Gambar 2.4
Skematik material elektroda pada baterai ion Li, menggunakan katoda litium metal oxide dan anoda grafit
2.4 Li
4
Ti
5
O
12
LTO
Standar sintesis solid-state secara umum membutuhkan suhu 800 C atau suhu
yang lebih tinggi untuk mendapatkan produk yang murni. Suhu yang tinggi akan menyebabkan pertumbuhan partikel dan dengan demikian akan menurunkan
tingkat kemampuan bahan aktif Kataoka, 2008; Julien and Zaghib, 2004. Potensial elektrokimia yang relatif lebih tinggi dengan kapasitas teoritis
lebih rendah 1,55 V vs Li
+
Li dengan 175 mAh g
-1
dibanding dengan grafit 0,1- 0,3 V vs Li
+
Li dengan 372 mAh g
-1
, densitas energi dari sel ion Li dengan Li
4
Ti
5
O
12
berdasarkan elektrodanya menurun dibandingkan pemakaian sel grafit. Di sisi lain, elektroda Li
4
Ti
5
O
12
memiliki banyak keuntungan. Beberapa keuntungan Li
4
Ti
5
O
12
adalah : 1.
Stabilitas siklus hidup yang panjang Regangan nol menyebabkan stabilitas mekanik material elektroda.
2. Penggunaan kepadatan arus besar
Potensial elektrokimia yang relatif tinggi menyebabkan tidak adanya deposisi logam Li atau pembentukan dendrit pada permukaan elektroda di
bawah tingkat tinggi siklus charge-discharge.
3. Stabilitas kimia
Tahan api dan reaktivitas kimia yang rendah pada penyisipan Li di bawah suhu tinggi memungkinkan kita untuk menggunakan pelarut PC dan arus
Universitas Sumatera Utara
kolektor Al, dan dapat membantu untuk merancang biaya rendah, kinerja tinggi dan keselamatan aplikasi sel dengan daya tinggi.
Dengan keuntungan ini elektroda baru yang didasarkan Li
4
Ti
5
O
12
adalah yang paling menjanjikan pada skala besar dan aplikasi daya tinggi untuk baterai ion
litium.
2.5 Li
4
Ti
5
O
12
LTO doping Al
Li
4
Ti
5
O
12
memiliki nilai konduktifitas ionik yang rendah sehingga membatasi tingkat kemampuan elektronik Rho.Y.H, 2003 ; Amatucci 2001 ; Huang.S, 2006.
Untuk meningkatkan nilai konduktifitas tersebut, beberapa cara yang efektif telah diusulkan, termasuk sintesis Li
4
Ti
5
O
12
Guerfi.A, 2003 ; Nakahara.K, 2003 dengan doping ion logam aliovalent V
5+
, Mn
4+
, Fe
3+
, Al
3+
, Ga
3+
, Co3+
,
Cr
3+
, Ni
2+
, Mg
2+
dan F
-
pada Li, Ti atau situs O Kubiak.P, 2003 ; Huang.S, 2007. Dengan penambahan Al
3+
terbentuklah Li
4
Ti
5
−xAlxO
12
yang dapat meningkatkan kapasitas reversibel dan stabilitas pada saat pengisian dan pemakaian doping pada
Li
4
Ti
5
O
12
dengan tegangan berkisar 0,5 - 2,5 V Huang,S. 2005. Doping Al dan Li
4
Ti
5
O
12
yang tidak didoping Al
4 – x
Al
x
Ti
5
O
12
, x=0, 0,05, 0,1 dan 0,2 tersusun oleh reaksi padatan konvensional. LiOH - H
2
O dan TiO
2
, digunakan sebagai bahan baku Hailei Zhao, 2008. Pada penelitian stuktur dan
karakterisasi elektrokimia pada L1
4-x
Al
x
Ti
5
O
12
sebagai material anoda baterai ion lithium oleh Hailei Zhao, dkk 2008 menunjukkan bahwa
Li
4
Ti
5
O
12
doping Al dengan rumus kimia L1
4-x
Al
x
Ti
5
O
12
x=0, 0,05, 0,1 dan 0,2 disintesis dengan metode reaksi padatan. Doping Al tidak merubah komposisi fasa dan morfologi
partikel, tapi mudah menghasilkan distorsi kisi sehingga kristalinitas buruk pada Li
4
Ti
5
O
12
. Kelebihan Al menyebabkan polarisasi elektroda yang besar karena
konduktivitas ion Li yang lebih rendah, sehingga menyebabkan kapasitas yang rendah pada densitas arus tinggi.
J. Y. Lin dkk 2013 mensintesis lithium titanate doping Al dengan rumus kimia Li
4-x
Ti
5-x
Al
x
O
12
x=0,05 melalui proses sol-gel. Hasil sintesa menunjukkan bahwa ada peningkatan kapasitas discharge dan laju kapabilitas yang signifikan.
Peningkatan laju kapabilitas disebabkan difusivitas ion Li lebih tinggi dan hambatan transfer muatan yang rendah karena subtitusi Al
3+
pada Ti
4+
.
Universitas Sumatera Utara
Zhenhong Wang dkk 2011 mensintesis senyawa Li
4
TI
5-x
Al
x
O
12
melalui reaksi padatan , dan menyelidiki sifat-sifat elektrokimia dengan metode konduksi
elektronik, voltametri siklik, dan tes charge-discharge pada rentang tegangan discharge
yang berbeda 0-2,5 V dan 1-2,5 V. Hasil penelitian menunjukkan bahwa doping Al
3+
tidak mempengaruhi struktur spinel tapi sangat meningkatkan kapasitas dan kinerja awal. Doping Al
3+
berguna bagi interkalasi reversible dan deinterkalasi dari Li
+
. Jung Soo Park dkk 2013 mensintesis Li
4
Ti
5
O
12
sebagai material anoda baterai ion litium, dengan metoda reaksi padatan Li
4-x3
Al
x
Ti
5-2x3
O
12
, menyatakan bahwa suhu kalsinasi optimum untuk Li
4
Ti
5
O
12
doping Al ditentukan menjadi 850
C diantara tiga suhu yaitu, 750 C, 850
C, dan 950 C, berdasarkan
struktur dan karakterisasi elektrokimia. Siklus pengujian awal pada Li
4
Ti
5
O
12
tanpa doping dan doping Al
3+
menyatakan bahwa performa elektreokimia pada elektroda yang disiapkan pada suhu 850
C lebih baik dari pada suhu 750 C dan
950 C. Rasio penyimpanan kapasitas pada Li
4-x3
Al
x
Ti
5-2x3
O
12
x = 0.01, 0.05, 0.1 lebih dari 99,3 setelah 30 siklus.
Material elektroda praktis biasanya dioptimalkan dengan unsur doping. Pada penelitian yang dilakukan oleh De Li dkk 2015 yaitu efek memori induksi
doping pada Li
4
Ti
5
O
12
doping Al menunjukkan bahwa Li
4
Ti
5
O
12
terbebas dari efek memori, sementara efek memori yang berbeda dapat diinduksi oleh doping
Al. Setelah dilakukan discharge pada potensial cutoff rendah, Li
4
Ti
5
O
12
doping Al menunjukkan kinetika elektrokimia yang buruk, memberikan kelebihan potensial
yang besar pada saat proses charging. Ketergantungan atas kelebihan potensial pada discharging menyebabkan cutoff pada efek memori Li
4
Ti
5
O
12
doping Al.
Universitas Sumatera Utara
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kategori