BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari seluruh kegiatan penelitian mulai dari pembuatan slurry, pembuatan lembaran anoda, pembuatan baterai ion lithium prismatik dan pengujian pada
sampel baterai, maka dapat disimpulkan yaitu: 1. Slury yang diperoleh dari pencampuran serbuk PVDF, AB dan Natural
graphite yang optimal dihasilkan dengan pencampuran 30 berat pelarut
DMAC baik untuk Natural graphite tanpa kalsinasi.
2. Lembaran anoda yang paling baik diperoleh dengan menggunakan 30 pelarut DMAC dengan serbuk Natural graphite tanpa kalsinasi dengan
ketebalan lembaran anoda sebesar 0,07 mm. 3. Hasil dari uji performa baterai tidak menunjukkan bahwa semakin tebal
lembaran maka semakin baik kapasitasnya. Kapasitas maksimal baterai untuk proses charge sebesar 3,85 mAh dan kapasitas discharge sebesar 1,9
mAh untuk baterai dengan 30 berat pelarut DMAC dengan serbuk material aktif Natural graphite tanpa kalsinasi dengan kapasitas
spesifiknya sebesar 31,6 mAhg.
5.2 Saran
1. Sebaiknya dalam teknik pembuatan slury, pencampuran N,N Dimethyl Acetamide, Polyvynilidene Flouride, Acetylene Black dan serbuk grafit
alam harus diaduk secara merata agar distribusi bahan dalam sampel merata.
2. Sebaiknya menggunakan alat viskositas untuk mengetahui kekentalan
slury yang tepat.
3. Sebaiknya pada saat pengisian elektrolit dilakukan di dalam glovebox.
Universitas Sumatera Utara
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Baterai 2.1.1 Pengertian Baterai
Baterai merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik melalui proses elektrokimia. Ada dua macam sel elektrokimia, yaitu:
Sel volta sel galvani Dalam sel ini, energi kimia diubah menjadi energi listrik atau reaksi redoks
menghasilkan arus listrik dimana katoda sebagai elektroda positif yang menerima elektron dari rangkaian luar serta mengalami proses reduksi pada proses
elektrokimia, dan anoda sebagai elektroda negatif yang melepaskan elektron ke rangkaian luar serta mnegalami proses oksidasi pada proses elektrokimia.
Contohnya adalah cara kerja baterai. Sel Elektrolisis
Dalam sel ini, energi listrik diubah menjadi energi kimia atau arus listrik menghasilkan reaksi redoks. Dimana katoda sebagai elektroda negatif, dan anoda
sebagai elektroda positif. Contohnya penyepuhan logam.
2.1.2 Jenis-jenis beterai
Berdasarkan kemampuannya untuk dikosongkan dischargerd dan diisi ulang rechargerd, baterai dibagi menjadi dua, yaitu Baterai primer dan Baterai
sekunder.
Baterai Primer Yang termasuk kedalam baterai primer adalah baterai yang tidak dapat diisi
ulang atau dengan penggunaan sekali saja. Setelah kapasitas baterai habis, baterai tidak dapat dipakai kembali. Pada umumnya baterai primer murah, mudah
digunakan sebagai sumber listrik untuk peralatan portabel, memiliki densitas energi listrik yang besar dengan kecepatan discharge yang rendah dan tidak
Universitas Sumatera Utara
memerlukan perawatan. Beberapa contoh baterai jenis ini adalah baterai alkalin, baterai seng-karbon baterai kering, dan baterai merkuri.
Baterai Sekunder Yang termasuk kedalam baterai sekunder adalah baterai yang dapat diisi ulang
charge. Baterai jenis ini disebut juga sebagai baterai penyimpan storage battery
. Beberapa contoh baterai sekunder adalah baterai Timbel-Asam Aki, baterai Ni-Cd, dan baterai ion Lithium. Baterai sekunder diaplikasikan dalam dua
kategori, yaitu: 1. Sebagai alat penyimpan energi. Umumnya baterai jenis ini tersambung
dengan jaringan listrik permanen dan tersambung dengan jaringan listrik primer saat digunakan.
2. Sebagai sumber energi listrik pada portabel divais, pengganti baterai primer David,2002.
2.2 Baterai Ion Lithium 2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium
Lithium Ion Battery atau baterai lithium ion merupakan salah satu jenis
baterai sumber arus sekunder yang dapat diisi ulang. Baterai lithium-ion memiliki kemampuan penyimpanan energi tinggi persatuan
volume. Energi yang tersimpan merupakan jenis energi elektrokimia.
