Interpretasi Komprehensif Komposit Tingkat Lanjut untuk Kendaraan Listrik dan Industri Otomotif
Bahan komposit mengacu pada bahan yang terdiri dari dua atau lebih bahan berbeda. Biasanya, bahan logam, keramik, atau polimer dapat digunakan sebagai bahan matriks utama. Dibandingkan dengan material tradisional, sebagian besar material komposit dirancang dengan fokus pada kekuatan spesifik yang tinggi, bobot yang lebih rendah, dan ketahanan terhadap korosi yang relatif tinggi. Kekuatan yang lebih tinggi, kekuatan lelah yang lebih tinggi, sifat fisik yang lebih baik, bobot yang lebih ringan, dan penyelesaian permukaan yang lebih baik merupakan keunggulan utama material komposit.
Dalam industri otomotif, material komposit lebih ringan dibandingkan logam yang umum digunakan. Komposit berbasis serat karbon adalah komposit polimer berperforma tertinggi yang digunakan pada mobil, ruang angkasa, pertahanan militer, dan peralatan olahraga. Pada mobil tradisional, logam merupakan struktur utama, sementara beberapa bagian internal terbuat dari bahan komposit. Dalam beberapa tahun terakhir, komposit serat karbon telah dianggap sebagai bahan yang paling cocok untuk mengurangi bobot kendaraan, meskipun bahan ini mungkin berbeda dari logam tradisional dan harganya mahal.
Dibandingkan dengan paduan aluminium, material komposit memiliki lebih banyak peningkatan pada sifat mekanik, struktur mikro, dan morfologi permukaan. Secara umum penerapan material komposit dalam industri otomotif tergolong material khusus. Pada kendaraan listrik, baja dan besi cor menyumbang sekitar setengah dari berat material; paduan aluminium menyumbang sekitar 9% dari total, plastik menyumbang 11%, dan karet menyumbang 3%. Saat ini, industri berfokus pada penggunaan sumber daya terbarukan dan selanjutnya memanfaatkan bahan-bahan yang dapat didaur ulang, ramah lingkungan, dan tidak terlalu berbahaya dengan dampak global.
Mengurangi emisi dan konsumsi bahan bakar merupakan tantangan utama yang dihadapi industri otomotif. Karena produksi energi bergantung pada bahan bakar fosil berbasis karbon, sejumlah besar gas rumah kaca dilepaskan ke lingkungan. Dengan terus meningkatnya konsumsi listrik global, terjadi peningkatan permintaan energi selama beberapa dekade terakhir. Karena mahalnya bahan bakar, dan juga mempertimbangkan degradasi lingkungan, konsumen termotivasi untuk memilih kendaraan listrik. Permintaan dan motivasi untuk menggunakan kendaraan listrik telah meningkat di banyak negara di dunia. Kendaraan listrik merupakan alternatif pengganti kendaraan berbahan bakar diesel, bensin, dan bahan bakar fosil lainnya karena menggunakan baterai lithium-ion, yang menawarkan kemudahan pengisian campuran dan bobot yang lebih ringan, karena sebagian besar komponen terbuat dari bahan komposit untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar kendaraan. Selain itu, mereka mungkin tidak memerlukan sebagian besar komponen yang diperlukan untuk kendaraan tradisional yang menggunakan bahan bakar fosil. Beberapa perusahaan ride-hailing fokus mengganti armada mesin pembakaran internal mereka dengan kendaraan listrik.
Untuk mengatasi masalah efisiensi energi, para peneliti menyarankan penggunaan bahan ringan untuk menggantikan suku cadang otomotif, yang dapat mengurangi bobot kendaraan sekaligus meningkatkan penghematan bahan bakar. Setiap penurunan bobot kendaraan sebesar 10 kilogram, emisi karbon akan berkurang sebesar 1 gram per kilometer sehingga mengurangi konsumsi bahan bakar. Solusi ringan secara bertahap menjadi metode yang penting karena telah terbukti efektif dalam mengurangi kebutuhan bahan bakar dan emisi.
Pembobotan otomotif berfokus pada pengurangan massa kendaraan melalui material alternatif dan mendesain ulang komponen, dengan tetap mempertahankan ukuran kendaraan dan lebih menjamin kebutuhan konsumen. Dalam desain kendaraan bermesin pembakaran internal, para peneliti telah menggunakan berbagai teknologi untuk mempelajari keunggulan material ringan dibandingkan material tradisional. Hasil dari integrasi kendaraan listrik dan desain ringan adalah berkurangnya dampak kendaraan terhadap lingkungan. Selain itu, penggunaan material ringan pada kendaraan listrik sudah dapat diperkirakan karena dapat meningkatkan performa dengan mengurangi bobot, seperti jarak tempuh dan kontrol ukuran baterai (seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah).
Komposisi Struktur Komponen Kendaraan Listrik
Material komposit dianggap sebagai material kandidat potensial untuk pembuatan komponen ringan, dan upaya telah dilakukan untuk mengurangi bobot kendaraan sekaligus mengembangkan metode produksi material ringan yang hemat biaya seperti Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP). Dibandingkan dengan material tradisional, CFRP memiliki kekuatan tinggi, bobot rendah, ketahanan getaran yang baik, kekakuan tinggi, serta ketahanan lelah dan korosi yang lebih tinggi.
Dalam beberapa tahun terakhir, meskipun teknologi material komposit otomotif telah mendapat perhatian dan penelitian luas, lapangan kerja di industri otomotif masih tertinggal dibandingkan industri dirgantara. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan dan kemajuan lebih lanjut untuk memenuhi permintaan kendaraan listrik yang terus meningkat. Bagan berikut menunjukkan klasifikasi berbagai jenis kendaraan. Dengan menggabungkan statistik terkini dari industri kendaraan listrik dan otomotif, perkiraan nilai pasar kendaraan listrik penumpang internasional pada tahun 2020 adalah sekitar $120,81 miliar, dengan perkiraan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sekitar 32,5% dari tahun 2021 hingga 2028.
Kategori kendaraan berbeda
Pada tahun 2020, penjualan mobil global berjumlah sekitar 3 juta unit, meningkat hampir 40% dari tahun 2019. Pada tahun yang sama, kendaraan listrik di Tiongkok menyumbang sekitar 30% dari penjualan global. Sejak tahun 2021, Amerika Serikat telah menawarkan lebih dari 15 model kendaraan baterai-listrik (BEV) yang berbeda. Dibandingkan dengan kendaraan listrik hibrida plug-in (PHEV), BEV diperkirakan akan mengalami pertumbuhan yang lebih tinggi karena masalah jangkauannya.
Di segmen kendaraan baterai-listrik, versi terbaru dari Tesla Model S adalah yang paling umum, dengan pemasok mencapai lebih dari 70% penjualan di domain kendaraan baterai-listrik pada tahun 2020. Tingkat pertumbuhan tahunan gabungan tertinggi di industri PHEV bisa melebihi 32% dalam periode perkiraan. Kemajuan ini dapat dikaitkan dengan rekomendasi yang diajukan oleh pemerintah negara maju dan berkembang untuk mempromosikan penggunaan kendaraan listrik.