Tabel 2.4. Karakteristik dari LiFePO
4
Material Nilai
Kapasitas Spesifik mAhg 160
Densitas gcc 3,70
Densitas Energi Wh L 220
Tegangan Kerja V 3,3
Daya Spesifik Wkg 300
Waktu Hidup tahun 10
Siklus Hidup cycle 2.000
Sumber : Yoshio et al 2009
2.3.2 Material Anoda
Bahan anoda yang sering digunakan sebagai komponen sel baterai lithium rechargeable adalah grafitkarbon dan logam lithium. Kedua material tersebut
memenuhi syarat sebagai suatu material untuk proses interkalasi. Adapun tiga syarat utama yang harus dimiliki material anoda pada baterai
ion lithium yaitu sebagai berikut : 1.
Potensial penyisipan dan pelepasan ion lithium pada anoda harus sekecil mungkin.
2. Banyaknya ion lithium yang dapat dimuat oleh material anoda harus besar
untuk mencapai kapasitas spesifik yang besar. 3.
Host pada anoda harus menahan penyisipan dan pelepasan ion lithium yang berulang–ulang tanpa kerusakan strukturnya untuk memperoleh siklus hidup
yang panjang Yao, 2003.
Penggunaan karbon sebagai bahan anoda pada baterai ion lithium pertama kali dikomersialisasikan oleh Sony Corporation pada tahun 1991 pada peluncuran
baterai ion lithium rechargeable karbonLiCoO
2
. Lapisan karbon, khususnya grafit digunakan sebagai bahan anoda karena memiliki konduktifitas elektron
yang tinggi 10
3
-10
4
Scm, biayanya rendah, kapasitasnya yang baik, dan siklus hidupnya yang panjang Courtel et al. 2011.
Universitas Sumatera Utara
Bahan karbon dapat digunakan sebagai material anoda untuk sel ion lithium berdasarkan potensial lithiasi karbon sangat dekat dengan logam Lithium.
Tegangan lithiasi grafit vs logam Li adalah 0,0-0,5 V. Selama proses pengisian
dan pengosongan, ion lithium dapat berinterkalasi dan de-interkalasi dari karbon tanpa mengalami perubahan sifat mekanik, listrik dan volume yang signifikan
Hossains, 1995. Perbedaan bahan karbon memiliki pengaruh besar pada proses interkalasi
ion lithium. Karbon dengan ikatan sp
2
antar atom karbon dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori yaitu sebagai berikut :
1. Grafit
Grafit merupakan lembaran graphene yang membentuk tiga dimensi 3D. Graphene tersusun dari atom karbon yang membentuk pola heksagonal dengan
susunannya berupa lembaran dengan ketebalan sebesar satu atom karbon. Jarak antar atom karbon pada satu ikatan pada graphene adalah 0,142 nanometer
sedangkan untuk membentuk suatu grafit, jarak antar lembaran graphene-nya adalah 0,335 nanometer. Kapasitas maksimum secara teori yang dihasilkan dari
grafit adalah berkisar 372 mAhg Patterson, 2009. Struktur lembaran graphene dan grafit dapat dilihat pada Gambar 2.7. dibawah ini.
a b Gambar 2.7. a Struktur Graphene berupa Lapisan dengan Ketebalan 1 Atom C
b Struktur Grafit yang terdiri dari Lapisan Graphene Buchmann, 2001
Universitas Sumatera Utara
2. Hard carbon
Hard carbon merupakan jenis karbon yang pertama kali dikomersialkan pada baterai ion litihum. Lapisan atom karbon tersusun tidak rapi dengan jarak antar
layernya 0,38 nanometer Patterson, 2009. Jenis karbon ini memiliki kapasitas yang lebih tinggi namun sangat reaktif dan hasil kapasitas ireversibelnya tinggi
selama discharge Hossains, 1995. Karbon ini tidak digunakan lagi sebagai material anoda pada baterai karena tempat difusinya tampak seperti labirin
sehingga menyulitkan ion lithium untuk berinterkalasi Yoshio et al. 2009.
3. Soft carbon
Soft carbon merupakan grafit sintesis yang tersusun atas lapisan graphene dengan jarak antar lembaran graphene-nya 0,375 nm Patterson, 2009. Grafit sintesis
memiliki kemurnian yang tinggi, struktur yang cocok untuk proses interkalasi dan deinterkalasi ion lithium. Namun, grafit sintesis memiliki kekurangan pada
struktur kristalnya yang berbentuk amorf sehingga untuk membuatnya memiliki struktur kristal menggunakan biaya yang tinggi karena memerlukan perlakuan
pada suhu diatas 2.800 C pada proses grafitisasinya Yoshio et al. 2009. Salah
satu grafit sintesis yang sering digunakan sebagai material aktif anoda pada industri baterai ion lithium yaitu Mesocarbon Microbeads MCMB. Struktur
karbon pada soft carbon, hard carbon dan grafit dapat dilihat pada Gambar 2.8.
a b
c Gambar 2.8. Stuktur a Soft Carbon, b Hard Carbon dan c Grafit
Yoshio et al. 2009
Universitas Sumatera Utara
Perbandingan antara grafit, hard carbon, dan soft carbon dapat dilihat pada Tabel 2.5. dibawah ini.
Tabel 2.5. Perbandingan antara Grafit, Hard Carbon, dan Soft Carbon
Material Kapasitas
Initial, mAhg
Kapasitas Reversible,
mAhg Kapasitas
Irreversible, mAhg
Efisiensi cycle pertama,
Grafit 390
360 30
92 Hard Carbon
480 370
90 77
Soft Carbon 275
235 40
85 Sumber : Patterson 2009
Mesocarbon Microbeads MCMB
Material MCMB termasuk bagian dari soft carbon yang memiliki struktur kristal lebih sedikit dibandingkan dengan grafit alam. Adapun alasan pemilihan karbon
MCMB sebagai material anoda karena memiliki kapasitas yang baik pada tegangan rendah dan kemampuan siklusnya yang terbaik diantara semua jenis
bahan anoda karbon Yao, 2003. MCMB terdiri dari struktur bola dengan diameter 1-
40 μm sehingga luas permukaan spesifiknya rendah. Besar kapasitas spesifik pada MCMB mencapai
320-330 mAhg Yoshio et al. 2009. Struktur MCMB tipe Brooks–Taylor dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9. Struktur MCMB tipe Brooks-Taylor
Universitas Sumatera Utara
Grafitisasi MCMB memiliki banyak kelebihan bila digunakan sebagai anoda baterai yaitu sebagai berikut :
1. Densitas muatan yang tinggi menjamin densitas energi yang tinggi pula.
2. Luas permukaan yang kecil menurunkan kapasitas ireversible sesuai dengan
dekomposisi elektrolit. 3.
MCMB memiliki struktur spinel sehingga ion lithium mudah berinterkalasi dan hal tersebut akan meningkatkan kapasitas baterai Yoshio et al. 2009.
Karakteristik dari Mesocarbon Microbead MCMB dapat dilihat pada Tabel 2.6.
Tabel 2.6. Karakteristik dari Mesocarbon Microbead MCMB
Properties
Kemurnian Karbon 99,6
Discharge Pertama mAhgr 500
Efisiensi 93,4
Titik Lebur C
3550 Tekanan Uap mm Hg
C 3586
Temperatur Sintering K 1800-2500
Sumber : MTI Corporation 2010
2.4 Zat Aditif Super P