2.2.2 Bagian Utama Pada Lithium Ion Battery
Lithium Ion Battery pada umumnya memiliki empat komponen utama
yaitu elektroda positif katoda, elektroda negatif anoda, elektrolit, dan separator.
Elektroda Negatif Anoda Anoda merupakan elektroda yang berfungsi sebagai pengumpul ion lithium
serta merupakan material aktif. Material yang dapat dipakai sebagai anoda harus memiliki karakteristik antara lain memiliki kapasitas energi yang besar, memiliki
kemampuan menyimpan dan melepas muatan atau ion yang bagus, memiliki tingkat siklus pemakaian yang lama, mudah untuk dibuat, aman dalam pemakaian
Universitas Sumatera Utara
atau tidak beracun, dan harganya murah. Material anoda yang paling umum adalah beberapa bentuk karbon biasanya grafit dalam bentuk serbuk. Grafit
mempunyai kepadatan energi secara teori yang dihasilkan adalah berkisar 372 mAhg. Selain grafit, material berbasis karbon yang dapat digunakan untuk anoda
yaitu soft carbon,graphene, dan hard carbon. Material lain yang dapat berperan sebagai anoda antara lain lithium titanium oxide LTO dengan kepadatan energi
yang dihasilkannya 175 mAhg. Material ini aman dipakai serta memiliki tingkat siklus pemakaian yang cukup lama.
Tabel 2.1.
Beberapa material yang dipakai untuk anoda Gritzner, 1993.
Material Beda Potensial
rata-rata Volt Kapasitas
Spesific mAhg Energi Spesifik
KWhkg
Grafit LiC
6
0,1 – 0,2
372 0,0372
– 0,0744
Titanate Li4Ti
5
O
12
1-2 160
0,16 – 0,32
Si Li4, 4Si 0,5
– 1 4212
2,106 – 4,212
Ge Li
4
, 4Ge 0,7
– 1,2 1642
1,137 – 1,949
Elektroda Positif Katoda Katoda merupakan elektroda yang berfungsi sebagai pengumpul ion serta
material aktif. Pada katoda terjadi reaksi setengah sel yaitu reaksi reduksi yang menerima elektron dari sirkuit luar sehingga reaksi kimia reduksi terjadi pada
elektroda ini. Katoda dan anoda memiliki fungsi yang sama namun, perbedaannya adalah katoda merupakan elektroda positif. Material katoda harus memiliki
karakteristik yang harus dipenuhi antara lain material tersebut terdiri dari ion yang mudah melakukan reaksi reduksi dan oksidasi, memiliki konduktifitas yang
tinggi, memiliki kapasitas energi yang tinggi, memiliki kestabilan yang tinggi, harganya murah dan ramah lingkungan. Pada tahun 1980 material LiCoO2
menjadi kandidat material pertama yang digunakan sebagai katoda pada LIBs. Kerapatan energi yang dimiliki LiCoO2 sebesar 140 mAhg. Kelemahan pada
Universitas Sumatera Utara
material ini yaitu memiliki kestabilan yang rendah dan harganya mahal. Sejalan dengan peningkatan performa katoda, beberapa penelitian yang dilakukan antara
lain membuat katoda dari LiMO
2
M = Co Cobalt; Ni Nikel; Mn Mangan. LiMO
2
tersebut dibentuk dalam bentuk layer-layer. Adapula material yang digunakan sebagai katoda dibentuk dalam bentuk spinel LiM
2
O
4
M: Mn Mangan ; serta olivine LiMPO
4
M : Fe Bo, Xu, 2012
Tabel 2.2
. Beberapa material yang dipakai untuk katoda Gritzner, 1993.
Material Beda potensial
Rata-rata Volt Kapasitas
Spesific mAhg
Energi specific kWhkg
LiCoO
2
3,7 140
0,518 LiMn
2
O
4
4,0 100
0,400 LiNiO
2
3,5 180
0,360 LiFePO
4
3,3 150
0,495
Elektrolit Elektrolit adalah bagian yang berfungsi sebagai penghantar ion lithium dari
anoda ke katoda dan dari katoda ke anoda. Karakteristik elektrolit yang penting untuk diperhatikan antara lain konduktivitas, tidak beracun, dan harganya yang
murah. Elektrolit ini terbagi dalam dua jenis yaitu elektrolit cair dan elektrolit padat. Kedua jenis ini memiliki kelebihan serta kekurangannya. Kelebihan dari
elektrolit cair antara lain memiliki konduktivitas ionik yang besar, harga yang murah, dan aman. Namun kekurangannya adalah memiliki performa siklus
pemakaian yang rendah yaitu hanya berkisar 25 kali siklus. Beberapa material yang dapat digunakan sebagai elektrolit cair antara lain LiNO
3
, LiCLO, LiPF
6
. Sedangkan elektrolit padat keuntungannya yaitu memiliki konduktivitas yang
besar serta dapat tahan lama dibandingkan dengan elektrolit cair.
