4.4 Analisa Uji Lembaran Elektroda
a Lembaran Na0 b Lembaran Na1
c Lembaran Na2
Gambar 4.7. Lembaran a Na0, b Na1, c Na2
Pada pengujian ini terlebih dahulu dilakukan pengukuran hambatan pada lembaran kemudian dilakukan pengukuran ketebalan material aktif yang telah
dikurangi dengan ketebalan Cu foil. Konduktivitas ini diuji untuk mengetahui seberapa besar konduktivitas lembaran sebelum dilakukan pengujian dengan sel
setengah. Pada gambar 4.8. terlihat bahwa konduktivitas yang dimiliki dari lembaran oleh Na2 lebih tinggi dibandingkan dengan Na0 dan Na1. Semakin
tinggi konduktivitas listrik suatu sampel maka akan semakin baik untuk menghantarkan arus listrik.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.8. Konduktivitas lembaran Na0,Na1, dan Na2
4.5. Analisa Uji Sel Setengah terhadap Lithium Metal 4.5.1. Analisa Cyclic Voltammetry CV
Pada pengujian ini bahwa untuk mengetahui reaksi reduksi dan oksidasi pada Na0 TiO
2
, Na1 Li
4
Ti
5
O
12
, dan Na2 NaLiTi
3
O
7
. Na0, Na1, Na2 itu sebagai katoda yang dipasangkan dengan lithium metal sebagai anoda, hal itu karena
tegangannya lebih rendah. Pada proses charging ada terjadi proses oksidasi atau proses de-interkalasi yaitu saat ion lithium bergerak dari katoda Na0,Na1,Na2 ke
anoda metal lithium. Ketika proses discharging ada proses reduksi atau proses interkalasi yaitu ketika ion lithium bergerak dari anoda lithium metal ke katoda
Na0, Na1, Na2. Reaksi redoks TiO
2
vs Li adalah sebagai berikut
xLi + TiO
2
+ e
-
Li
x
TiO
2
0x1 4.1
Pada transisi lithium saat interkalasi terjadi reduksi dari Ti
+4
Ti
+3
pada saat discharging . Dan sebaliknya pada saat charging mengalami oksidasi dari
Ti
+3
Ti
+4 .
0,0005 0,001
0,0015 0,002
0,0025 0,003
0,0035 0,004
Na0 Na1
Na2 σ Scm
Reduksi Oksidasi
Universitas Sumatera Utara
a b
c Gambar 4.9. Hasil cyclic voltammetry CV a Na0,
b Na1, c Na2
Parameter uji CV dilakukan dengan scan rates 100Uvs 3x dengan batas voltage dari 0,65 V 2,5. Pada hasil CV terjadi puncak peak oksidasi dengan puncak
peak reduksi .Pada gambar 4.2 a Na0 puncak oksidasi dan reduksi tidak tajam, lebar dan tidak tinggi sehingga proses interkalaside-interkalasi lambat. Na0
terjadi puncak peak oksidasi yaitu 2,139 V dan 0,136 mA, 2,111 volt dan 0,072 mA, 2,087 volt dan 0,037 mA dengan puncak peak reduksi yaitu 1,660 V dan
0,855 mA, 1,680 volt dan 0,541 mA , 1,688 V dan 0,337 mA. Pada puncak reduksi terjadi arah yang irreversibel yaitu 1,143 V. Pada b Na1 puncak oksidasi
dan reduksi yang tajam dan sempit sehingga dihasilkan proses interkalaside- interkalasi yang cepat. Puncak oksidasi pada Na1 yaitu 2,12 V dan 0,855 mA,
2,09 V dan 0,541 mA, 2,08 V dan 0,377 mA dengan puncak reduksi yaitu 1,61 V
Reduksi oksidasi
Universitas Sumatera Utara
dan 0,673 mA, 1,66 V dan 0,517 mA, 1,67 V dan 0,370 mA. Pada c Na2 pucak oksidasi dan reduksi yang dihasilkan lebar dan tidak tajam. Hal ini mengakibatkan
proses interkalaside-interkalasi lambat. Puncak oksidasi pada Na2 yaitu 2,16 V dan 0,348 mA, 2,11 V dan 0,158 mA, 2,08 V dan 0,097 mA dengan puncak
reduksi 1,48 V dan 0,332 mA, 1,66 V dan 0,201 mA, 1,70 V dan 0,125 mA.Penurunan nilai V
oksidasi
dan V
reduksi
yang signifikan menunjukkan terjadinya loss capacity.
Tabel 4.6 Tegangan polarisasi dan spesifik capacity pada Na0,Na1,Na2 Sampel V
oksidasi
V V
reduksi
V V
polarisasi
mV Specific Capacity
mAhg Na0
2,087 V 1,688 V
399 mV 128,1 mAhg
Na1 2,08 V
1,67 V 410 mV
124,05 mAhg Na2
2,08 V 1,70 V
380 mV 152,6 mAhg
Pada tabel 4.6. tegangan polarisasi yang paling rendah yaitu Na2 sebesar 380 mV dengan specific capacity yaitu 152,6 mAhg. Tegangan polarisasi yang semakin
rendah maka akan meningkatkan efektivitas energi saat waktu chargedischarge dan specific capacity semakin tinggi.
