkan sekitar 350 watt-jam per liter volume. Bandingkan dengan lebih dari 600 watt-jam untuk baterai nikel tinggi GM, atau 4680 sel silinder Tesla.

Inovasi LMR menemukan jalan tengah melalui dosis mangan yang sehat, logam transisi abu-abu perak yang melimpah. Sel-sel tersebut hanya mengorbankan jangkauan kecil dibandingkan dengan desain nikel tinggi yang paling kuat. Namun harganya bisa jauh lebih murah dan mengalahkan jangkauan atau kinerja LFP. Ford telah mengumumkan terobosannya sendiri dalam LMR.

Dalam kompetisi kimia ini, aksi di sini terutama di katoda. Itu adalah elektroda baterai positif yang menghasilkan listrik untuk mobil atau ponsel pintar, dan menerima elektron dalam reaksi kimia saat baterai habis.

Baterai NCM saat ini mengandung hingga 85 persen nikel di katoda tersebut, 10 persen mangan, dan 5 persen kobalt. Baterai LMR membaliknya. Katodanya mengandung hingga 70 persen mangan, sekitar 30 persen nikel, dan 2 persen atau kurang kobalt.

“Mangan sangat murah, jadi pada tingkat bahan mentah, mangan memberi Anda manfaat tersebut sejak awal,” kata Kushal Narayanaswamy, direktur rekayasa sel baterai canggih GM.

Bahan yang lebih murah hanyalah permulaan. Para analis mengatakan beberapa perusahaan Tiongkok akan meluncurkan mobil atau baterai baru ke pasar hanya dalam waktu dua tahun. Kecepatan yang tak tertandingi ini mungkin merupakan keunggulan terbesar Tiongkok, melebihi teknologi yang ada pada kendaraan listrik mereka. GM mengatakan operasi internalnya dapat memangkas waktu yang dibutuhkan untuk membawa baterai baru ke ruang pamer hingga satu tahun penuh, dengan biaya lebih rendah dan kualitas lebih tinggi.

Saya bertemu Narayanaswamy di Pusat Inovasi Sel Baterai Wallace, inti pendekatan DIY GM terhadap baterai. Hal ini mengambil contoh integrasi vertikal yang menjadi ciri khas BYD Tiongkok, produsen kendaraan listrik terbesar di dunia. Dan baterai. Di sini, GM mengembangkan dan menguji bahan kimianya sendiri — mencampurkan bubur hitam, melapisi katoda — tanpa terus-menerus bolak-balik dengan pemasok luar yang dapat memperlambat proyek hingga terhenti. Laboratorium Wallace kini dapat memproduksi hingga 100 sel sehari, dan telah menciptakan 26 varian sel LMR dalam tiga faktor bentuk. Di sebelahnya, saya melihat Pusat Pengembangan Sel Baterai Ancker-Johnson sedang dibangun. Fasilitas seluas 500.000 kaki persegi ini akan menampung jalur perakitan percontohan kecil untuk baterai, menjembatani kesenjangan yang seringkali besar antara laboratorium dan produksi pabrik.

Produsen mobil telah memangkas waktu pengujian baterai baru sebesar 60 persen. Kembar digital dan pemodelan virtual mensimulasikan ratusan skenario dunia nyata — mulai dari kondensasi dalam paket baterai hingga tabrakan yang dahsyat — sebelum GM membangun satu sel atau paket fisik. Perusahaan telah melakukan simulasi berkendara sejauh lebih dari 1,4 juta mil. Radu Theyyun ni, direktur global elektrifikasi virtual dan powertrain, mengatakan model berbasis fisika perusahaannya telah mencatat 150 juta jam waktu komputasi, untuk mengoptimalkan LMR dari tingkat atomistik hingga paket penuh. Itu setara dengan satu CPU bertenaga yang bekerja tanpa henti selama 171 tahun.

Pertanyaan yang jelas: Jika LMR adalah segalanya, mengapa GM mengutak-atik baterai LFP, dengan rencana produksi di Tennessee? Para eksekutif GM berargumentasi bahwa LFP masih cocok untuk model berbiaya rendah dan kisaran harga lebih rendah. Dan LFP menunjukkan potensi besar untuk penggunaan kedua dalam penyimpanan energi stasioner.

Dengan hilangnya kredit pemerintah, GM telah memilih untuk mengambil sendiri biaya sebesar $7.500 tersebut untuk saat ini melalui kesepakatan sewa bersubsidi, untuk menjaga penjualan kendaraan listrik agar tidak mendatar. Hal ini merupakan kemurahan hati GM, namun hal ini merupakan pukulan lain bagi perusahaan, selain tagihan tarif yang bisa mencapai $5 miliar pada akhir tahun. Dealer pasti diminta untuk berbagi rasa sakitnya.

Saya bertanya kepada Kelty apakah akhir kredit itu seperti merobek Band-Aid: menyakitkan, tapi pada akhirnya perlu. Penghargaan tersebut tidak pernah dimaksudkan untuk bertahan selamanya. Kini para pembuat mobil tidak punya tempat untuk bersembunyi, tidak ada subsidi, dan tidak ada alasan. Para analis mengatakan langkah ini mungkin memisahkan pesaing kendaraan listrik dari yang berpura-pura. Hanya produsen mobil yang mampu menghadirkan kendaraan listrik yang terjangkau dan menarik, serta menghasilkan keuntungan, yang akan bersaing atau mungkin bertahan, termasuk melawan Tiongkok di panggung global.

“Apakah aku lebih suka hal itu terjadi belakangan?” Kelty berkata tentang akhir kredit yang drastis. “Ya, saya pikir kita semua akan melakukannya. Namun hal ini memaksa kita untuk mengambil arah yang benar. Kita harus menurunkan biaya.

“Kami juga melakukan hal ini di Tesla, untuk mengabaikan semua insentif yang ada. Anda harus mampu berdiri sendiri. Dan itulah cara kami melihatnya di sini, di GM.”

Kelty mengatakan kendaraan listrik sudah bisa menandingi mobil ICE dalam hal total biaya kepemilikan. Tapi hal itu belum cukup menarik perhatian orang Amerika yang melihat kendaraan listrik dan hanya melihat pembayaran bulanan yang lebih tinggi.

“Jadi begitu Anda mendapatkan harga stiker yang serupa, maka permainan ICE akan berakhir di sebagian besar aplikasi. Karena ini adalah pengalaman yang lebih baik saat Anda mengendarai EV.”