Universitas Sumatera Utara
Separator Separator adalah suatu material berpori yang terletak diantara anoda dan
katoda. Fungsi separator yaitu sebagai pemisah untuk mencegah kontak langsung antara anoda dan katoda. Pori-pori diseparator memungkinkan transfer ion
lithium dengan difusi selama pengisian dan pengosongan. Beberapa hal yang penting untuk memilih material sebagai separator antara lain material tersebut
bersifat insulator, memiliki hambatan listrik yang kecil, kestabilan mekanik atau tidak mudah rusak, memiliki sifat hambatan kimiawi untuk tidak mudah
terdegradasi dengan elektrolit serta memiliki ketebalan lapisan yang sama diseluruh permukaan. Beberapa material yang dapat digunakan sebagai separator
antara Polyethylene yang terbuat dari plastik film microporous nanopori dengan ketebalan 25 µm Ritchie, 2005.
2.2.3 Prinsip Kerja Baterai Lithium
Didalam Baterai sekunder terdapat elektroda negatif atau anoda yang berkaitan dengan reaksi oksidasi setengah sel yang melepaskan elektron kedalam
sirkuit eksternal. Dan elektroda positif atau katoda dimana terjadi reaksi setengah sel, yaitu reaksi reduksi yang menerima elektron dari sirkuit luar sehingga reaksi
kimia reduksi terjadi pada katoda. Material aktif yang umumnya berbasiskan material keramik yang mampu bereaksi secara kimia menghasilkan aliran arus
listrik selama baterai mengalami proses charging dan discharging. Reaksi kimia dalam baterai sekunder bersifat reversible. Kemampuan kapasitas energi yang
tersimpan dalam baterai lithiuam tergantung pada beberapa banyak ion lithium yang dapat disimpan dalam struktur bahan elektrodanya dan beberapa banyak
yang dapat digerakkan dalam proses charging dan discharging, karena jumlah arus elektron yang tersimpan dan tersalurkan sebanding dengan jumlah ion
lithium yang bergerak. Pada proses charging, material katoda akan terionisasi, menghasilkan ion
lithium bermuatan positif dan bermigrasi kedalam elektrolit menuju komponen anoda, sementara elektron yang diberikan akan dilepaskan bergerak melalui
rangkaian luar menuju anoda. Ion lithium ini akan masuk kedalam anoda melalui mekanisme interkalasi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1
Proses Charging pada baterai lithium Pada proses discharging, material anoda akan terionisasi, menghasilkan ion
lithium bermuatan positif dan bermigrasi kedalam elektrolit menuju komponen katoda, sementara elektron yang diberikan akan dilepaskan bergerak melalui
rangkaian luar menuju katoda. Ion lithium ini akan masuk kedalam katoda melalui mekanisme interkalasi David, 1994
Gambar 2.2 Proses Discharging pada baterai lithium
Reaksi yang terjadi pada sistem LIBs tersebut merupakan reaksi reduksi dan oksidasi. Reaksi reduksi adalah reaksi penambahan elektron oleh suatu
molekul atau atom sedangkan reaksi oksidasi adalah reaksi pelepasan elektron
Universitas Sumatera Utara
pada suatu molekul atau atom. Sebagai contoh,misalkan kita memakai LiCoO
2
sebagai katoda, Li
2
C
6
sebagai anodanya. Maka reaksi yang terjadi adalah:
Charge Pada katoda :
Li
1-x
CoO2 + xLi
+
+ xe
-
LiCoO
2
Discharge Charge
Pada anoda : LiC
6
xLi
+
+ xe
-
+ C
6
Discharge Charge
Reaksi total : LiC
6
+ Li
1-x
CoO2 LixC
6
+ LiCoO
2
Discharge
Suatu material elektrokimia dapat berfungsi baik sebagai elektroda anoda maupun katoda bergantung pada pemilihan material material selection yang
akan menentukan karakteristik perbedaan nilai tegangan kerja working voltage dari kedua material yang dipilih. Potensial tegangan yang terbentuk antara
elektroda anoda dan katoda bergantung dari reaksi kimia reduksi-oksidasi dari bahan elektroda yang dipilih. Beberapa material dapat berfungsi sebagai anoda
terhadap material katoda lainnya jika memiliki potensial Li
+
yang lebih rendah. Contoh, grafit adalah anoda dalam sistem elektroda LiMn
2
O
4,
namun akan berfungsi sebagai katoda saat dipasangkan dengan elektroda Li metal sebagai
anodanya Yan-jing, Hao. 2005
2.3 Karbon Sebagai Bahan Anoda
Karbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C dan nomor atom 6 pada tabel periodik, karbon merupakan unsur non-logam dan
bervalensi 4, yang berarti bahwa terdapat empat elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Karbon memiliki keuntungan seperti panas dan
konduktivitas listrik yang baik, kepadatan rendah, ketahanan korosi yang memadai, ekspansi termal rendah, elasitas yang rendah, biaya rendah, dan
kemurnian tinggi. Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grafit, intan,dan karbon amorf.
