Dengan Anoda MCMB 85 : 10 : 5 Ketebalan 100 µm

4.5.3 Dengan Anoda MCMB 85 : 10 : 5 Ketebalan 100 µm

Hasil pengujian charge-discharge pada masing-masing ketebalan katoda LiFePO 4 pada komposisi 85 : 10 : 5 dengan anoda MCMB komposisi 85 : 10 : 5 dengan ketebalan 100 µm. 1. Baterai LD 7 Ketebalan 100 µm Hasil pengujian kapasitas charge-discharge pada baterai LD 7 dapat dilihat pada Grafik 4.11. dibawah ini. Baterai LD 7 di charge dengan arus tetap 10 mA pada range tegangan 2,5 – 3,5 Volt. Grafik 4.11. Kapasitas pada Baterai LD 7 pada Cycle ke 1, 2 dan 3 Berdasarkan Grafik 4.11. tegangan kerja V w baterai LD 7 mencapai 3,3 V. Besarnya kapasitas discharge yang hilang pada cycle pertama sampai cycle ketiga yaitu sebesar 1,85 . 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 20 40 60 80 100 120 T e g a n g a n V Kapasitas mAh Cycle 1 Cycle 2 Cycle 3 Charge Discharge V w Universitas Sumatera Utara Besar kapasitas charge-discharge pada baterai LD 7 dapat dilihat pada tabel 4.11. dibawah ini. Tabel 4.11. Kapasitas Baterai LD 7 pada Cycle ke 1, 2 dan 3 Cycle Kapasitas mAh Charge Discharge Cycle 1 109 108 Cycle 2 108 106,3 Cycle 3 106,6 106 2. Baterai LD 8 Ketebalan 150 µm Hasil pengujian kapasitas charge-discharge pada baterai LD 8 dapat dilihat pada Grafik 4.12. dibawah ini. Baterai LD 8 di charge dengan arus 14,6 mA pada range tegangan 2,5 – 3,5 Volt. Grafik 4.12. Kapasitas pada Baterai LD 8 pada Cycle ke 1, 2 dan 3 Charge Discharge V w Universitas Sumatera Utara Berdasarkan Grafik 4.12. maka besar kapasitas charge-discharge pada baterai LD 8 dapat dilihat pada tabel 4.12. Tabel 4.12. Kapasitas Baterai LD 8 pada Cycle ke 1, 2 dan 3 Cycle Kapasitas mAh Charge Discharge Cycle 1 160 141,7 Cycle 2 142 138 Cycle 3 138,7 136,2 Tegangan kerja V w baterai LD 8 mencapai 3,3 V. Besarnya kapasitas discharge yang hilang dari cycle pertama sampai cycle ketiga yaitu sebesar 3,88 . 3. Baterai LD 9 Ketebalan 300 µm Hasil pengujian kapasitas charge-discharge pada baterai LD 9 dapat dilihat pada Grafik 4.13 dibawah ini. Baterai LD 9 di charge dengan arus 22,3 mA pada range tegangan 2,5 – 3,5 Volt. Grafik 4.13. Kapasitas pada Baterai LD 9 pada Cycle ke 1, 2 dan 3 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 T e g a n g a n V Kapasitas mAh Cycle 1 Cycle 2 Cycle 3 Charge Discharge V w Universitas Sumatera Utara Berdasarkan Grafik 4.13. maka besar kapasitas charge-discharge pada baterai LD 9 dapat dilihat pada tabel 4.13. Tabel 4.13. Kapasitas Baterai LD 9 pada Cycle ke 1, 2 dan 3 Cycle Kapasitas mAh Charge Discharge Cycle 1 216,2 214,5 Cycle 2 214 212,7 Cycle 3 212,5 211,2 Tegangan kerja V w pada baterai LD 9 mencapai 3,3 V. Besarnya kapasitas discharge yang hilang dari cycle pertama sampai cycle ketiga yaitu sebesar 1,54 . 4. Kapasitas Baterai pada Cycle Ketiga pada Setiap Ketebalan Katoda LiFePO 4 Besarnya kapasitas pada masing-masing ketebalan katoda LiFePO 4 pada cycle ketiga dapat dilihat pada Grafik 4.14. dibawah ini. Grafik 4.14. Kapasitas pada Baterai LD 7, LD 8 dan LD 9 pada Cycle Ketiga V w Discharge Charge Universitas Sumatera Utara Berdasarkan Grafik 4.14. besarnya kapasitas spesifik dan efisiensi baterai dapat ditentukan hasilnya. Kapasitas spesifik dan efisiensi baterai pada cycle ketiga dapat dilihat hasilnya pada tabel 4.14. Tabel 4.14. Hasil