Dari puncak oksidasi-reduksi dihasilkan 3 siklus tegangan kerja Na0 yaitu 1,8995 V, 1,8955 V, 1,8875 V, puncak tegangan kerja Na1 yaitu 1,865 V, 1,875
volt, 1,875 V dan tegangan kerja Na2 yaitu 1,82 V, 1,885 V, 1,89 V. Hasil pengujian pada sampel
bahwa selama 3 siklus Na1 dan Na2 mengalami peningkatan tegangan kerja. Dari ketiga sampel dapat diperbandingkan bahwa jika
TiO
2
disintesis dengan LiOH.H
2
O dan Na
2
CO
3
kemudian dilakukan kalsinasi dan sintering maka dapat menurun tegangan kerja.
4.5.2 Analisa charge discharge CD
Pada pengujian charge discharge digunakan untuk mengidentifikasi kapasitas pada material TiO
2
Na0, Li
4
Ti
5
O
12
Na1 dan NaLiTi
3
O
7
Na3. Material tersebut diproses dengan membuat slurry sehingga menjadi lembaran. Kemudian
dibuat menjadi coin cell. Laju C digunakan untuk menentukan tingkat cycle. Satu
Universitas Sumatera Utara
kali cycle adalah sama dengan satu proses charge terjadi reaksi oksidasi dan satu kali discharge terjadi reaksi reduksi.
a b
c Gambar 4.10. Hasil pengujian charge discharge a Na0,
b Na1, c Na2
Berdasarkan gambar 4.10. a Na0 charge discharge tidak menunjukkan adanya plateu. Pada b Na1 saat charge menunjukkan tegangan plateu pada 0,3C sampai
4C dengan tegangan 2,2 V namun pada 8C tidak terlihat plateu dan saat discharge tegangan plateu 1,7 V. Pada c Na2 menunjukkan tegangan plateu saat charge
pada 0,3C sampai 10C sebesar 2,2 V dan tegangan plateu saat discharge yaitu 1,7 V. Tegangan palteu yang dihasilkan sebesar 1,7 V mendekati pada penilitian
Game, O. 2016.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.7 terlihat bahwa pada Na0 kapasitas charge 3,37 mAhg dan kapasitas discharge 3,65 mAhg. Pada Na1 memiliki kapasitas charge 4,36
mAhg dan kapasitas discharge 4,59 mAhg, sedangkan pada Na2 memiliki kapasitas 5,67 mAhg dan kapasitas discharge 5,63 mAhg. Na0 dan Na1 ini
mengalami penurunan kapasitas charge discharge hingga 8C. Hal ini terjadi mengindikasikan bahwa ion Li
+
yang berinterkalasideinterkalasi mengalami jumlah yang terus turun Subhan, A. 2011. Dari hasil ketiga sampel yang
memiliki kapasitas charge discharge yang baik yaitu Na2 karena saat 10C masih memiliki kapasitas meskipun rendah. Kapasitas charge discharge pada Na1 dan
Na2 yang disintesis dengan Na0 mengalami kenaikan.
Tabel 4.7 Hasil kapasitas charge discharge pada Na0,Na1,Na2 Kapasitas
mAhg Na0
Na1 Na2
0,3 C Charge
3,37 4,36
5,67 Discharge
3,65 4,59
5,63 0,5 C
Charge 3,084
3,82 5,21
Discharge 3,256
3,967 5,13
1 C Charge
2,23 2,98
4,16 Discharge
2,28 2,94
4,12 2C
Charge 6,96
1,83 2,85
Discharge 6,95
1,85 2,84
4C Charge
0,566 0,89
1,52 Discharge
0,541 0,77
1,44 6C
Charge 0,452
0,621 1,09
Discharge 0,44
0,57 1,01
8 C Charge
0,319 0,394
0,716 Discharge
0,298 0,371
0,666 10 C
Charge -
- 0,606
Discharge -
- 0,57
Universitas Sumatera Utara
4.5.3 Analisa Electrochemical Impedance Spectroscopy EIS
Konduktivitas ionik atau elektronik suatu material dapat diukur dengan metode EIS. Hasil pola EIS menunjukkan bahwa setiap kurva terdiri dari semicircle pada
frekuensi tinggi dan garis lurus warburg pada frekuensi rendah, sesuai dengan perpindahan muatan resistansi Shu,J.dkk,2015. Pada grafik dengan plot Nyquist
menunjukkan hubungan impedansi real Z
real
dengan impedansi imajiner Z
im
. Impedansi real terdapat pada sumbu x dan impedansi imajiner pada sumbu y.
Berdasarkan pada kedua impedansi dapat dihitung dengan nilai resistansi pada R
e
dan nilai resistansi pada R
ct
.