Universitas Sumatera Utara
Sejauh ini, banyak bahan anoda telah diselidiki, termasuk grafit sintetik, grafit alam, karbon amorf, nitrida, timah oksida, paduan berbasis timah dan
beberapa komposit. Material berbasis karbon grafit merupakan material yang lebih disukai saat ini untuk anoda baterai sekunder lithium, karena material jenis
ini telah dikomersialkan pada baterai ion lithium oleh sony pada tahun 1990. Beberapa alasan penggunaan karbon untuk baterai ion lithum adalah biaya rendah,
ramah lingkungan, potensial elektroda rendah relative terhadap logam lithium, dan kapasitas spesifik lebih tinggi dibandingkan dengan oksida logam transisi atau
sulfide logam transisi. Peningkatan utama dari teknologi baterai lithium ion dalam hal kepadatan energi telah dicapai dengan meningkatkan kristalinitas elektroda
negatif karbon, yaitu dengan mengganti karbon amorf dengan grafit. Kapasitas teoritis maksimum grafit 372 mA hg
-1
. Namun karena memiliki potensial yang rendah 1,0 V maka akan mudah terbentuk SEI dan dendrite lithium yang
sangat berbahaya Trarascon J.m, 2001.
2.3.1 Grafit
Dalam komponen anoda, material yang sering digunakan adalah grafit. Material ini memiliki struktur yang terdiri dari lapisan struktur graphene dimana
Li-ion dapat berinterkalasi diantaranya. Untuk berat yang sama, material anoda dapat menampung Li-ion lebih banyak dari Li-ion yang dilepaskan material
katoda saat charging. Grafit adalah salah satu inti karbon yang merupakan konduktor listrik yang bisa digunakan sebagai material elektroda pada sebuah
lampu listrik. Dalam struktur grafit, setiap atom C menggunakan 3 elektron valensi untuk membentuk 3 ikatan kovalen dengan 3 atom C lainnya, membentuk
lapisan dengan cincin heksagonal. Grafit memiliki stoikiometri LiC
6
dengan kapasitas spesifik 372 mAhg. Oleh karenanya kapasitas listrik baterai sekunder lithium dihitung secara teoritis
dengan menghitung berat material aktif pada katoda dibagi jumlah elektron yang terkait dalam reaksi. Grafit memiliki struktur berlapis heterodesmic. Bentuk
heksagonal grafit termodiamika stabil pada rentang suhu dan tekanan T 2000ºC, P 1.3 x 10
10
Pa [130 kbar]. Morfologi grafit mencerminkan struktur yang sangat anisotropik. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi
Universitas Sumatera Utara
normal, tetapi grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamika diantara alotrop-alotrop lainnya.Grafit biasa digunakan sebagai elektroda negatif
anoda karena, kinerja siklus yang baik, dan strukturnya yang baik. Keuntungan menggunakan elektroda grafit antara lain adalah harganya
yang relatif murah dibandingkan elektroda logam karena pemurnian grafit untuk elektroda. Diantara begitu banyak jenis bahan karbon, bahan anoda praktis yang
paling banyak digunakan dalam baterai lithium ion dapat diklasifikasikan kedalam dua jenis yaitu grafit alam dan grafit sintesis Kwiecinska B, 2004
Gambar 2.3
grafit yang dibentuk oleh tumpukan lembaran graphene Castro
Neto, 2009
.
Natural Graphite Grafit Alam
Sekarang, grafit alam menjadi salah satu kandidat yang paling menjanjikan sebagai bahan anoda baterai lithium ion terutama karena biaya rendah dan
kapasitas reversible relatif tinggi 330-350 mAhg.
