BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Baterai Lithium
Baterai lithium secara teori adalah baterai yang digerakkan oleh ion lithium. Dalam kondisi discharge dan recharge 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. Proses perpindahan ion lithium dari katoda ke anoda dapat dilihat di Gambar 2.1.
Gambar 2.1.
Perpindahan ion lithium dari katoda ke anoda [46]. 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. Proses terjadinya interkalasi dapat digambarkan
dalam Gambar 2.2.
Gambar 2.2.Proses interkalasi dalam beberapa fase.
Sehingga keunggulan bahan anoda dan katoda terletak pada stabilitas Kristal dalam proses interkalasi. Sehingga bahan elektroda harus mempunyai tempat bagi
perpindahan ion lithium yang sering disebut host.Oleh karena itu bahan elektroda harus mempunyai struktur host.Pada umumnya bahan mempunyai tiga kategori
model dalam melakukan interkalasi yang bergantung pada bentuk host strukturnya, yaitu interkalasi dalam satu dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi,
seperti tergambar di Gambar 2.3.
Gambar 2.3.
Tiga model host dari bahan katoda dan anoda Sel baterai lithium yang dibuat dalam rangkaian penelitian ini telah memilih
menggunakan lithium mangan oxide sebagai katoda dan grafit sebagai anoda, sedang lithium titanium alumunium posfat LTAP sebagai elektrolitnya. Lithium
mangan oxide mempunyai host interkalasi dalam tiga dimensi. Grafit mempunyai host interkalasi satu dimensi.
Prihandoko. Bambang, 2008
2.2. Bahan Elektroda 2.2.1. Lithium Mangan Oksida
Kebanyakan baterai lithium yang sudah diproduksi di pasaran masih banyak menggunakan LiCoO
2
dan LiNiO
2
sebagai katodanya.Namun bahan Cobalt dan Nikel cukup mahal. Dalam pencarian baterai lithium yang murah,
bahan katoda yang murah dari segi bahan dasar dan proses pembuatan menjadi salah satu penyelesaiannya. Li
x
Mn
2
O
4
yang juga dikenal sebagai bahan katoda akan menjadi alternatif jawaban. Li
x
Mn
2
O
4
mempunyai keunggulan lain dengan struktur spinel yang cukup stabil dalam proses interkalasi. Sebagaimana diketahui
bahwa Li
x
Mn
2
O
4
mempunyai struktur spinel yang tergambar di Gambar 2.4.
Gambar 2.4
skematis struktur spinel Li
x
Mn
2
O
4
Bahan berstruktur spinel mempunyai komposisi pada umumnya sebagai berikut: MeIIMeIII
2
O
4
Dalam struktur spinel normal susunan atom oksigen membentuk kubus dengan susunan rapat. Seperdelapan dari tempat tetrahedaral terbentuk dalam
lapisan susunan rapat dari ion O2- diisi oleh ion metal bervalensi 2 dan setengahdari octahedral diisi oleh metal ion bervalensi 3. Sedang di dalam bahan
LixMn2O4 tempat ion metal bervalensi 2 diduduki oleh ion lithium bervalensi 1 dantempat ion metal bervalensi 3 diduduki oleh ion mangan dengan dua
macamvalensi, yaitu 3+ dan 4+. Rumus komposisi spinel Lix Mn2O4 adalah :
Li
x
[Mn
3+
]
x
[Mn
4+
]
2-x
O
4
Susunan atom oksigen dan octahedral mangaan membentuk sebuah spinelframework
dalam spinel Lix Mn2O4, seperti terlihat di gambar 1b. Hal inimembuat gerak ion lithium dalam proses interkalasi menjadi bebas dalam
tigademensi. Dan framework ini cukup stabil ketika ion lithium berpindah- pindahdalam proses interkalasi.
2.2.2. Grafit
Anoda yang dipilih dalam percobaan ini adalah grafit.Dengan Kristal strukturnya yang hexagonal.Grafit mempunyai kemampuan yang cukup tinggi
dalam perannya sebagai anoda dan lebih baik dibandingkan dengan logam lithium.Selain itu grafit merupakan bahan alam yang cukup murah.
