BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Setelah melakukan penelitian dan pengujian serta menganalisis hasil dari pengujian tersebut, maka dapat disimpulkan :
1. Dari hasil SEM, lembaran yang memiliki kerekatan yang paling baik adalah
sampel dengan suhu pencampuran 50 ˚C sampel 4 dan memiliki kapasitas
discharge tertinggi yaitu 5,81 mAhg. 2.
Pada variasi waktu pencampuran, sampel yang memiliki kapasitas paling tinggi adalah sampel dengan waktu pencampuran 7 jam sampel 3 yaitu
3,74 mAhg. Semakin lama waktu pencampuran maka slurry yang dihasilkan semakin homogen sehingga kapasitas yang didapat semakin
tinggi. Sementara pada variasi suhu pencampuran, kapasitas dischargetertinggi terdapat pada sampel dengan suhu pecampuran 50
˚C sampel 4yaitu 5,81 mAhg.
3. Pada variasi suhu pengeringan kapasitas tertinggi terdapat pada sampel
dengan suhu pengeringan 80 ˚C sampel 6 yaitu 5,70 mAhg.
5.2 SARAN
1. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya tidak menggunakan suhu ruangan pada saat pembuatan slurry.
2. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya untuk suhu pengeringan lembaran diatas 80
˚C, waktu pengeringan harus lebih kecil dari 3 jam. 3. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya melakukan pengujian EIS untuk
melihat konduktifitas baterai.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Baterai 2.1.1 Sejarah Baterai
Pada awal abad ke-19 Alessandro Volta menciptakan baterai pertama yang dikenal dengan Tumpukan Volta Voltaic Pile.Baterai ini terdiri dari tumpukan cakram
seng dan tembaga berselang seling dengan kain basah yang telah dicelupkan air garam sebagai pembatasnya.Baterai ini telah mampu menghasilkan arus yang
kontinue dan stabil. Pada tabel 2.1 akan ditunjukan perkembangan baterai.
Tabel 2.1 Sejarah perkembangan baterai Buchman, 2001 Tahun
Penemu Penemuan
1600 Gilbert Inggris
Peletakkan dasar-dasar elektrokimia 1789
Galvani Italia Penemuan listrik dari hewan
1800 Volta Italia
Penemuan sel voltaic 1802
Cruickshank Inggris Baterai pertama dengan yang mampu
di produksi massal 1820
Ampere Perancis Listrik oleh magnet
1833 Faraday Inggris
Hukum Faraday 1859
Plante Inggris Penemuan baterai timbalasam
1868 Leclance Inggris
Penemuan sel Leclance 1888
Gasner Amerika Serikat Penyempurnaan sel kering
1899 Jungner Swedia
Penemuan baterai Ni-Cd 1901
Edison Amerika Serikat Penemuan baterai Ni-Fe
1932 Shlecht Ackerman
Jerman Penemuan pelat kutub yang
dipadatkan 1947
Neuman Perancis Berhasil mengemas baterai Ni-Cd
1960-an UnionCarbideAmerika
Serikat Pengembangan baterai alkalin primer
Universitas Sumatera Utara
1970-an Union Carbide Amerika
Serikat Pengembangan baterai timbalasam
dengan pengaturan kutup 1990
Union Carbide Amerika Serikat
Komersialisasi baterai Ni-MH
1992 Kordesch Kanada
Komersialisasi baterai alkalin yang dapat dipakai ulang
1999 Kordesch Kanada
Komersialisasi baterai Li-ion polimer
2.1.2 Pengertian Baterai
Baterai didefenisikan sebagai suatu sel elektrokimia yang dapat mengubah langsung energi kimia menjadi energi listrik Triwibowo, 2011.Pengertian baterai
secara umum mencakup beberapa sel baterai yang digabungkan. Sel baterai adalah unit terkecil dari suatu sistem proses elektrokimia yang terdiri dari elektroda,
elektrolit, seperator, wadah dan terminal current collector Subhan, 2011. Kinerja baterai melibatkan transfer elektron melalui suatu media yang
bersifat konduktif dari elektroda negatif anoda ke elektroda positif katoda sehingga menghasilkan arus listrik dan beda potensial. Bahan dan luas permukaan
elektroda mampu mempengaruhi jumlah beda potensial yang dihasilkan. Setiap bahan elektroda memiliki tingkat potensial elektroda yang berbeda-beda. Jika luas
permukaan elektroda diperbesar maka akan semakin banyak elektron yang dapat dioksidasi dibandingkan dengan elektroda dengan luas permukaan yang kecil
Kartawidjaja et al., 2008.
2.1.3 Jenis – Jenis Baterai
Mengacu pada sumber energi listrik yang terbentuk dari hasil proses elektrokimia, maka baterai sel dikelompokkan sebagai berikut Triwibowo, 2011:
1. Baterai sel primer baterai dengan penggunaan sekali saja
Pada umumnya baterai primer murah. Mudah digunakan sebagai sumber listrik untuk peralatan portabel. Memiliki densitas energi listrik yang besar dengan
Universitas Sumatera Utara
kecepatan discharge yang rendah dan tidak memerlukan perawatan. Contoh baterai ini dapat dilihat di Gambar 2.1.a
2. Baterai sel sekunder dapat diisi ulangrechargeable
Pengisian dilakukan dengan memasukkan arus listrik pada kutub yang berlawanan. Baterai jenis ini disebut juga sebagai baterai penyimpan storage
battrey atau accumulator. Baterai sekunder diaplikasikan dalam dua katagori, yaitu:
a. Sebagai alat penyimpan energi Energy-storage Device. Umumnya baterai
jenis ini tersambung dengan jaringan listrik permanen dan jaringan listrik primer saat digunakan. Contoh penggunaanya adalah dalam otomotif,
pesawat terbang, Uninterupptible Power Source UPS dan sebagai pendukung load leveling pada Stationary Energy Sttorge Systems.
b. Sebagai sumber energi listrik pada portabel divais, pengganti baterai primer
dan pada semua divais yang menggunakan baterai primer, seperti telephone genggam, kamera, notebook dll. Contoh baterai sekunder dapat dilihat pada
Gambar 2.1.b
a b Gambar 2.1 Jenis-jenis Baterai Sel, a baterai primer berbentuk slinder, b
baterai sekunder dengan elektrolit cair Triwibowo, 2011.
Universitas Sumatera Utara
2.2 Baterai Ion Lithium 2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium
Baterai ion lithium adalah salah satu dari tipe baterai rechargeable dapat diisi ulang. Baterai ini memiliki kelebihan dibandingkan baterai sekunder jenis lain,
yaitu memiliki stabilitas penyimpanan energi yang sangat baik daya tahan sampai 10 tahun atau lebih, energi densitasnya tinggi, tidak ada memori efek dan berat
yang relatif lebih ringan dibandingkan dengan baterai jenis lain. Sehingga dengan berat yang sama energi yang dihasilkan baterai lithium dua kali lipat dari baterai
jenis lain Lawrence, 1992.
Baterai lithium pada umumnya memiliki empat komponenutama yaituLinden,2002:
1. Elektroda negatif anoda yaitu elektroda yang melepaskan elektron ke
rangkaian luar serta mengalami proses oksidasi pada proses elektrokimia. 2.
Elektroda positif katoda yaitu elektroda yang menerima elektron dari rangkaian luar serta mengalami proses reduksi pada proses elektrokimia.
3. Penghantar ion elektrolit yaitu media transfer ion yang bergerak dari anoda ke
katoda dalam sel baterai saat penggunaan. 4.
Separator yaitu suatu material berpori yang terletak di antara anoda dan katoda berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara
katoda dan anoda.
2.2.2 Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium
Dalam kondisi discharge dan charge baterai lithium bekerja menurut fenomena interkalasi, dimana ion lithium melakukan migrasi dari katoda lewat elektrolit ke
anoda atau sebaliknya tanpa terjadi perubahan struktur kristal dari bahan katoda dan anoda Singhal et al, 2009. Interkalasi merupakan proses pelepasan ion lithium
dari tempatnya di struktur kristal suatu bahan elektroda dan pemasukan ion lithium pada tempat di struktur kirstal bahan elektroda yang lain Prihandoko, 2007.
Pada proses pemakaian discharging terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik dimana elektron dari anoda mengalir ke katoda melalui kabel
konektor sedangkan lithium yang berada pada sistem di dalam baterai lepas dari
Universitas Sumatera Utara
anoda karena kekurangan elektron untuk berpindah menuju katoda melalui elektrolit. Pada proses pengisian charging terjadi perubahan energi listrik menjadi
energi kimia elektron dari katoda mengalir menuju anoda sedangkan ion lithium dalam sistem berpindah dari katoda menuju anoda melalui elektrolit. Separator
yang terletak di antara anoda dan katoda berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda.
Electrolyte Charge
Discharge
Separator
Li
2
C
6
LiFePO
4
Gambar 2.1 Proses charge dan discharge pada baterai Lithium
2.2.3Jenis – Jenis Baterai Ion Lithium
Untuk beberapa alasan, baterai sekunder didesain dalam beberapa bentuk. Desain baterai sekunder dibagi menjadi Buchman, 2001:
1. Baterai Slinder
Jenis baterai ini paling bayak ditemui. Desain berbentuk slinder mudah dalam pembuatannya, disamping itu memiliki stabilitas mekanik yang baik. Saat
charging, baterai akan menghasilkan gas yang memberikan tekanan dalam slinder, untuk itu baterai slinder dilengkapi pula dengan ventilasi. Ventilasi
diperlukan untuk mengalirkan gas bila terjadi tekanan yang berlebih. Kerugian dari desain ini adalah bentuknya yang tidak ringkas saat beberapa slinder
Elektroda negatif
Elektroda positif
Cu Foil Al Foil
Universitas Sumatera Utara
digabungkan, yaitu akan terbentuk ruangan kosong diantaranya. Kapasitas listrik yang dikandung baterai ini berkisar antara 1800-2000mAh.Ilustrasi baterai
slinder dapat dilihat pada Gambar 2.3.a. 2.
Baterai kancing Baterai yang sering disebut baterai koin ini memiliki ukuran terkecil
dibandingkan baterai lain. Disebabkan ukurannya, jenis ini tidak memiliki masalah dengan ruang yang tersedia. Karena bentuknya yang miniatur, baterai
ini tidak dilengkapi dengan ventilasi lihat Gambar 2.3.b. Sementara proses charging yang cepat akan membuat baterai menggelembung. Untuk menghindari
keadaan ini, baterai kancing hanya dapat di charge dengan kecepatan yang rendah. Pengisisan baterai jenis ini dapat memakan waktu 10-16 jam.
3. Baterai prismatik
Baterai ini memaksimalkan penggunaan ruang yang ada dalam suatu perangkat elektrik. Oleh karenanya baterai jenis ini tidak memiliki ukuran yang standart
disesuaikan dengan ruang yang ada. Kapasitas listrik baterai ini umumnya dibawah baterai slinder, yaitu 400 - 2000mAh. Stabilitas mekanik baterai ini
juga tidak sebaik dengan baterai slinder, untuk itu diperlukan material yang lebih kuat untuk kemasaan baterai. Ilustrasi baterai prismatik tertera pada Gambar
2.3.c. 4.
Baterai kantung Jenis baterai ini adalah yang paling fleksibel dalam segi bentuk dan ukuran.
Disamping itu, juga paling ringan karena tidak menggunakan pelat besi sebagai kemasan. Material aktif yang digunakan umumnya dalam bentuk lembaran
polimer, dengan demikian dapat mengurangi produksi gas saat operasional. Baterai ini terbilang rentan terhadap tekanan dari luar dan benda tajam. Oleh
karenanya penggabungan jenis baterai ini tidak dapat dilakukan dengan menumpukkannya tetapi meletakkannya berdampingan. Ilustrasi baterai kantung
dapat diliha pada Gambar 2.3.d.
Universitas Sumatera Utara
a b
c d
Gambar 2.3 Jenis-jenis desain baterai sekunder a baterai slinder b baterai
kancing coin c Baterai prismatik d Baterai Kantung Buchman, 2001.
2.3 Material Katoda
Salah satu komponen penting dalam sistem sel baterai lithium adalah katoda.Katoda merupakan elektroda positif yang berfungsi sebagai pengumpul ion
lithium serta merupakan material aktif, dimana lembaran untuk material katoda adalah alumunium foil Al foil. Dalam sisitem baterai sekunder lithium, material
katoda memegang peranan penting dalam pencapaian kapasitas baterai.Material ini yang nantinya harus dapat melepaskan ion lithium bergerak menuju anoda dan
berinteraksi didalam struktur anoda saat charging.Makin besar jumlah ion lithium yang dapat dipindahkan ke anoda, maka makin besar pula arus litrik yang
dihasilkan saat discharging nantinya Triwibowo, 2011.Pada Tabel 2.2 merupakan perbandingan material aktif katoda yang sering digunakan.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2Perbandingan jenis material yang digunakan untuk katoda Xu.Bo et al,
2012
LiCoO LiNiO
2
LiMn
2 2
O LiFePO
4 4
Kapasitas teori
274 mAhg 275 mAhg
148 mAhg 170 mAhg
Kapasitas tersedia
145 mAhg 185 mAhg
120 mAhg 150 mAhg
Tegangan 3,7 V
3,6 V 3,8 V
3,45 V Keunggulan Konduktivitas
tinggi, mudah disintesis
Stabilitas tinggi
dengan elektrolit
Harga murah, tidak beracun
Harga murah, ramah
lingkungan
Kelemahan Mahal dan
beracun Sulit
disintesis dan stabilitas
termal yang tidak baik
Kapasitas rendah,
kapasitas hilang pada
suhu tinggi Konduktivitas
rendah 10
-9
Scm
Karakteristik yang harus dipenuhi suatu material yang digunakan sebagai katoda antara lain Ohzuku.T, 1995 :
1. Material tersebut terdiri dari ion yang mudah melakukan reaksi reduksi dan
oksidasi. 2.
Memiliki konduktifitas yang tinggi seperti logam. 3.
Memiliki kerapatan dan kapasitas energi yang tinggi. 4.
Memiliki kestabilan yang tinggi tidak mudah berubah strukturnya atau terdegradasi baik saat pemakaian maupun pengisian ulang,
5. murah dan ramah lingkungan.
Untuk setiap berat molekul katoda, jumlah ion lithium yang dilepaskan material katoda saat discharging menggambarkan densitas energi dan power sel
baterai.Semakin banyak lithium dari katoda ke anoda, densitas energi sel baterai semakin besar dan semakin banyak lithium yang kembali ke katoda dari anoda,
densitas powernya semakin besar.
Universitas Sumatera Utara
Material katoda tidak hanya harus bersifat konduktif ionik, namun juga harus bersifat konduktif elektronik. Saat proses charging ion lithium akan dilepaskan dari
katoda ke anoda melalui elektrolit, dengan begitu katoda harus bersifat konduktif ionik. Bersamaan dengan itu elektron akan dilepaskan melewati rangkaian luar
menuju anoda, ini berarti katoda juga harus bersifat konduktif elektronik Triwibowo, 2011.
Pada penelitian ini katoda yang digunakan adalah LiFePO
4
. Lithium ferro phosphate LFP merupakan material pembentuk katoda yang sering
digunakan.LiFePO
4
LiFePO memiliki struktur olivin, kelompok ruang ortorombik Pnma
dan memiliki parameter kisi a ≠ b ≠ c ; α = β = γ = 90˚.
4
tidak beracun, berstruktur stabil sehingga aman untuk bahan katoda baterai lithium.LiFePO
4
memiliki kapasitas teoritik yang cukup tinggi yaitu 170 mAhg, murah, tidak memiliki efek memori, dan ramah lingkungan Anies, 2011.
Tabel 2.3 Karakteristik LiFePO
4
www.matweb.com Karakteristik LiFePO
4
Spesifik energi 90–110
Wh kg 320–400 Jg
Ketahanan waktu 10 tahun
Daya tahan siklus 2.000
cycles Tegangan sel
3.5 V Spesifik Kapasitas 170
mAhg
2.4 Material Anoda