Disisi lain, grafit alam memiliki kelemahan yaitu: kapasitas tingkat rendah dan ketidak cocokan dengan elektrolit berbasis PC propilen karbonat. Kapasitas
rendahnya grafit alam sebenarnya berasal dari anisotropi tinggi. Grafit alam memiliki struktur yang baik sehingga tidak memerlukan perlakuan panas pada
suhu tinggi 2800ºC untuk menjadi grafit. Grafit alam terutama terdiri dari karbon mengkristal dan campuran batu alam dan mineral.Grafit alam tidak
berbahaya dalam hal toksikologi,grafit alam merupakan produk alami murni dan tidak membahayakan lingkungan Yoshio, 2009
Universitas Sumatera Utara
2.4 Bahan Katoda Untuk Baterai Lithium
Sampai saat ini material katoda menjadi acuan dalam menghitung kapasitas sel baterai secara teoritik. Untuk setiap berat material katoda, jumlah ion
lithium yang dilepaskan material katoda saat charging dan jumlah ion lithium yang kembali dalam waktu tertentu ke material katoda saat discharging
menggambarkan densitas energi dan densitas power sel baterai. Semakin banyak ion lithium dipindahkan dari katoda ke anoda maka
semakin besar pula densitas energi sel baterai. Semakin banyak ion lithium yang kembali ke katoda dari anoda setiap detiknya, maka semakin besar densitas
powernya. Kapasitas sel baterai sangat bergantung pada kondisi transfer muatan charge transfer
. Mekanisme ini berkaitan erat dengan proses difusi dan konduktifitas
elektronik dan ionik dari komponen pembentuk sel baterai. Material katoda tidak saja 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 Guan wang, 2006.
2.4.1 Lithium Cobalt Oxide LiCoO
2
Sebagian besar baterai ion lithium untuk aplikasi portabel menggunakan katoda berbasis kobalt. Baterai ion lithium kobalt juga dikenal sebagai baterai ion
lithium berkekuatan tinggi karena kepadatan energi yang tinggi. Lithium ion kobalt bila di pasangkan dengan anoda grafit karbon maka akan memiliki beda
potensial sebesar 3,6 V dan beda ptensial ini tiga kali lipat bila dibandingkan dengan NICD atau NiMH yang hanya mempunyai beda potensial 1,2 V
Mehul,2010.
2.5 Komponen Tambahan Penyusun Anoda Baterai 2.5.1 Binder Polyvynilidene Flouride PVDF
Polyvynilidene Flouride adalah termoplastik floropolimer murni dan
sangat tidak reaktif. Polimer ini berwarna putih atau tembus cahaya dalam bentuk
Universitas Sumatera Utara
padatnya. Selain itu PVDF tidak larut dalam air. PVDF memiliki temperatur transisi gelas Tg sekitar -35ºC dan sekitar 50-60 kristalin. Adapun struktur
dari PVDF dapat dilihat pada gambar 2.4 dibawah ini.
Gambar 2.4
Struktur kimia PVDF B. Tareev, 1975 Dalam PVDF memiliki sifat piezoelektrik, yaitu sifat dari beberapa
material dimana material tersebut dapat menimbulkan potensial listrik sebagai respon dari beban mekanis yang diterimanya, dimana PVDF dapat menyebabkan
polarisasi elektrik secara spontan yang membuat PVDF memiliki sifat piezoelektrik dan piroelektrik kemampuan material untuk menimbulkan
potensial listrik saat dipanaskan atau didinginkan. Aplikasi dari PVDF pada umumnya meliputi bidang kimiawi,
semikonduktor, medis, dan industri pertahanan. Adapun contoh produk dari PVDF antara lain pipa, lembaran, pelat, baterai lithium ion, serta insulator untuk
kabel B. Treev, 1975.
2.5.2 Zat Aditif Acetylene Black AB
Acetylene Balack atau AB adalah karbon hitam yang dibentuk oleh dekomposisi eksotermis asetilena yang ditandai dengan tingkat tertinggi agregasi
dan kristal orientasi jika dibandingkan dengan jenis carbon black. Pada umumnya AB dapat menyerap hingga delapan kali nya berat dalam cairan,memiliki struktur
tiga dimensi. Acetylene black ditandai dengan konduktivitas listrik yang relatif tinggi. karakteristik ini membuat bahan yang ideal dalam produksi sel kering,
kabel listrik.
Universitas Sumatera Utara
Oleh karena itu acetylene black telah digunakan sebagai bahan dasar untuk memproduksi sel baterai kering, serta sebagai zat aditif dalam karet atau plastik
bahan antistatik dan elektrik konduktif yang digunakan dalam berbagai bidang industri, seperti kabel listrik, ban, sabuk, selang, pemanas, cat, perekat dan banyak
alat elektronik lainnya. Penggunaan acetylene black didalam baterai memiliki beberapa keunggulan yaitu dari absorpsi yang tinggi dan bersifat konduktif
sehingga acetylen black digunakan untuk mempertahankan larutan elektrolit dalam baterai kering dan meningkatkan konduktivitas listrik dari elektroda
baterai. Safety data sheet, 2014
2.5.3 Pelarut N-N DIMETHYLACETAMIDE
N-N Dimethylacetamide DMAC adalah pelarut yang dapat digunakan sebagai pelarut PVDF pada baterai ion lithium. DMAC pada dasarnya netral,
tidak ada hydroxylic, pelarut dengan konstanta dielektrik yang tinggi. Kelarutan DMAC larut dalam air, ester, dan senyawa aromatik DMAC
umumnya larut dalam senyawa alifatik tidak jenuh. Stabilitas dimethylacetamide stabil sampai titik didih atmosfer dalam bahan asam dan basa. DMAC kestabilan
yang bagus, pada dasarnya DMAC tidak akan mengalami degradasi dan perubahan warna jika dipanaskan dibawah suhu 350
C Safety Data Sheet.
2.6 Prosedur Pengujian
2.6.1 Analisis Struktur kristal dengan XRD
Pengamatan struktur kristal dengan XRD dilakukan sebagai tahap awal karakterisasi untuk mengidentifikasi sejauh mana fasa yang terbentuk seperti yang
diinginkan dan fasa lainnya yang tidak diharapkan.
Sinar- X adalah gelombang elektromagnetik yang medan listriknya berubah secara sinusoidal pada setiap waktu dan setiap titik berkas beam nya.
Medan listrik ini akan memberikan gaya listrik pada partikel bermuatan, seperti elektron, yang akan menyebabkan elektron bergerak berisolasi disekitar titik
setimbangnya. Suatu elektron yang telah mengalami osilasi akibat berkas sinar-x akan
mengalami percepatan dan perlambatan selama geraknya dan akan memancarkan
Universitas Sumatera Utara
gelombang EM. Dikatakan elektron telah menghamburkan sinar-x yang mempunyai panjang gelombang dan frekuensi yang sama dengan sinar datang,
yang disebut koheren satu sama lain. Gejala penghamburan atau difraksi ini akan direkam sebagai identifikasi yang terkait dengan struktur kristal. Gambar 2.5
menunjukkan prinsip dasar XRD.
Gambar 2.5
Difraksi sinar –X oleh atom-atom pada bidang kristal Bert
Keyaerts,2010 struktur kristal dalam material berfasa tunggal atau lebih akan memiliki pola XRD
yang unik. Pola-pola XRD ini tersimpan dalam kumpulan data JCPDSICDD yang dapat digunakan sebagai data pencocokan puncak-
puncak 2 dan intensitas dari data XRD sampel yang diuji.
2.6.2 Pengujian SEM Scanning Electron Microscopi
SEM bekerja berdasarkan prinsip scan sinar elektron pada permukaan sampel, yang selanjutnya informasi yang didapatkan diubah menjadi gambar.
Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskopi optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi
elektron baru elektron sekunder atau elektron pantul yang muncul dari
Universitas Sumatera Utara
permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut discan dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya
diperkuat sinyalnya., kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap
– terang pada layar monitor CRT cathode ray tube. Dilayar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada operasinya SEM
tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat objek dari sudut pandang tiga dimensi.
SEM dan mikroskopi optik metalurgi menggunakan prinsip refleksi, dalam arti permukaan spesimen memantulkan berkas media. Teknik SEM pada
hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisis permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar
20µm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan gambar topografi dengan segala tonjolan dan lekukan permukaan. Gambar topografi
diperoleh dari penangkapan pengolahan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Prinsip kerja SEM adalah scanning yang berarti bahwa berkas elektron
‘’menyapu’’ permukaan spesimen, titik demi titik dengan sapuan membentuk garis demi garis. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkannya adalah dari titik
pada permukaan, yang selanjutnya ditangkap oleh SE detector dan kemudian diolah dan ditampilkan pada layar CRT. Scanning coil yang mengarahkan berkas
eektron bekerja secara sinkron dengan pengarah berkas elektron pada tabung layar TV. Seingga didapatkan gambar permukaan spesimen pada layar TV.
Prinsip kerja SEM adalah difraksi elektron, yaitu dengan cara menembakkan permukaan benda dengan berkas elektron berenergi tinggi pada
permukaan sampel. Kemudian berkas elektron yang mengenai permukaan sampel akan menghasilkan pantulan berupa berkas elektron sekunder yang memancarkan
kesegala arah. Berkas elektron sekunder yang memancar kesegala arah ini akan tertangkap oleh detektor. Kemudian informasi dari detektor dilanjutkan ke
transducer yang berfungsi mengubah signal menjadi image. Image yang
tergambar diperoleh dari berkas elektron sekunder yang terpancar secara acak sehingga dapat memberikan informasi morfologi permukaan Bell. David C,
2003.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6
Diagram SEM http:www.microscopy.ethz.Chsem.htm Diakses tanggal 18 april 2015
2.6.3 Pengujian Charge –Discharge
Pengujian sel baterai dilakukan dengan proses charging dan discharging. Untuk mendapatkan performa sebuah baterai maka diperlukan pengujian
chargedischarge sehingga didapatkan kapasitas pada sel baterai. Hal yang diutamakan menentukan performa sel baterai terletak pada aspek
kimia permukaan yang menghasilkan kontak permukaan yang bagus sehingga
menjamin proses interkalasi dan deinterkalasi berjalan dengan baik.
Kapasitas baterai adalah ukuran muatan yang disimpan suatu baterai, yang ditentukan oleh massa aktif material didalamnya. Kapasitas menggambarkan
sejumlah energi maksimum yang dapat dikeluarkan dari sebuah baterai. Tetapi kemampuan penyimpanan baterai dapat berbeda dari kapasitas nominalnya,
diantaranya karena kapasitas baterai bergantung pada umur dan keadaan baterai. Kapasitas baterai sering dinyatakan dalam Ampere hours ditentukan
sebagai waktu dalam jam yang dibutuhkan baterai untuk secara kontinu mengalirkan arus atau nilai discharge pada tegangan nominal baterai.
Universitas Sumatera Utara
Satuan Ah sering digunakan ketika tegangan baterai bervariasi selama siklus charging dan discharging. Nilai charging, dalam ampere adalah sejumlah
muatan yang diberikan pada baterai persatuan waktu. Sedangkan discharging, dalam ampere adalah sejumlah muatan yang digunakan kerangkaian luar beban,
yang diambil dari baterai. Nilai charge-discharge ditentukan dengan membagi kapasitas baterai Ah dengan jam yang dibutuhkan untuk charging-discharging
baterai. Nilai charging dan discharging berpengaruh terhadap nilai kapasitas
baterai. Jika baterai di discharge sangat cepat arus discharge tinggi, maka sejumlah energi yang digunakan oleh baterai menjadi berkurang sehingga
kapasitas baterai menjadi lebih rendah. Hal ini dikarenakan kebutuhan suatu materikomponen untuk reaksi yang terjadi tidak mempunyai waktu yang cukup
untuk bergerak keposisi seharusnya.
2.6.4 Pengujian Cyclic Voltammetry
Voltametri siklik merupakan teknik voltametri dimana arus diukur selama penyapuan potensial dari potensial awal ke potensial akhir dan kembali lagi ke
potensial awal atau disebut juga penyapuan scanning dapat dibalik kembali setelah reaksi berlangsung.
Dengan demikian arus katodik maupun anodik dapat terukur. Arus katodik adalah arus yang digunakan pada saat penyapuan dari potensial yang paling besar
menuju potensial yang paling kecil dan arus anodik adalah sebaliknya yaitu
penyapuan dari potensial yang paling kecil menuju potensial yang paling besar.
Voltametri siklik terdiri dari siklus potensial dari suatu elektroda yang dicelupkan kedalam larutan yang tidak diaduk yang mengandung spesies
elektroaktif dan mengukur arus yang dihasilkan. Potensial pada elektroda kerja dikontrol oleh elektroda pembanding seperti
elektroda kalomel jenuh EKJ atau perak klorida. Pengontrol potensial yang diterapkan pada dua elektroda dapat dianggap sebagai sinyal eksitasi. Sinyal
eksitasi untuk voltmetri siklik adalah penyapuan potensial linear dengan gelombang segitiga seperti pada gambar di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7
sinyal eksitasi untuk voltametri siklik Scholz, 2010
Potensial sinyal eksitasi segitiga menyapu potensial elektroda antara dua nilai. Sinyal eksitasi pada Gambar 2.7 menyebabkan potensial pertama untuk
penyapuan negatif dari +0,08 potensial awal ke -0,20 V potensial akhir, sedangkan titik arah penyapuan balik switching potensial menghasilkan
penyapuan positif kembali ke potensial awal 0,80 V. Kecepatam penyapuan terlihat pada kemiringan garis yaitu 50 mV perdetik.
Voltamogram siklik diperoleh dengan mengukur arus pada elektroda kerja selama scan potensial. Arus dapat dianggap sebagai respon sinyal terhadap
potensial eksitasi. Voltamogram yang dihasilkan merupakan kurva antara arus pada sumbu vertikal versus potensial sumbu horizontal.
Gambar 2.8
Voltamogram Marwati,S.2010
Universitas Sumatera Utara
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Peran teknologi dan informasi sangatlah penting bagi kehidupan manusia saat ini, karena dengan adanya teknologi dan informasi ini jarak seolah tidak menjadi
halangan. Manusia dapat berkomunikasi dengan mudah dalam jarak yang jauh. Hal ini tidak bisa lepas dari perkembangan teknologi dan informasi.
Kemajuan di bidang teknologi dan informasi yang sangat pesat saat ini, memunculkan berbagai macam teknologi yang memungkinkan kita dapat dengan
mudah membawa berbagai macam alat yang bisa dibawa kemana-mana portable seperti handpone, leptop, mp3 player, dan sebagainya. Hal tersebut
memungkinkan karena adanya baterai yang berfungsi sebagai sumber daya yang dibutuhkan oleh peralatan tersebut.
Kebutuhan akan energi senantiasa meningkat, seiring dengan pertumbuhan industri dan kemajuan jaman. Besarnya kebutuhan baterai baik saat ini maupun di
masa mendatang mendorong penelitian baterai yang menyeluruh. Mengingat belum adanya industri baterai sekunder portabel berdiri di Indonesia, maka
penelitian baterai ke arah aplikasi terasa sangat dibutuhkan. Baterai sebagai penyimpan energi merupakan pendukung utama dalam
aplikasi energi baru dan terbarukan yang saat ini sedang dikembangkan di Indonesia. Beberapa sektor kehidupan di negeri ini sudah menggunakan baterai
sebagai sumber energi, misalnya telekomunikasi. Dibutuhkan jenis baterai yang dapat digunakan sebagai sumber energi dan
ramah lingkungan , untuk itu baterai yang memungkinkan yaitu jenis Solid Polymer Lithium Battery
SPLB. Baterai jenis lithium ini memiliki kapasitas listrik yang sangat baik yaitu tiga kali lebih besar dari accu. Baterai dari lithium
tidak mengenal efek memori, oleh karena itu proses charging pengisian dan discharging
pemakaian tidak akan mengurangi kapasitas baterai. Baterai lithium ini, selain ringan, juga sangat fleksibel dalam bentuk dan ukuran. Baterai lithium
Universitas Sumatera Utara
merupakan sumber pembangkit listrik yang baru karena lebih ringan dan memiliki densitas energi yang lebih tinggi, tidak ada efek memori, tahan lama, kemampuan
mengisi lebih besar, ramah lingkungan dan lebih aman dibandingkan dengan baterai jenis lain.
Salah satu komponen dalam sistem sel baterai lithium adalah anoda. Anoda yang dipakai yaitu Natural Graphite. Sekarang, grafit alam menjadi salah satu
kandidat yang paling menjanjikan sebagai bahan anoda baterai lithium terutama karena biaya yang murah, dan kapasitas reversible relatif tinggi 330
– 350 mAhg.
Pada penelitian ini, akan dibuat lembaran anoda dengan material aktif yang digunakan berupa serbuk natural grafit. Selain itu, akan dilakukan variasi
komposisi pelarut N,N Dimethyl Acetamid DMAC yang digunakan untuk membuat lembaran anoda. Penggunaan pelarut akan memberikan efek kekentalan
pada slurry, dan jika dikeringkan maka pelarut akan menguap sehingga secara otomatis akan mempengaruhi ketebalan dari lembaran anoda tersebut. Dari variasi
pelarut dan ketebalan yang berbeda akan dilihat perbandingan dari performa baterai ion lithium. Kemudian lembaran anoda di potong dengan ukuran 3cm x
4cm, dengan separator polyetilene, serta LiPF
6
sebagai elektrolit yang kemudian dibentuk kedalam baterai lithium prismatik. Uji karakteristik serbuk dilakukan
dengan SEM dan XRD. Uji performa baterai mencakup uji chargedischarge, dan cyclic voltamemetry.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan Masalah
Kategori