Kapasitas Charge–Discharge Baterai dengan Komposisi Anoda MCMB 85 : 10 : 5 ketebalan 100 µm Kode Baterai Komposisi Material Katoda LiFePO 4 85 : 10 : 5 Massa aktif MCMB gr Kapasitas mAh Kapasitas Spesifik mAhgr Efisiensi Ketebalan laminate µm Luas Laminate cm 2 Massa aktif LiFePO 4 gr Charge Discharge LD 7 100 445,5 1,34 0,99 106,6 106 79,10 99,44 LD 8 150 445,5 1,65 1,07 138,7 136,2 82,54 98,20 LD 9 300 429,3 2,40 1,16 212,5 211,2 88,00 99,39 Luas laminate lembaran anoda = 480 cm 2 Kapasitas pada masing-masing sel baterai semakin menurun ketika dilakukan pengisian cycle berikutnya. Pada cycle pertama menunjukkan nilai tertinggi, sedangkan pada cycle ketiga kapasitas menjadi menurun sekitar 1,5 - 4 . Penurunan kapasitas yang terjadi mengindikasikan ion Li + yang berinterkalasideinterkalasi mengalami jumlah yang menurun. Hilangnya kapasitas pada setiap cycle nya dapat terjadi akibat deposisi SEI Solid Electrolyte Interphase pada struktur mikroanoda grafit. Pembentukan lapisan SEI ini terjadi karena dekomposisi bahan elektroda grafit dan elektrolit cair LiPF 6 . Lithium tidak stabil dalam semua elektrolit sehingga permukaan grafit yang terkena elektrolit secara kinetik dilindungi oleh SEI. Pembentukan SEI secara efektif untuk mengurangi kapasitas irreversible dan kegagalan baterai. Oleh karena itu, SEI sangat berperan penting untuk proses charge-discharge selanjutnya karena mencegah dekomposisi elektrolit selanjutnya. Peranan lapisan SEI terlihat dari efisiensi pada masing-masing baterai yang menunjukkan efisiensi semakin baik pada cycle berikutnya. Pada cycle ketiga efisiensi pada masing-masing baterai rata-rata mencapai diatas 98 . Hal ini menunjukkan performa yang baik pada baterai dengan kerugian kapasitas Universitas Sumatera Utara irreversible yang rendah dibawah 2 sehingga baterai akan memiliki life time yang panjang. Tegangan setiap sel baterai pun mampu bertahan dari 2,5 - 3,5 V dan tegangan saat proses charging sudah mencapai karakteristik tegangan kerja untuk katoda LiFePO 4 sebesar 3,3 V. Berdasarkan hasil charge-discharge pada semua baterai dapat dilihat pengaruh ketebalan katoda LiFePO 4 pada kapasitas baterai ion lithium. Pengaruh ketebalan terhadap besarnya kapasitas pada masing-masing baterai dapat dilihat pada Grafik 4.6, 4.10 dan 4.14. Kapasitas mengalami kenaikan dengan meningkatnya ketebalan laminate pada lembaran katoda LiFePO 4 . Hal ini karena semakin meningkatnya ketebalan laminate maka semakin besar massa aktif LiFePO 4 yang terkandung didalam lembaran tersebut sehingga sumber ion lithium yang akan dihasilkan semakin besar. Hal ini sesuai dengan besar kapasitas baterai secara teori yang dipengaruhi oleh jumlah material aktif katoda yang terkandung. Pada masing-masing baterai memiliki kapasitas yang terbesar pada ketebalan laminate katoda 300 µm dan kapasitas terkecil pada ketebalan laminate 100 µm. Berdasarkan Tabel 4.6, 4.10 dan 4.14 maka kapasitas spesifik yang tertinggi yaitu pada baterai LD 9 sebesar 88 mAhgr. Sedangkan kapasitas spesifik yang terendah yaitu pada baterai LD 1 sebesar 52,81 mAhgr. Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, untuk bahan teknis kapasitas baterai untuk LiFePO 4 mencapai 70 mAhgr. Oleh karena itu, kapasitas yang dihasilkan pada penelitian ini cukup baik. Namun, jika dibandingkan dengan besarnya kapasitas spesifik secara teori masih mencapai setengahnya yaitu untuk katoda LiFePO 4 sebesar 170 mAhgr. Pada lembaran katoda dengan perbandingan komposisi antara filler LiFePO 4 , zat aditif Super P dan matriks PvDf yaitu 85 : 10 : 5 tampak bahwa laminate melekat dengan baik. Namun, dengan komposisi, luas dan ketebalan yang sama, lembaran katoda memiliki massa laminate yang berbeda walaupun masih dibawah range 10 . Perbedaan massa ini menunjukkan distribusi partikel yang tidak merata pada lembaran katoda yang dapat dipengaruhi oleh kekentalan viskositas dari slurry. Pada pelapisan awal lembaran, slurry akan terlihat tidak terlalu kental, namun saat pelapisan lembaran berikutnya, slurry akan akan mengalami peningkatan pada kekentalannya. Hal ini dapat terjadi karena tidak Universitas Sumatera Utara larutnya filler dan zat aditif dalam larutan polimer, sehingga saat proses pelapisan dengan banyaknya filler yang digunakan menyebabkan terjadi pengendapan filler kebagian dasar wadah hingga tidak homogennya slurry saat dituang ke Alumunium foil. Pengendapan filler ini juga terjadi karena terus berkurangnya jumlah pelarut pada slurry yang disebabkan pelarut DMAC yang digunakan akan mengalami penguapan sedikit demi sedikit pada temperatur kamar. Pendistribusian partikel yang tidak merata tersebut terlihat jelas pada hasil pengamatan morfologi lembaran katoda LiFePO 4 dengan SEM pada Gambar 4.6. Untuk variasi komposisi pada anoda MCMB dengan komposisi 85 : 10 : 5 dan 80 : 13 : 7 pada ketebalan laminate yang sama yaitu 150 µm maka kapasitas spesifik yang tertinggi pada masing-masing ketebalan katoda LiFePO 4 yaitu dengan anoda komposisi 80 : 13 : 7 baterai LD 4, LD 5, dan LD 6. Perbandingan kapasitas spesifik pada variasi komposisi anoda dapat dilihat pada Grafik 4.15. dibawah ini. Grafik 4.15. Kapasitas Spesifik Baterai ion Lithium pada Variasi Komposisi Anoda Perbedaan kapasitas yang dihasilkan pada variasi komposisi anoda dipengaruhi oleh kualitas dari lembaran anoda. Pada komposisi Anoda MCMB 85 : 10 : 5 tampak pada lembaran mudahnya laminate terlepas dari current collector Cu foil. Kerontokan pada laminate anoda terjadi karena perbandingan LD 1 LD 2 LD 3 LD 4 LD 5 LD 6 10 20 30 40 50 60 70 80 90 50 100 150 200 250 300 350 K a p a si ta s S p e si fi k m A h g r Ketebalan µm Anoda 85 : 10 : 5 150 um Universitas Sumatera Utara komposisi yang tidak optimal antara filler MCMB, zat aditif Super P dan matriks PvDf. Massa material aktif MCMB yang besar dengan massa matriks PvDf yang sedikit, maka lembaran akan tidak melekat dengan baik karena massa PvDf yang digunakan tidak cukup untuk mengikat bahan laminate dan bahan laminate dengan current collector. Sedangkan pada anoda MCMB dengan komposisi 80 : 13 : 7 tampak laminatenya melekat dengan baik ditandai dengan tidak mudahnya rontok laminate pada lembaran. Hal ini karena komposisi PvDf yang digunakan cukup optimal untuk mengikat bahan laminate dan bahan laminate dengan current collector. Pada perbandingan komposisi yang sama antara katoda dan anoda 85 : 10 : 5 memiliki perbedaan pada kualitas lembarannya. Kualitas lembaran katoda LiFePO 4 melekat dengan baik pada komposisi tersebut tetapi pada lembaran anoda mudahnya laminate terlepas dari current collector. Hal ini terjadi karena perbedaan