Gambar 4.11. Cole – cole plot hasil EIS
Pada Gambar 4.11. dapat dilihat hasil semicircle yang muncul yaitu tunggal dan
garis lurus warburg. Semicircle yang ukurannya besar yaitu Na0 namun pada Na1 dan Na2 yang disintesis dengan Na0 menyebabkan ukuran semicircle menurun.
Hal ini menunjukkan bahwa ukuran busur yang besar sebanding dengan besarnya resistansi. Pada resistansi yang dihasilkan dapat dilihat pada tabel 4.8. Resistansi
dari Na0 ke Na1 dan Na2 mengalami proses reduksi sehingga resistansi Na1 lebih rendah maka memiliki konduktivitas yang tinggi. Hasil pengujian konduktivitas
50 100
150 200
250 300
350
50 100
150 200
250 300
350
X ƒ
¶
RsĦ
Na0 Na1
Na2
Universitas Sumatera Utara
pada sel setengah baterai berbanding terbalik dengan konduktivitas pada lembaran. Konduktivitas berbanding terbalik dengan resistansi. Pada garis
warburg Na1 dan Na terlihat garis lurus namun pada Na0 terlihat garis kurang lurus. Hal ini karena ada efek impedansi constant phase elemen sehingga di cell
terbentuk lapisan solid electrolyte interface SEI pada permukaan katodanya.
Tabel 4.8 Resistansi Na0,Na1,Na2 hasil EIS
Gambar 4.12. Pergeseran sudut fasa dan Z
total
pada Na0,Na1,Na2
Pada grafik 4.12 menunjukkan Z
total
terhadap Log f terhadap phase bahwa ketiga sampel mengalami kenaikan impedansi dan log f. Na1 memiliki impedansi yang
rendah dibandingkan dengan Na0 dan Na2. Hal ini menunjukkan jika fekuensi tinggi maka arus dapat mengalir dengan cepat tanpa terhalang oleh hambatan yang
terdapat pada material tersebut Subhan, A. 2011. Pada pola grafik sudut fasa
-70 -60
-50 -40
-30 -20
-10
200 400
600 800
1.000 1.200
-2 -1
1 2
3 4
5 Z Na0
Z Na2 Z Na1
phase Na1
Phase Na2
Phase Na0
pha se
θ
Log f Hz Z
O hm
Sampel R
e
Ω R
ct
Ω Na0
25,6 210
Na1 7,82
85,8 Na2
6,08 134
Universitas Sumatera Utara
menunjukkan perubahan sudut fasa yaitu 0
o
sampai -70
o
. Pada pola lekukan huruf “S” terbalik dan interval fasa yang lebih lebar terlihat pada Na1 dan Na2, namun
pada Na0 lekukannya tidak sempurna dan interval fasa tidak lebar. Hal ini menunjukkan bahwa Na1 dan Na2 memiliki konduktivitas yang lebih baik
dibandingkan dengan Na0.
Universitas Sumatera Utara
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Pada penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada Li
4
Ti
5
O
12
Na1 tidak terbentuk fasa LTO tapi fasa yang terbentuk yaitu
anatase,syn dan zabuyelite,syn dan pada NaLiTi
3
O
7
Na2 tidak terbentuk fasa
NaLiTi
3
O
7
tapi yang terbentuk yaitu anatase,syn. 2. Morfologi material aktif Li
4
Ti
5
O
12
Na1 dan NaLiTi
3
O
7
Na2 yang disintesis
dengan bahan baku TiO
2
Na0 memiliki sifat porositas dengan NaLiTi
3
O
7
Na2 lebih berpori dibandingkan dengan Na1, berbentuk seperti batu karang
yang banyak pori-pori sehingga stabilitas ioniknya lebih baik. 3. Pada kurva cyclic voltammetry dihasilkan tegangan kerja TiO
2
Na0, Li
4
Ti
5
O
12
Na1 dan NaLiTi
3
O
7
Na2 yaitu 1,8995 volt, 1,865 volt, 1,82 volt. Pada kurva charge discharge dihasilkan kapasitas charge pada Na0, Na1 Na2 yaitu 3,37
mAhg, 4,36 mAhg, 5,67 mAhg dan kapasitas discharge pada Na0, Na1, Na2 yaitu 3,65 mAhg, 4,59 mAhg, 5,63 mAhg. Pada kurva Electrochemical
Impedance Spectroscopy menunjukkan resistansi charge transfer sampel Na0, Na1 dan Na2 yaitu 210
Ω, 85,8 Ω dan 134 Ω. Performa elektrokimia sel setengah baterai yang baik yaitu Li
4
Ti
5
O
12
Na1 dan NaLiTi
3
O
7
Na2 mengalami kenaikan kapasitas charge discharge, penurunan tegangan kerja,
tegangan polarisasi dan resistansi yang rendah setelah disintesis dari TiO
2
yang mengalami proses kalsinasi dan sintering. TiO
2
baik digunakan untuk sebagai bahan pembentukan elektroda anoda berbasis titanate dalam aplikasi baterai
ion lithium.
Universitas Sumatera Utara
5.2. Saran