2.3 Elekktrolit
Elektrolit merupakan perangkat elektrokimia yang sangat penting dalam sautu baterai.Elektrolit merupakan material yang bersifat penghantar ionik.Fungsi
elektrolit ialah sebagai media untuk mentransfer ion antara elektroda.Ada beragam jenis elektrolit seperti cair, padat, polimer dan komposit
elektrolit.Elektrolit yang banyak digunakan pada baterai lithium adalah elektrolit cair yang terdiri dari garam lithium yang dilarutkan dalam pelarut berair.Hal yang
paling penting dalam suatu elektrolit adalah interaksi antara elektrolit dan elektroda pada baterai. Hubungan dua bahan ini akan mempengaruhi kinerja
baterai secara signifikan.Fadhel,A. 2009 Berdasarkan daya hantar listriknya elektrolit dapat dibedakan menjadi dua yaitu :
1. Elektrolit kuat Elektrolit kuat adalah elektrolit yang dapat menghantarkan larutan dengan
daya hantar listrik yang baik. Senyawa NaCl, HCl, dan H
2
SO
4
dapat terurai sempurna dalam pelarut air dapat membentuk banyak ion.
2. Elektrolit Lemah Elektrolit Lemah adalah elektrolit yang dapat menghasilkan larutan dengan
daya hantar listrik yang buruk.Senyawa CH
3
COOH dan NH
3
akan terurai sebagian kecil dalam pelarut air membentuk sedikit ion secara
kuantitatif.Fadhel,A. 2009 Tujuan pemberian elektrolit pada baterai adalah mampu mencerminkan
tujuan dari baterai itu sendiri.Elektrolit menjalankan perannya sebagai kunci penentu karakteristik suatu baterai.Untuk mencapai level energy tinggi maka
dibutuhkan elektrolit untuk membutuhkan elektrolit untuk memberikan konduktivitas ionik yang tinggi, 1x10
-3
Scm. Maka secara parsial mampu
meningkatkan total area permukaan elektroda ini secara langsung mengurangi kembali meningkatkan material inert untuk menutupi sel fisik yang besar.
Selanjutnya energi spesifik sel dan densitas energy turun secara cepat.Heitner,K. 2000
Lithium ion baterai umumnya beroperasi pada tegangan tinggi ~4.2 V, yang membutuhkan pelarut organik yang stabil terhadap oksida. Ada syarat-syarat
yang harus dipenuhi suatu elektrolit yaitu : 1. Konduktansi ion yang tinggi dan insulator elektronik untuk meminimalisir
resistansi sel serta mencapai tingkat kapabilitas yang baik dan menjaga proses pemakaian minimum.
2. Memiliki stabilitas panas dan kimia yang tinggi. 3. Memiliki rentang batas tegangan dekomposisi dengan oksidatif dan reduksi
dari elektrolitnya. 4. Reaktivitas rendah terhadap komponen lain dalam baterai seperti elektroda,
pengumpul arus dan separator. 5. Bukan bahan beracun dan aman.
6. Titik leleh Tm rendah, sehingga mempunyai konduktivitas pada saat temperature rendah.
7. Titik didih Tb tinggi, untuk mencegah terjadi kenaikan tekanan sehingga tidak terjadi ledakan.
8. Biayanya rendah
Elektrolit pelarut yang ideal harus memiliki sifat-sifat sebagai berikut : 1. Konstanta dielektrik tinggi
2. Viskositas rendah 3. Pelarut harus tetap inert untuk semua komponen sel.
4. Titik leleh rendah Tm 5. Titik didih tinggi Tb
6. Aman, tidak beracun dan ekonomis 7. Pelarut harus aprotik dan stabil pada potensi negative
Sifat yang paling penting pada pelarut elektrolit untuk konduktansi ionic adalah viskositas dan dielektrik yang konstan.Pelarut organik telah banyak diteliti
dan mayoritas dapat diklasifikasikan sebagai karbonat alkil, ester dan eter.Fadhel,A. 2009
2.4. Bahan Elektrolit 2.4.1. Bahan Elektrolit Cair Dan Padat
Kategori