ukuran partikel antara LiFePO 4 dan serbuk MCMB yang terlihat dari hasil SEM pada Gambar 4.1 dan 4.2. Serbuk LiFePO 4 memiliki ukuran rata-rata partikel yang kecil 2,99 µm sehingga larutan PvDf dapat mengikat dengan baik antara partikel LiFePO 4 dan zat aditif Super P. Sedangkan pada serbuk MCMB memiliki ukuran partikel yang besar dengan ukuran rata-rata 141 µm. Pada jumlah massa PvDf dan volume pelarut yang sama, maka larutan PvDf tidak cukup untuk mengikat antara serbuk MCMB dan zat aditif Super P sehingga pada komposisi tersebut laminate pada lembaran anoda mudah mengalami kerontokan. Pengaruh ketebalan anoda MCMB pada komposisi yang sama 85 : 10 : 5 dengan ketebalan laminate 100 µm dan 150 µm pada kapasitas charge-discharge dapat dilihat perbedaannya. Hasil kapasitas charge-discharge yang tertinggi yaitu dengan ketebalan laminate anoda 100 µm pada baterai LD 7, LD 8, dan LD 9. Universitas Sumatera Utara Perbandingan kapasitas spesifik pada variasi ketebalan anoda dapat dilihat pada Grafik 4.16. dibawah ini. Grafik 4.16. Kapasitas Spesifik Baterai ion Lithium pada Variasi Ketebalan Anoda Perbedaan hasil kapasitas pada variasi ketebalan anoda juga dipengaruhi oleh kualitas dari lembaran. Kualitas lembaran pada komposisi anoda MCMB 85 : 10 : 5 dengan ketebalan laminate 100 µm lebih baik dibandingkan dengan ketebalan laminate 150 µm. Pada jumlah larutan PvDf yang sama, maka larutan PvDf akan lebih mengikat pada ketebalan laminate 100 µm dibandingkan dengan ketebalan laminate 150 µm karena semakin meningkatnya ketebalan maka semakin banyak partikel MCMB yang memiliki ukuran besar pada lembaran tersebut. Hal ini sesuai dengan pengamatan morfologi lembaran anoda dengan mikroskop optik perbesaran 40 x . Pada variasi komposisi dan ketebalan laminate pada lembaran anoda, maka kapasitas spesifik dan efisiensi yang tertinggi pada masing-masing ketebalan laminate LiFePO 4 yaitu dengan komposisi anoda 85 : 10 : 5 ketebalan 100 µm. Hal ini karena lembaran anoda tersebut memiliki massa aktif MCMB yang terkecil dibandingkan massa aktif MCMB pada lembaran anoda dengan komposisi 85 : 10 : 5 dan komposisi 80 : 13 : 7 ketebalan laminate pada 150 µm. LD 1 LD 2 LD 3 LD 7 LD 8 LD 9 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 50 100 150 200 250 300 350 K a p a si ta s S p e si fi k m A h g r Ketebalan µm 150 um 100 um Universitas Sumatera Utara Tampak jelas bahwa, semakin kecil massa aktif MCMB pada lembaran anoda maka semakin baik kualitas lembarannya sehingga akan menghasilkan kapasitas dan efisiensi yang lebih baik. Pada baterai ion lithium, tampak bahwa ukuran dan keseragaman partikel bahan aktif, komposisi lembaran elektroda, ketebalan serta parameter pembuatan lembaran katoda dan anoda sangat berperan penting karena akan mempengaruhi hasil kapasitas dan efisiensi pada baterai. Walaupun hasil kapasitas yang dihasilkan pada penelitian ini mengalami peningkatan dibandingkan penelitian sebelumnya, namun masih belum mencapai kapasitas spesifik secara teori. Permasalahan-permasalahan yang telah disebutkan diatas harus diteliti dan diperbaiki serta dibenahi cara pembuatannya sehingga mampu meningkatkan performa baterai untuk melakukan fabrikasi sel baterai ion lithium kedepan. Universitas Sumatera Utara BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN