Studi TiO2 Sebagai Bahan Pembentukan Elektroda Anoda Berbasis Titanate Dalam Aplikasi Pada Baterai Ion Lithium

LAMPIRAN A

1. PERHITUNGAN PENCAMPURAN BAHAN BAHAN 1.1 Menghitung massa bahan LTO

4LiOH.H2O + 5TiO2 Li4Ti5O12 + 3H2O Massa atom relatif unsur :

Li = 7 Ti = 47,867 O = 15,9994

Mr LiOH.H2O = 41,9988

TiO2 = 79,8658

Li4Ti5O12 = 459,3278 • massa LiOH .H2O

1 x Mr LiOH .H2O

= 20 gr

Mr Li4 Ti5O12 Massa LiOH.H2O =

1 x Mr LiOH .H2O

Mr Li4 Ti5O12 = 1 �41,9988 x 20 gr

459,3278

= 1,828707 gr

• massa Ti O2

1 x Mr Ti O2

= 20 gr

Mr Li4 Ti5O12 Massa TiO2 =

1 x Mr Ti O2 x 20 gr

Mr Li4 Ti5O12 = 1 x 79,8658 x 20 gr

459,3278

= 3,47750 gr

1.2.Menghitung massa bahan NaLiTi3O7

LiOH.H2O + 3 TiO2 + ½ Na2CO3 NaLiTi3O7 + ½ CO2 + ½ H2O + H2

Na = 22,989 Li = 7 Ti = 47,867 C = 12,0107 O = 15,9994

Mr LiOH.H2O = 41,9988

TiO2 = 79,8658

Na2CO3 = 105,9707

NaLiTi3O7 = 285,548

• massa LiOH .H2O

1 x Mr LiOH .H2O

= 10 gr

Mr NaLi Ti3 O7 Massa LiOH.H2O =

1 x Mr LiOH .H2O x 10 gr

Mr NaLi Ti3 O7 = 1 �41,9988 x 10 gr

285,548

= 1,470814 gr

• massa Ti O2

1 x Mr Ti O2

= 10 gr

Mr NaLi Ti3 O7 Massa TiO2 =

1 x Mr Ti O2 x 10 gr

Mr NaLi Ti3 O7 = 1 x 79,8658 x 10 gr

285,548

= 8,3907924 gr

• massa Na2CO3

1 x Mr Na2O3

= 10 gr

Mr NaLi Ti3 O7 Massa Na2CO3 =

1 x Mr Na2O3 x 10 gr

Mr NaLi Ti3 O7 = 1 x 105,9707 x 10 gr

285,548

2. MENGHITUNG SPECIFIC CAPACITY TiO2

Li + TiO2 + e- LixTiO2

Berat atom Ti = 47,867 Berat atom O = 15,999

Berat atom TiO2 = 47,867 + 2(15,999)

= 79,856 x 10-3

Specific capacity = (N x F ) / (berat atom) Dimana : N= valensi atom

F = Konstanta Faraday (96485 colomb/mol) (26,801 Ah/mol) Specific capacity = (1 x 26,801) / (79,865 x 10-3)

= 335,57 mAh/g

3. MENGUKUR KETEBALAN SAMPEL Li4Ti5O12 DAN NaLiTi3O12 Tebal Cu foil : 10 чm

Sampel L (чm) L – Cu Foil

Rs (Ω)

TiO2 60 50 36,4

Li4Ti5O12 90 80 72,5

NaLiTi3O12 70 60 21,3

Mengukur konduktivitas L0 = 50 x 10-6 m

L1 = 80 x 10-6 m

L2 = 70 x 10-6 m

R1 = 36,4 Ω

R1 = 72,5 Ω

R2 = 21,3 Ω

Na-0 => R = ρ L A

36,4 Ω = ρ 50 x 10−6 m 5,77 x 1,67 x 10−6 m2 36,4 Ω = ρ 50 m

5,77 x 1,67 m

ρ = 7,014 Ωm = 701,4 Ωcm σ = 1

� = 1

701,4 Ωcm = 0,001425 S/cm

Na-1 => R = ρ L A

72,5 Ω = ρ 80 x 10−

6 _m

5,77 x 1,67 x 10−6 m2

72,5 Ω = ρ 80 m 5,77 x 1,67 m

ρ = 8,732 Ωm = 873,2 Ωcm σ = 1

� = 1

873,2 Ωcm = 0,00114 S/cm

Na-2 => R = ρ L A

21,3 Ω = ρ 70 x 10−6 m 5,77 x 1,67 x 10−6 m2

21,3 Ω = ρ 70 m 5,77 x 1,67 m

ρ = 0,2932 Ωm = 293,2 Ωcm σ = 1

= 1 293,2 Ωcm = 0,00341 S/cm

4. MENGHITUNG MASSA JENIS PADA SAMPEL

Volume kosong : 43,3389 gr Volume garis = 0,7439 cm3

Serbuk Gr Netto ρ_Serbuk

Na0 43,8859 0,547 0,7353

Na1 43,9349 0,596 0,801

LAMPIRAN B

1.Gambar Peralatan

Beaker glass Beaker glass

Penjepit Ayakan

Wadah Wadah

Oven Neraca digital

Hot Plate furnace

2. Gambar Bahan

LiOH.H2O TiO2

Na2CO3 DMAC

Lithium metal Cu foil

GAMBAR LEMBARAN

Lembaran Na0 Lembaran Na1

3. Gambar Alat Karaterisasi Dan Uji

Scanning Electron Microscopy (SEM) X-Ray diffraction (XRD)

Lampiran C

Hasil xrd TiO2, Li4Ti5O12, dan NaLiTi3O7

1. Sampel Na0

Peak list

No.

2-theta(deg)

d(ang.) Height(count

s)

FWHM(deg) Int. I(counts

deg)

Int. W(deg) Asym. factor

1 25.284(6) 3.5196(8) 572(24) 0.134(4) 97.4(15) 0.170(10) 1.4(3)

2 36.949(7) 2.4309(4) 31(6) 0.117(17) 5.1(4) 0.16(4) 3(2)

3 37.788(8) 2.3788(5) 101(10) 0.150(9) 19.1(5) 0.19(2) 1.9(5)

4 38.555(14) 2.3332(8) 37(6) 0.120(16) 5.6(3) 0.15(3) 0.8(4)

5 48.015(6) 1.8933(2) 171(13) 0.117(6) 27.3(6) 0.159(16) 0.73(17)

6 53.847(5) 1.70118(15) 99(10) 0.122(9) 17.2(6) 0.17(2) 0.45(6)

7 55.067(7) 1.6663(2) 103(10) 0.112(9) 17.9(5) 0.17(2) 1.9(6)

8 62.13(3) 1.4929(7) 14(4) 0.19(3) 3.0(3) 0.22(9) 2.1(19)

9 62.669(11) 1.4812(2) 78(9) 0.120(9) 13.3(5) 0.17(3) 1.0(4)

10 68.745(16) 1.3644(3) 33(6) 0.142(14) 5.9(4) 0.18(4) 1.2(6)

11 70.261(11) 1.33862(18) 31(6) 0.159(15) 5.9(4) 0.19(5) 0.52(16)

12 75.067(16) 1.2644(2) 45(7) 0.167(13) 9.3(5) 0.21(4) 2.3(11)

13 76.03(3) 1.2508(4) 16(4) 0.144(19) 2.7(3) 0.17(6) 1.4(11)

Meas. data:TiO2 china/Data 1 Calc. data:TiO2 china/Data 1 Error Residual In ten sity (coun ts) 0 200 400 600 800 2-theta (deg) In ten sity (coun ts)

20 40 60 80

-100 0 100

14 82.68(3) 1.1662(3) 22(5) 0.17(3) 5.3(5) 0.24(7) 1.3(10)

15 83.14(3) 1.1609(4) 10(3) 0.19(4) 2.5(4) 0.26(12) 0.7(6)

Qualitative analysis results

Phase name Formula Figure of merit Phase reg. detail DB card number

anatase, nano Ti O2 0.144 ICDD (PDF-4+ 2014 RDB) 00-064-0863

Phase name Formula Space group Phase reg. detail DB card number

Dik : Fwhm = 0,134o B = 3,722 x 10-4 rad 2θ = 25,2840 θ= 12, 642 cos θ = 0,9750

λ = 1,54060 x 10-10m k = 0,94

dit : ukuran partikel (d)= ...? penyelesaian :

ukuran kristal (d) = �λ B cosθ

d = 0,94 � 1,54060 � 10−10 3,722 x 10−4 _{rad .0,975}0

= 1,448164 � 10−10 3,62895 x 10−4 = 0,3990x 10-6

2. Sampel Na1

Peak list

No. 2-theta(deg) d(ang.) Height(coun ts)

FWHM( deg)

Int. I(counts deg) Int. W(deg) Asym. factor

1 21.326(14) 4.163(3) 14(4) 0.16(4) 2.9(4) 0.21(9) 0.6(9)

2 25.304(6) 3.5169(9) 540(23) 0.130(4 90.6(14) 0.168(10) 1.5(3)

3 30.58(5) 2.921(5) 12(3) 0.25(4) 3.5(5) 0.29(12) 1.0(8)

4 31.71(4) 2.820(4) 13(4) 0.34(3) 4.6(5) 0.36(14) 0.7(3)

5 36.94(2) 2.4316(13) 36(6) 0.13(2) 6.1(4) 0.17(4) 0.9(6)

6 37.804(10) 2.3778(6) 104(10) 0.133(1 17.6(7) 0.17(2) 2.2(9)

7 38.56(3) 2.3328(16) 31(6) 0.16(2) 5.7(4) 0.19(5) 0.8(5)

8 48.048(7) 1.8920(3) 150(12) 0.134(8 26.1(7) 0.174(19) 1.4(3)

9 53.901(11) 1.6996(3) 81(9) 0.159(1 17.1(6) 0.21(3) 1.8(7)

10 55.067(9) 1.6663(2) 101(10) 0.116(8 16.0(5) 0.16(2) 1.5(5)

11 62.142(7) 1.49253(1 17(4) 0.13(2) 3.1(3) 0.18(6) 5(4)

12 62.687(10) 1.4809(2) 68(8) 0.135(1 11.7(5) 0.17(3) 0.9(3)

13 68.74(2) 1.3644(3) 26(5) 0.18(2) 6.0(4) 0.23(6) 0.7(3)

14 70.321(8) 1.33762(1 31(6) 0.150(1 6.0(3) 0.20(5) 2.6(8)

15 75.047(18) 1.2647(3) 45(7) 0.15(2) 10.3(5) 0.23(5) 1.2(8)

16 76.029(11) 1.25077(1 13(4) 0.15(3) 2.5(3) 0.20(8) 0.4(5)

17 82.80(10) 1.1648(11) 8(3) 0.70(6) 6.1(5) 0.7(3) 1.4(7)

Meas. data:LTO/Data 1 Calc. data:LTO/Data 1 Error Residual In ten sity (coun ts) 0 200 400 600 2-theta (deg) In ten sity (coun ts)

20 40 60 80

-100 -50 0 50 100

Qualitative analysis results

Phase name Formula Figure of merit Phase reg. detail DB card number

Anatase, syn Ti O2 0.140 ICDD (PDF-4+ 2014 01-084-1285

Zabuyelite, Li2 ( C O3 0.760 ICDD (PDF-4+ 2014 04-010-7186

Dik : Fwhm = 0,130o B = 3,611 x 10-4 rad 2θ = 25,3040 θ= 12, 652 cos θ = 0,9750

λ = 1,54060 x 10-10m k = 0,94

dit : ukuran partikel (d)= ...? penyelesaian :

ukuran kristal (d) = � λ B cosθ

Phase name

Formul a

Space group Phase reg. detail DB card number

Anatase, Ti O2 141 : I41/amd,choice-2

ICDD (PDF-4+ 2014 RDB) 01-084-1285 Zabuyelite, Li2 ( C

O3 )

15 : C12/c1,unique-b ll 1

d = 0,94 � 1,54060 � 10−10 3,611 x 10−4 rad .0,9750

= 1,448164 � 10−

10

3,520725 x 10−4 = 0,4113 x 10-6

_{= 0,4113 чm}

Sampel Na2

Peak list

Meas. data:LTO-Na/Data 1 Calc. data:LTO-Na/Data 1 Error Residual In ten sity (coun ts) 0 200 400 600 800 2-theta (deg) In ten sity (coun ts)

20 40 60 80

-100 -50 0 50 100 No . 2-theta(deg )

d(ang.) Height(cou nts) FWHM( deg) Int. I(counts deg)

Int. W(deg) Asym. factor

1 25.317(5) 3.5151(7 539(23) 0.124(5) 89.2(13) 0.165(9) 2.1(5)

2 36.928(16 2.4322(1 37(6) 0.13(2) 7.9(5) 0.22(5) 0.7(4)

3 37.802(11 2.3780(7 99(10) 0.140(11 17.4(6) 0.18(2) 1.6(5)

4 38.605(14 2.3303(8 33(6) 0.142(14 5.1(4) 0.15(4) 2.2(9)

5 48.043(6) 1.8922(2 165(13) 0.130(6) 26.8(6) 0.163(16) 0.89(15)

Qualitative analysis results

Phase name

Formul a

Figure of merit

Phase reg. detail DB card number

Anatase, Ti O2 0.292 ICDD (PDF-4+ 2014 RDB) 01-084-1285

Phase name

Form ula

Space group Phase reg. detail DB card number

Anatase Ti 141 : ICDD (PDF-4+ 2014 RDB) 01-084-1285

7 55.100(6) 1.66543( 87(9) 0.126(11 15.7(7) 0.18(3) 3.1(5)

8 62.113(7) 1.49317( 26(5) 0.053(17 2.9(3) 0.11(3) 1.1(8)

9 62.698(11 1.4806(2 67(8) 0.132(10 12.2(5) 0.18(3) 1.4(7)

10 68.77(2) 1.3640(4 28(5) 0.16(2) 5.8(4) 0.21(5) 1.9(13)

11 70.281(7) 1.33829( 27(5) 0.16(2) 5.8(4) 0.21(6) 0.6(4)

12 75.07(2) 1.2644(3 42(6) 0.17(2) 10.4(6) 0.25(5) 1.7(12)

Dik : Fwhm = 0,124o B = 3,444 x 10-4 rad 2θ = 25,3170 θ= 12, 6585 cos θ = 0,975690 λ = 1,54060 x 10-10m k = 0,94

dit : ukuran partikel (d)= ...? penyelesaian :

ukuran kristal (d) = � λ B cosθ

d = 0,94 � 1,54060 � 10−

10

3,444 x 10−4 rad .0,975690

= 1,448164 � 10−

10

3,36027 x 10−4 = 0,4309 x 10-6

_{= 0,4309 чm}

24.4 24.6 24.8 25.0 25.2 25.4 25.6 25.8 26.0 0 100 200 300 400 500 600 700 O ff se t Y va lues A B

DAFTAR PUSTAKA

Afton Plastics. 2014. PVDF Material Properties Data Sheet.

Cho, W., Song, J., Park, M., Kim, J., Kim, J. S., & Kim, Y. 2010. Reaction

Behavior of Li4+xTi5O12 Anode Material as Depth of Discharge. Journal

of Electrochemical Science and Technology, 1 (2), 85-91

E. Meissner, G. Richter. 2001. Vehicle Electric Power Systems are Under Change! Implications for Design, Monitoring and Management of

Automotive Batteries. J. Power Sources, vol. 95, issues 1–2, pp. ISSN 0378-7753, doi:10.1016/S0378-7753(00)00607- 8.

G. G. Amatucci, F. Badway, A. D. Pasquier, T. Zheng, J. 2001. Electrochem. Soc. 148. A930.

Game, O., Kumari,T., Singh,U., Aravindan,V., Madhavi,S., Ogale,S.B. 2016. (001) Faceted Mesoporous Anatase TiO2 Microcubes as Superior Insertion

Anode in Practical Li-Ion Configuration with LiMn2O4. Energy Storage

Material. 3.106-112.

House, V. E. and Ross, F., 2007, "Anode'r' way" – Why the anode yields better results, Altair Nanotechnologies, (Altairnano) Inc.

Hsu. C., Lin.J., 2012. Synthesis by Sol-Gel Methode and Charcterization of Cation Doping and Carbon Coating Li4Ti5O12 Anode Materials for Lithium

Ion Batteries. Thesis for Master of Science. Department of Chemical Engineering. Tatung University.

K, Xu. 2004 Chem. Rev., 104, 4303.

Kalhoff, J., Eshetu, G. G., Bresser, D. & Passerini, S. Safer Electrolytes for Lithium-Ion Batteries: State of the Art and Perspectives. ChemSusChem 8,

2154–2175 (2015).

Kamal, C. 2010. Preparation of TiO2 Nanoparticels Via Glycolate Route and

Effect Addition of Alcohol on Particle Morphology. Thesis. Thapar University Patiala.

Li, Juchuan. 2012. Understanding Degradation and Lithium Diffusion in Lithium Ion Battery Electrodes. Theses and Dissertations-Chenical and Material

Engineering

Linden, D., Reddy, T. 2002. Handbook of Batteries. McGraw-Hill.

Mahmoud, H.T., Xu, L. 2011. A Combined Li-Ion & Lead-Acid Battery System for Start-Stop Application: Potential & Realization. Thesis. Chalmers University of Technology. Göteborg : Sweden.

M. S. Whittingham, M. S. 1976. Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry. Science, vol. 192, no. 4244, pp. 1126-1127,

doi:10.1126/science.192.4244.1126.

N,N-Dimethylacetamide. MSDS. No. 07932. [online]. Basf Corporation. Florham Park, NJ.

Nordh, Tim. 2015. Lithium Titanate as Anode Material in Lithium-Ion Batteries . Department of Chemistry – Ångström Laboratory . Ångström Advanced Battery Centre . Uppsala University.

Nordh, T. 2013. Li4Ti5O12 as an anode material for Li ion batteries in situ XRD

and XPS studies. Thesis. UPPSALA UNIVERSITET

Ogihara, H. 2012. Lithium Titanate Ceramic System as Electronic and Li-ion Mixed Conductors for Cathode Matrix in Lithium-Sulfur Battery.

Dissertation. Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Patil, A., Patil, V., Wook Shin, D., Choi, J. W., Paik, D. S., Yoon, S. J. 2008. Issue and Challenges Facing Rechargeable Thin Film Lithium Batteries. Materials Research Bulletin43. (8-9). 1913-1942.

R. H. Schallenberg, “Prospects for the Electric Vehicle: A Historical Perspective”, IEEE Trans. Education, vol.23, no.3, pp.137-143, Aug. 1980, doi:

10.1109/TE.1980.4321398.

Scharner, S., Weppner, W., & Schmid-Beurmann, P. 1999. Evidence of Two- Phase Formation upon Lithium Insertion into the Li1.33Ti1.67O4 Spinel.

Journal of the Electrochemical Society, 146 [3], 857-861.

Shu, J., Wu,K., Wang, P., Li, P., Lin, X., Shao, L., Shui, M., Long, N., Wang, D. 2015. Lithiation and Delithiation Behavior of Sodium Lithium Titanate Anode. Electrochimica Acta. 173: 595–606.

Sun, Xiangcheng. 2015. Development and Characterization of Nano-Stuctured LiFePO4 Cathode and Li4Ti5O12 Anode Materials for High-Performance

Li-Ion Baterry. Thesis. University of Waterloo: Waterloo.

Subhan, A. 2011. Fabrikasi dan Karakterisasi Li4Ti5O12 untuk Bahan Anoda Baterai Lithium Keramik. Tesis. Universitas Indonesia: Jakarta.

Tarascon, J. M. 2010. Key Challenges in Future Li-Battery Research. Université de Picardie Jules Verne: France.

Veljković, I., Poleti, D., Karanović, L., Zdujić, M., & Branković, G. 2011. Solid

State Synthesis of Extra Phase-Pure Li4Ti5O12 Spinel. Science of

Sintering, 43, 343-351.

Wakihara, M. 2001. Recent Developments in Lithium Ion Batteries. Materials

Science and Engineering: R: Reports33. 4. 109-134.

Wang, P., Li, P., Yi, T. F., Lin, X., Yu, H., Zhu,Y. R., Qian, S., Shui, M., Shu, J. 2015. Enhanced Lithium Storage Capability of Sodium Lithium Titanate

Via Lithium-Site Doping. Journal of power sources. 297: 283-294.

Wolf, R. D. 2012. Implementation, Analytical Characterization and Application of a Novel Portable XRF/XRD Instrument. Thesis. Universiteit gent : Gent. Xu, B., Qian, D., Wang, Z., Meng, Y. S. 2012. Recent Progress in Cathode Materials Research for Advanced Lithium Ion Batteries. Materials Science

and Engineering: R: Reports. 73: 5–6, 51-65.

Y. I. Jang, N.J. Dudney, D. A. Blom, L. F. Allard, J. 2002.Electrochem. Soc., 149, 1442.

(http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Lithium_hydroxide_monohydrate#s ection=safety-and-hazard-properties)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan selama 3 bulan, dimulai dari tanggal 01 Februari 2016 sampai 03 Mei 2016 di Pusat Penelitian Fisika (PPF) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Puspitek Serpong.

3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian 3.2.1. Bahan Penelitian

Bahan penelitian yang digunakan yaitu:

1. LiOH.H2O, berfungsi sebagai material aktif (bahan anoda).

2. TiO2, berfungsi sebagai material aktif (bahan anoda)

3. Na2Co3, berfungsi sebagai doping .

4. PVDF (polyvinylidene fluoride), berfungsi sebagai polimer pengikat (binder).

5. AB, berfungsi sebagai karbon konduktif.

6. DMAC, berfungsi sebagai pelarut bahan PVDF.

7. Cu Foil, berfungsi sebagai current collector dalam lembaran anoda. 8. Aseton, berfungsi untuk membersihkan peralatan penelitian.

9. Separator, berfungsi untuk mencegah terjadinya kontak/ hubungan singkat antara LTO (katoda) dan metal lithium (anoda).

10. Metal lithium, berfungsi sebagai anoda pada pengujian sel baterai 11. LiPF6, berfungsi sebagai elektrolit pada pembuatan sel baterai

3.2.2. Peralatan Penelitian

Peralatan penelitian yang digunakan yaitu: 1. Neraca digital (1 buah)

Fungsi : Untuk mengukur massa dari bahan baku 2. Cawan (3 buah)

Fungsi : Sebagai wadah sampel bahan 3. Beaker glass (1 buah)

Fungsi: sebagai wadah dalam pembuatan slurry 4. Cruicible (1 buah)

Fungsi : Untuk wadah kalsinasi dan sintering 5. Pipet tetes (2 buah)

Fungsi : Untuk mengambil bahan berupa cairan. 6. Spatula (2 buah)

Fungsi : Untuk mengambil dan mengaduk bahan. 7. Ayakan (2 buah)

Fungsi : Untuk menyaring serbuk sampel. 8. Kuas (1 buah)

Fungsi : Untuk membantu penyaringan. 9. Mortar dan pastel (1 buah)

Fungsi : Untuk menggiling serbuk hingga halus. 10. Magnetic Stirer (1 buah)

Fungsi : Untuk menghomogenkan campuran bahan dengan pengadukan.

11. Hot Plate (1 buah)

Fungsi: Untuk memanaskan campuran bahan sehingga mampu mempercepat proses saat homogenisasi.

12. Penjepit (1 buah)

Fungsi : Untuk menjepit bahan-bahan yang dibutuhkan. 13. Pisau Doctor Blade

Fungsi : Untuk mengukur ketebalan pada material aktif. 14. Doctor Blade dan Oven

Fungsi: Untuk pelapisan slurry pada Cu foil dan mengeringkan lembaran NaLiTi3O7, LTO, TiO2.

15. Glove box

Fungsi: Untuk melindungi terjadi kontak dari bahan baku yang berbahaya.

16. Thickness Gauge

Fungsi : Mengukur ketebalan lembaran 17. Coin cell (3 buah) tipe CR2032

Fungsi: Sebagai wadah untuk aktivasi sel baterai. 18. X-Ray Diffraction (XRD) Rigaku tipe smartlab

Fungsi : Untuk mengetahui fasa dan struktur kristal dari material aktif anoda

19. Cyclic Voltammetry (CV) tipe Yokogawa 7651

Fungsi : Untuk mengetahui tegangan dan kapasitas spesifik dari material aktif anoda

20. Charge Discharge (CD) tipe wbcs 3000

Fungsi : Untuk mengetahui kapasitas charge/discharge dari material aktif anoda

21. Electrochemical Impedansi Spectroscopy (EIS ) tipe Hioki 3522-50 Fungsi : Untuk mengetahui konduktivitas dan difusi ion lithium pada

material aktif anoda

22. Scanning Electron Microscopy (SEM) Horiba

Fungsi : untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material yang dianalisis

3.3. Perhitungan Massa Bahan

Massa bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu: Tabel 3.1 Perbandingan massa bahan

Sampel Massa sampel

PVDF AB DMAC

TiO2 (Na0) 1,6 gr 0,18 gr 0,16 gr 2 gr

Li4Ti5O12 (Na1) 1,6 gr 0,18 gr 0,16 gr 2 gr

3.4. Tahapan Penelitian

3.4.1 Pembuatan lembaran TiO2 (Na0)

Diagram alir pada penelitian pembuatan lembaran TiO2 (Na0) yaitu:

Mulai

TiO2

Ditimbang

Karakterisasi

Hot plate dengan

300 rpm, suhu 700C

Slurry

Coating

Assembly ½ dengan menggunakan coin cell

CV Analisa

CD

Kesimpulan

3.4.2. Pembuatan Lembaran Li4Ti5O12 (Na1)

Diagram alir pada penelitian pembuatan lembaran Li4Ti5O12 (Na1) yaitu:

Mulai

LiOH.H2O TiO2

Dicampur homogen / merata

Ditimbang Ditimbang

Tumbuk

Ayak

700oC/ 2 jam Kalsinasi

Tumbuk + ayak

850o C/ 4jam Sintering

Tumbuk + ayak

XRD Karakterisasi

SEM

Hot plate dengan

300 rpm, suhu 700C

Slurry

Coating

Assembly ½ dengan menggunakan coin cell

CV Analisa

CD EIS Kesimpulan

3.4.3 Pembuatan Lembaran NaLiTi3O7 (Na2)

Diagram alir pada penelitian pembuatan lembaran NaLiTi3O7 (Na2) yaitu:

Mulai

LiOH.H2O TiO2 Na2CO3

Ditimbang Ditimbang

Ditimbang

Dicampur homogen / merata

Tumbuk

Ayak

700oC/ 2 jam Kalsinasi

Tumbuk + ayak

850o C/ 4jam Sintering

Tumbuk + ayak

XRD Karakterisasi

SEM

Hot plate dengan

300 rpm, suhu 700C

Slurry

Coating

Assembly ½ dengan menggunakan coin cell

CD CV Analisa

EIS Kesimpulan

3.5 Prosedur Percobaan

3.5.1 Pembuatan Lembaran TiO2 1. Tahap penimbangan bahan

Bahan baku TiO2 china digunakan saat penelitian. Bahan TiO2, PVDF, AB dan

DMAC ditimbang menggunakan neraca digital. Massa bahan TiO2 dibutuhkan

sebanyak 10 gr. Kemudian bahan TiO2 tersebut dimasukkan ke oven untuk

mengurangi pengotor dan kelembapan bahan. Setelah itu di ambil 1,6 gr TiO2

untuk membuat lembaran. Massa PVDF dibutuhkan sebanyak 0,18, massa AB sebanyak 0,16 dan larutan DMAC sebanyak 2 gr.

2. Tahap Slurry

Serbuk PVDF dimasukkan ke dalam beaker glass kemudian dimasukkan magnetic stirer dan dimasukkan DMAC. Dilakukan pengaturan hot plate dengan 300 rpm dan suhu 700 C. Kemudian di letakkan bahan tersebut di atas hot plate dan ditunggu sampai 15 menit agar PVDF bercampur dengan DMAC. Setelah itu, dimasukkan serbuk AB perlahan-lahan dengan menggunakan spatula selama 1 jam. Kemudian di tunggu 1 jam lagi agar AB tersebut tercampur dan warna nya menjadi hitam . Lalu dimasukkan serbuk TiO2 perlahan-lahan juga menggunakan

spatula selama 1 jam dan ditunggu 1 jam lagi agar tercampur dengan warna yang dihasilkan harus abu-abu. Jika pada saat pencampuran serbuk TiO2 itu terjadi

pengentalan, maka dapat dilakukan dengan penambahan DMAC.

3.Tahap Coating

Setelah selesai di slurry maka bahan tersebut dibuat menjadi lembaran. Alat digunakan yaitu Doctor Blade yang dilapisi dengan Cu foil. Cu Foil di bersihkan menggunakan etanol dan suhu nya 82o C. Setelah itu, lembaran tersebut dikeringkan selama 1 jam.

4.Tahap assembly

Lembaran tersebut digunting membentuk lingkaran dan separotor juga dengan ukuran yang sama. Kemudian dilakukan assembly menggunakan coin cell dan alatnya glove box. Setelah itu dilakukan karakterisasi coin cell setengah baterai

yang meliputi: karakterisasi Cyclic Voltammetry (CV) tipe Yokogawa 7651, karakterisasi Charge Discharge (CD) tipe wbcs 3000, karakterisasi Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) tipe hioki 3522-50 .

3.5.2 Pembuatan Lembaran Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 1. Tahap komposisi bahan

- Li4Ti5O12

4LiOH.H2O + 5TiO2 Li4Ti5O12 + 3H2O

Pada Li4Ti5O12 akan dibuat sebanyak 20 gr.

- NaLiTi3O7

LiOH.H2O(s) + 3TiO2(s) + ½ NaCO3(s) NaLiTi3O7(s) + ½ CO2(g) + ½ H2O(g) + H2(g)

Dari persamaan reaksi tersebut akan dibuat 10 gr.

2. Tahap penimbangan

Bahan semua tersebut ditimbang sesuai dengan hasil stoikiometri menggunakan neraca digital. PVDF ditimbang 0,18 gr, AB ditimbang 0,16 gr dan DMAC ditimbang 2 gr.

3. Tahap penggerusan

Pada sampel NaLiTi3O7 diketahui bahawa massa bahan LiOH.H2O dan NaCO3

adalah yang paling sedikit. Maka dilakukan dahulu penggerusan pada bahan tersebut selama 15 menit. Kemudian dicampurkan bahan TiO2 digerus hingga

halus lalu diayak. Diulangi percobaan untuk sampel Li4Ti5O12.

4.Tahap Kalsinasi

Setelah itu, dilakukan kalsinasi dengan menggunakan oven. Suhu awal 150oC selama 1 jam lalu dinaikkan suhu menjadi 450oC kemudian ditunggu selama 1 jam. Setelah itu dinaikkan suhu menjadi 700oC didinginkan selama 2 jam. Diulangi lagi untuk percobaan Li4Ti5O12.

5. Tahap Sintering

Setelah selesai kalsinasi, serbuk tersebut di gerus kembali dan diayak, kemudian dilakukan sintering dengan suhu 850oC selama 4 jam. Setelah selesai sintering serbuk sekitar 1 gr diambil untuk dilakukan pengujian dengan XRD dan SEM. Percobaan diulangi untuk sampel Li4Ti5O12.

6. Tahap Slurry

Ditimbang bahan PVDF, AB, dan DMAC. PVDF dimasukkan ke dalam cawan lalu dimasukkan magnetic stirer dan DMAC. Dipersiapkan hotplate dengan 300 rpm dan suhu 70oC. Ditunggu selama 15 menit agar pvdf larut. Setelah itu di masukkan AB perlahan-lahan kemudian dimasukkan serbuk NaLiTi3O7. Pada saat

memasukkan serbuk terjadi pengentalan, maka dapat ditambahkan DMAC tapi tidak boleh banyak. Warna NaLiTi3O7 harus berwarna abu-abu. Percobaan

diulangi untuk sampel Li4Ti5O12.

7. Tahap Coating

Alat yang digunakan doctor blade dengan dialasi Cu foil. Cu foil dibersihkan menggunakan etanol. Lalu NaLiTi3O7 dibuat lembaran. Kemudian dikeringkan

dengan suhu 82oC selama 1 jam. Percobaan diulangi untuk sampel Li4Ti5O12.

8. Tahap Assembly

Assembly dilakukan dengan coin cell. Lembaran dan separator digunting sesuai ukuran coin cell. Kemudian disusun ke dalam coin cell. Setelah itu dilakukan pengujian menggunakan alat Kemudian diukur tegangan menggunakan multimeter. Setelah itu dilakukan karakterisasi coin cell setengah baterai yang meliputi: karakterisasi Cyclic Voltammetry (CV) tipe Yokogawa 7651, karakterisasi Charge Discharge (CD) tipe wbcs 3000, karakterisasi Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) tipe hioki 3522-50 . Percobaan diulangi untuk sampel Li4Ti5O12.

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data yang diperoleh dari hasil uji material meliputi analisa fasa, parameter kisi, uji densitas, struktur kristal dengan XRD, dan analisa morfologi dengan SEM. Berikutnya dilakukan uji lembaran elektroda untuk mengetahui konduktivitas listrik lembaran. Kemudian dilanjutkan dengan uji sel setengah terhadap lithium metal yang meliputi CV, EIS, dan analisa kapisitas dengan charge/discharge.

4.1 Analisa Fasa dan Struktur dengan XRD 4.1.1 Sampel TiO2 (Na0)

Berdasarkan hasil XRD yang ditunjukkan pada tabel 4.1 bahwa fasa yang terlihat adalah fasa anatase,nano dengan rumus kimia TiO2. Hasil XRD struktur kristal

yang terbentuk pada TiO2 adalah tetragonal (space group = 141 :

I41/amd,choice-2) dengan parameter kisi yaitu a = 3,7849Å, b = 3,7849 Å, dan c = 9,5154Å

dengan sudut yang sama yaitu α = β = γ = 90o

. Fasa TiO2 ditunjukkan sesuai pada

standart ICDD (International Center for Diffraction Data) nomor 00-064-0863. Analisis kuantitatif menunjukkan fasa anatase TiO2 diperoleh sebesar 100%.

Tabel 4.1 Hasil analisis struktur kristal (Parameter kisi) TiO2 (Na0) No. Nama

fasa

Rumus Kimia

a(Å) b(Å) c(Å) α = β = γ Densitas (g/cm3)

1 Anatase TiO2 3,7849 3,7849 9,5154 90o 3,889

4.1.2 Sampel Li4Ti5O12 (Na1)

Berdasarkan hasil XRD tidak terbentuk fasa Li4Ti5O12, namun terdapat dua fasa

yang berbeda. Pada Tabel 4.3 bahwa fasa yang terbentuk adalah anatase,syn dengan rumus kimia TiO2 dan fasa zabuyelite,syn dengan rumus kimia Li2CO3.

Gambar 4.2. Grafik dan bidang hkl hasil XRD pada Na1

Struktur kristal TiO2 yaitu tetragonal sedangkan Li2CO3 yaitu monoclinic.

Parameter kisi TiO2 (anatase,syn) dengan a(Å) = 3,7842, b(Å) = 3,7842, c(Å) =

9,5135 dan sudutnya α = β = γ = 90o

. Parameter kisi Li2CO3 (zabuyelite,syn)

dengan a(Å) = 8,362, b(Å) = 4,9713, c(Å) = 6,1946 dan sudutnya α = γ = 90o, β = 114,65o. Space group pada TiO2 yaitu 141 : I41/amd,choice-2 dan space group

Tabel 4.2 Hasil analisis struktur kristal (Parameter kisi) Li4Ti5O12 (Na1) N o Nama Fasa Rumus kimia

a(Å) b(Å) c(Å) α (o)

Β (o) γ

(o)

Densit- as (gr/ cm3)

1 anatase, syn

TiO2 3,784

2

3,784 2

9,513 5

90 90 90 3,893

2 zabuyel ite,syn

Li2CO3 8,362 4,971

3

6,194 6

90 114,65 90 2,096

4.1.3 Sampel NaLiTi3O7 (Na2)

Berdasarkan hsil XRD tidak terbentuk fasa NaLiTi3O7, namun terdapat fasa yang

diperoleh yaitu anatase, syn dengan rumus kimianya TiO2.

Gambar 4.3. Grafik dan bidang hkl hasil XRD pada Na2

Struktur kristal yaitu tetragonal dengan parameter kisi yaitu dengan parameter kisi yaitu a = 3,7850 Å, b = 3,7850 Å, dan c = 9,5161 Å dengan sudut yang sama yaitu α = β = γ = 9 0o

.Analisis kuantitatif menunjukkan fasa anatase TiO2 diperoleh

Tabel 4.3 Hasil analisis struktur kristal (Parameter kisi) NaLiTi3O7 No. Nama

fasa

Rumus Kimia

a(Å) b(Å) c(Å) α = β = γ Densitas (g/cm3)

1 Anatase TiO2 3,7850 3,7850 9,5161 90o 3,895

Pada tabel 4.4 dibawah terlihat bahwa pada Na0 dan Na2 memiliki kandungan fasa TiO2 anatase sebesar 100% . Pada Na1 memilki kandungan fasa TiO2 sebesar

76,8% dan Li2CO3 sebesar 23%.

Tabel 4.4 Kandungan fasa pada Na0,Na1,Na2 Sampel Kandungan fasa

TiO2 anatase Li2CO3

Na0 100% -

Na1 76,8% 23%

Na2 100% -

Dari ketiga sampel yang terlihat pada grafik 4.4. tersebut bahwa terdapat fasa pada Li4Ti5O12 yaitu zabuyelite,syn (Li2CO3) dan itu dapat disebut pengotor/

impurity karena pada bahan tidak ada menggunakan Li2CO3. Pada NaLiTi3O7

terdapat fasa yang belum terbentuk. Hal itu terjadi pada saat pembakaran dengan suhu yang kurang sesuai.

Gambar 4.4 Grafik fasa yang terbentuk pada Na0, Na1, Na2 dari hasil XRD

4.2 Analisa Morfologi Scanning Electron Microscopy (SEM)

Pada pengujian ini mengetahui morfologi permukaan, bentuk dan ukuran kristal sampel serbuk Na0 (TiO2), Na1(Li4Ti5O12), dan Na2 (NaLiTi3O7). SEM

menembak sampel dengan berkas elektron yang memiliki energi tinggi sehingga elektron keluar dari sampel dan energi dari elektron yang tereksitasi itu dideteksi oleh detektor. Energi elektron sekunder mempunyai energi yang rendah dan dapat diinterpretasi menjadi topografi dari serbuk.

a. Sampel Na0 (TiO2) b. Sampel Na1 (Li4Ti5O12) Na2

Na1

c. Sampel Na2 (NaLiTi4O7)

Gambar 4.5. Hasil SEM pada (a) sampel Na0, (b) sampel Na1, (c) sampel Na2 dengan perbesaran 10.000 kali

Hasil SEM memperlihatkan adanya warna putih/terang itu menunjukkan bahwa unsur penyusun pada serbuk dengan massa molekulnya lebih tinggi. Pada gambar 4.1 (a) Na0 ukuran partikel besar karena pada serbuk tidak dilakukan penggerusan dan proses sintering dengan ukuran kristalin 0,3990 чm . Pada (b) Na1 terlihat ukurannya semakin besar dengan ukuran kristalin 0,4110 чm. Pada (c) Na2 terlihat ukuran partikel lebih besar yaitu 0,4309 чm dari Na0, dan adanya pertumbuhan kristal yang belum sempurna. Pada SEM dengan perbesaran 250000 kali akan dilihat lebih jelas kehomogenan serbuk pada gambar 4.2 dibawah ini.

c. Na2

Gambar 4.6. Hasil SEM pada sampel serbuk (a) Na0, (b)Na1, (c) Na2 dengan perbesaran 250000 kali

Pada gambar 4.2 (a) Na0 terlihat ukuran butir besar, serbuk tidak menumpuk. Pada (b) Na1 terlihat ukuran butir semakin besar dan memiliki pori yang banyak dan serbuk tidak menumpuk. Sedangkan pada (c) Na2 karena serbuk menumpuk seperti batu karang yang memiliki banyak pori sehingga stabilitas ion lithium tinggi.

4.3 Analisa pengukuran Kerapatan jenis

Pengkuran dengan piknometer lebih kecil dibanding dengan metode archimedes. Kerapatan jenis pada Na0,Na1, dan Na2 yaitu 0,7353 gr/cm3, 0,801 gr/cm3 , 0,8693 gr/cm3. Hasil yang diperoleh yaitu Na2 memiliki nilai kerapatan yang besar.

Tabel 4.5 Kerapatan jenis Na0,Na1,Na2.

Serbuk Berat total (gr) Netto (gr) ρ(gr/cm3)

Na0 43,8859 0,547 0,7353

Na1 43,9349 0,596 0,801

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.

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 (TiO2), Na1 (Li4Ti5O12), dan Na2 (NaLiTi3O7). 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 TiO2 vs Li adalah sebagai berikut

xLi + TiO2 + e- LixTiO2 0<x<1 (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 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004

Na0 Na1 Na2

σ (S/cm)

Reduksi

(a) (b)

(c)

Gambar 4.9. Hasil cyclic voltammetry (CV) (a) Na0, (b) Na1, (c) Na2

Parameter uji CV dilakukan dengan scan rates 100Uv/s 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 interkalasi/de-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 interkalasi/de-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

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 interkalasi/de-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 Voksidasi dan Vreduksi yang signifikan menunjukkan terjadinya

loss capacity.

Tabel 4.6 Tegangan polarisasi dan spesifik capacity pada Na0,Na1,Na2 Sampel Voksidasi (V) Vreduksi (V) Vpolarisasi (mV) Specific Capacity

(mAh/g)

Na0 2,087 V 1,688 V 399 mV 128,1 mAh/g

Na1 2,08 V 1,67 V 410 mV 124,05 mAh/g

Na2 2,08 V 1,70 V 380 mV 152,6 mAh/g

Pada tabel 4.6. tegangan polarisasi yang paling rendah yaitu Na2 sebesar 380 mV dengan specific capacity yaitu 152,6 mAh/g. Tegangan polarisasi yang semakin rendah maka akan meningkatkan efektivitas energi saat waktu charge/discharge 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 TiO2 disintesis dengan LiOH.H2O dan Na2CO3 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 TiO2 (Na0), Li4Ti5O12 (Na1) dan NaLiTi3O7 (Na3). Material

tersebut diproses dengan membuat slurry sehingga menjadi lembaran. Kemudian dibuat menjadi coin cell. Laju C digunakan untuk menentukan tingkat cycle. Satu

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.

Tabel 4.7 terlihat bahwa pada Na0 kapasitas charge 3,37 mAh/g dan kapasitas discharge 3,65 mAh/g. Pada Na1 memiliki kapasitas charge 4,36 mAh/g dan kapasitas discharge 4,59 mAh/g, sedangkan pada Na2 memiliki kapasitas 5,67 mAh/g dan kapasitas discharge 5,63 mAh/g. Na0 dan Na1 ini mengalami penurunan kapasitas charge discharge hingga 8C. Hal ini terjadi mengindikasikan bahwa ion Li+ yang berinterkalasi/deinterkalasi 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

(mAh/g)

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

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 (Zreal) dengan impedansi imajiner (Zim).

Impedansi real terdapat pada sumbu x dan impedansi imajiner pada sumbu y. Berdasarkan pada kedua impedansi dapat dihitung dengan nilai resistansi pada Re

dan nilai resistansi pada Rct.

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

0 50 100 150 200 250 300 350

0 50 100 150 200 250 300 350

X

(ƒ

¶

)

Rs(Ħ) Na0

Na1 Na2

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 Ztotal pada Na0,Na1,Na2

Pada grafik 4.12 menunjukkan Ztotal 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 0 0 200 400 600 800 1.000 1.200

-2 -1 0 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 Re (Ω) Rct(Ω)

Na0 25,6 210

Na1 7,82 85,8

menunjukkan perubahan sudut fasa yaitu 0o sampai -70o. 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.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Pada penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada Li4Ti5O12 (Na1) tidak terbentuk fasa LTO tapi fasa yang terbentuk yaitu

anatase,syn dan zabuyelite,syn dan pada NaLiTi3O7 (Na2)tidak terbentuk fasa

NaLiTi3O7 tapi yang terbentuk yaitu anatase,syn.

2. Morfologi material aktif Li4Ti5O12 (Na1) dan NaLiTi3O7 (Na2)yang disintesis

dengan bahan baku TiO2 (Na0) memiliki sifat porositas dengan NaLiTi3O7

(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 TiO2 (Na0), Li4Ti5O12

(Na1) dan NaLiTi3O7 (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

mAh/g, 4,36 mAh/g, 5,67 mAh/g dan kapasitas discharge pada Na0, Na1, Na2 yaitu 3,65 mAh/g, 4,59 mAh/g, 5,63 mAh/g. 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 Li4Ti5O12 (Na1) dan NaLiTi3O7 (Na2)

mengalami kenaikan kapasitas charge discharge, penurunan tegangan kerja, tegangan polarisasi dan resistansi yang rendah setelah disintesis dari TiO2 yang

mengalami proses kalsinasi dan sintering. TiO2 baik digunakan untuk sebagai

bahan pembentukan elektroda anoda berbasis titanate dalam aplikasi baterai ion lithium.

5.2. Saran

Berdasarkan penelitian yang dilakukan dalam studi TiO2 untuk pembuatan

Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 yang berbasis titanate yaitu :

1. Pada proses sintesis pembuatan Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 diharapkan saat

pencampuran serbuk lebih homogen supaya mendapatkan fasa yang lebih baik.

2. Saat penggerusan setelah kalsinasi dan sintering diharapkan kebersihan alat dijaga agar tidak ada pengotor.

3. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat meningkatkan kapasitas

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Baterai

Sebuah baterai adalah perangkat yang mengubah energi kimia yang tersimpan langsung ke energi listrik dengan cara reaksi redoks elektrokimia (Linden, 2002). Sebenarnya, baterai terdiri dari beberapa sel elektrokimia dan setiap sel terutama mengandung elektroda negatif (anoda), elektroda positif (katoda), dan elektrolit.

Gambar 2.1. Sketsa komponen sel dengan arus mengalir selama discharge (Mahmoud, H.T. 2011)

Jika elektrolit cair, pemisahnya harus ditambahkan untuk menjaga elektroda terpisah. Sementara jika elektrolit padat, elektroda bertindak sebagai pemisah. Pada anoda, M teroksidasi lalu kehilangan satu elektron dan menjadi kation M+. Kemudian elektron mengalir melalui sirkuit eksternal, X berkurang di katoda dan satu elektron dari anoda melalui sirkuit eksternal (Mahmoud, H.T., Xu, L. 2011).

2.2. Baterai Ion Lithium

Bateria terdiri dari baterai primer dan sekunder. Baterai primer hanya dapat digunakan sekali, dan tidak mampu menjadi bermuatan listrik. Misalnya, baterai alkalin-mangan dioksida dan baterai primer zing-carbon. Baterai dengan kemampuan isi ulang diklasifikasikan sebagai baterai sekunder. Baterai sekunder

yang termasuk isi ulang yaitu timbal-asam, baterai lithium ion. Tabel 2.1 menunjukkan perbandingan karakteristik kinerja untuk baterai sekunder (Patil, 2008). Dibandingkan dengan baterai sekunder lainnya, baterai isi ulang ion lithium menunjukkan kinerja elektrokimia yang sangat baik, dan baterai ini dapat mengarah ke posisi dominan dalam industri (Sun,Xiangcheng. 2015).

Tabel 2.1 Perbandingan karakteristik kinerja untuk baterai sekunder (Patil, 2008)

Tipe baterai Tegangan

(V)

Energi Densitas (Wh/Kg)

Ni-Cd 1,2 40

Ag-Zn 1,5 110

Ni-MH 1,2 90

Li-ion 3,6 155

Li-polimer 3,6 180

2.3. Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium

Ada lima komponen yang membentuk sel lithium-ion. Komponen-komponen ini adalah dua elektroda, elektrolit, dan dua kolektor. Fungsi utama dari elektroda adalah untuk oksidasi atau reduksi selama rentang potensial diukur dalam volt (V). Elektrolit dapat berair atau tidak berair, dalam bentuk cair, pasta atau bentuk padat (Sun, Xiangcheng. 2015). Elektrolit berfungsi sebagai konduktor ionik antara elektroda dan harus sebagai isolasi elektronik. Para current collector saat ini adalah bahan listrik dari logam yang langsung bersentuhan elektroda. Kolektor melekat satu sama lain dengan sirkuit eksternal (Tarascon, 2001 ; Winter, 2004).

Prinsip kerja baterai ion lithium adalah reaksi oksidasi reduksi di permukaan elektroda. Sebuah baterai lithium-ion menunjukkan fungsi sel elektrokimia karena perbedaan potensial antara dua elektroda. Hal ini penuh menguntungkan untuk kedua elektroda yang datang ke arah potensi keseimbangan lebih rendah dari Open Voltage Circuit (OVC) awal di mana mereka stabil. Keseimbangan antara elektroda dicapai oleh oksidasi satu elektroda dan pengurangan elektroda lainnya. Elektroda yang tereduksi disebut katoda, sedangkan elektroda yang teroksidasi disebut anoda. Reaksi-reaksi ini dicapai

dengan dua jalur yang berbeda untuk ion dan elektron. Elektron perjalanan melalui sirkuit eksternal dari anoda ke katoda.

Gambar 2.2. Prinsip kerja baterai Li-ion

(https://www.google.com/search?q=gambar+prinsip+kerja+baterai&sa=X&biw)

Pada saat yang sama, ion keluar ke arah yang sama dengan elektron dua elektroda melalui elektrolit. Reaksi redoks terjadi dari dua elektroda, Secara umum, prinsip kerja dasar baterai ion lithium berdasarkan ion lithium reversibel de-interkalasi dan proses interkalasi antara dua elektroda (Wakihara, 2001). Akibatnya, selama charge ion lithium mengalir antara anoda dan katoda, memungkinkan konversi energi kimia menjadi energi listrik dan penyimpanan energi elektrokimia dalam baterai. Elektrolit harus melakukan ionik dan elektronik isolasi, namun sifat sebenarnya dari elektrolit jauh lebih rumit. Selama siklus pertama, solid electrolite interface lapisan akan terbentuk pada permukaan elektroda karena dekomposisi elektrolit organik (Wakihara, 2001 ; Xu. B, 2012).

2.4. Perubahan pada anoda /elektrolit

Elektrolit terurai dan bereaksi dengan anoda selama pengisian, sehingga membentuk lapisan pelindung yang menutupi permukaan. Pada beberapa site grafit , sejumlah besar ion lithium berpindah dari struktur kristal ke struktur kristal yang lain. Pada gambar 2.3 perubahan permukaan anoda/elektrolit merupakan

kerusakan lapisan SEI (Solid Electrolite Interface) atau lapisan pasivasi tipis. SEI ini lapisan melindungi elektrolit dari pengurangan lebih lanjut, dan elektroda bermuatan dari korosi. Biasanya, pembentukan SEI disertai dengan emisi produk penguraian elektrolit gas di beberapa siklus pertama. Namun, dibandingkan dengan siklus pertama, angka ini lebih rendah. Selama waktu yang lama, SEI menembus ke dalam pori-pori elektroda dan hasil dalam penurunan luas permukaan aktif diakses dari anoda, yang meningkatkan resistansi internal. Suhu tinggi menyebabkan pengaruh dramatis pada degradasi SEI. Lapisan SEI larut dan mulai terjadi pengendapan SEI. Dengan cara ini, meta-stabil lapisan SEI organik akan dikonversi menjadi produk anorganik yang stabil, yang menghasilkan konduktivitas ionik rendah dari lapisan SEI untuk lithium. Suhu rendah juga menyebabkan banyak masalah. Karena suhu rendah, kinetika penyisipan lithium dan ekstraksi sangat lambat, dan efek ini sangat terasa pada suhu rendah. Logam lithium melapisi dan membentuk dendrit lithium dianggap sebagai reaksi samping parasit selama proses pengisian. (Mahmoud, H. T., Xu, L. 2011).

2.5. Pengembangan Bahan Katoda

Bahan katoda berperan penting dalam baterai lithium-ion karena tegangan rata-rata output tinggi, kepadatan energi yang tinggi yang sangat baik mengandung LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNi0,5Mn1,5O4 dan Li[LiNyMn1-x-y]O2. Pada LiCoO2

menjadi bahan komersialisasi baterai lithium-ion yang memiliki kapasitas tertentu 130~150 mAh/g dan bekerja pada tegangan 3,7 V. Pada LiMn2O4 bahan

komersial aktif baterai lithium-ion dapat memberikan tegangan kerja tertinggi dari LiCoO2, tapi kapasitas khusus adalah termurah dari LiCoO2. Pada LiFePO4

memiliki kapasitas spesifik tertinggi dan tegangan kerja terendah dibandingkan dengan LiCoO2, LiNi0.5Mn1.5O4 memiliki tegangan kerja yang tinggi dan Li [Li

Ny Mn1-x-y]O2 kapasitas khusus yang tinggi. Kinerja berbagai bahan katoda

tabel 2.2 meskipun ada banyak keuntungan untuk baterai lithium-ion, konduktivitas listrik yang lebih rendah dan difusi ion lithium adalah masalah umum. Tapi baterai lithium-ion memiliki pengembangan tegangan kerja yang tinggi dan kapasitas spesifik yang tinggi di masa depan.

Tabel 2.2 Kinerja bahan katoda (Hsu.C., Lin.J., 2012)

Material LiCoO2 LiMn2O4 LiFePO4

Kapasitas teoritis (mAh/g) 274 148 170

Kapasitas praktis (mAh/g) 130~150 120 160

Tegangan kerja (V) 3.7 3.8 3.4

Konduktivitas (S/cm) 10-3 2 x 10-5 10-6

Difusi (cm2/s) 5 x 10-8 1.2 x 10-11 10-14

Densitas daya (Wh/kg) 536 456 527

2.6. Pengembangan Material Elektrolit

Elektrolit berfungsi untuk memfasilitasi ion lithium konduksi antara elektroda. Jenis elektrolit dikategorikan berdasarkan sifat material yaitu cairan, polimer padat, keramik, gel, dan cairan ionik (Kalhoff, 2015). Elektrolit polimer dibagi dua jenis yaitu gel elektrolit dan elektrolit polimer kering. Elektrolit polimer memiliki rendah dan dapat dengan mudah dipadatkan dalam proses manufaktur.

Elektrolit gel terdiri dari matriks polimer tidak aktif dan larutan garam lithium. Elektrolit mengalir seperti cairan pada suhu tinggi Elektrolit polimer kering mengandung polimer dan garam lithium. Pada suhu kamar, konduktivitas ionik elektrolit ini adalah rendah. Karena gerakan dari rantai polimer, konduktivitas ionik akan meningkat dengan suhu (Mahmoud,Heza.T., Xu,L. 2011).

2.7. Pengembangan Material Anoda 2.7.1 Graphite

Grafit adalah salah satu jenis alotrop karbon. Karbon merupakan unsur non logam dan bervalensi 4 yang berarti bahwa terdapat empat elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kovalen. Grafit berwarna hitam, kusam, memiliki konduktor listrik yang sangat baik, titik leleh tinggi, massa jenis yang lebih kecil dibandingkan intan (http://id.m.wikipedia.org/wiki/karbon). Grafit mempunyai kapasitas secara teoritis 372 mAh/g (Hsu.C.; Lin.J., 2012). Namun, grafit menghalangi perpindahan ion Li dan ukuran partikel pada grafit yang besar berakibat jarak yang ditempuh ion Li untuk lepas dari grafit semakin jauh sehingga menurunkan energi yang dihasilkan. Selama pengisian, ion Li terdeposisi dalam partikel grafit kemudian dilepaskan saat pemakaian baterai. Ketika ion Li masuk atau meninggalkan partikel grafit, terjadi perluasan atau penyusutan partikel grafit untuk mengakomodasi ukuran ion Li yang lebih besar daripada situs partikel grafit (House et al., 2007). Penyusutan dan perluasan partikel grafit berulang mengakibatkan partikel grafit rusak serta mengurangi masa hidup baterai. Kelemahan grafit dapat diganti dengan menggunakan material anoda seperti Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 untuk menghasilkan anoda yang baik.

2.7.2. Li4Ti5O12

Li4Ti5O12 pertama kali dipelajari oleh Ohkozu pada tahun 1995. Li4Ti5O12

merupakan material zero-strain insertion untuk interkalasi lithium, yang berarti Li4Ti5O12 tidak mengalami perubahan volume selama proses insersi lithium

selama cycling baterai (Nordh, 2013; & Veljković et al, 2011). Sifat fisik dan kimia dari serbuk LTO adalah: berbentuk padat (serbuk), berwarna putih, tidak

titanium oxide merupakan suatu material yang memiliki struktur spinel (Cho et al,

2010). Struktur spinel Li4Ti5O12 mempunyai dua kisi yang berbeda yaitu

tetrahedral dan oktahedral. Pada kisi tetrahedral ion Li terikat dengan empat oksigen, dimana oksigen bertindak sebagai anion. Sedangkan pada sisi oktahedral,

ion Ti terikat dengan enam anion oksigen (Veljković et al, 2011). Secara

keseluruhan Li4Ti5O12 memiliki struktur kubus dengan parameter kisi a=8,3596 A

dan space group Fd-3m (Scharner, 1999).

Gambar 2.4. Struktur spinel Li4Ti5O12 menunjukkan sisi tetrahedral dan sisi

oktahedral (Ogihara, 2012).

Li4Ti5O12 material anoda dengan kapasitas teoritis 175 mAh/g memiliki

penyisipan Li+ yang baik dan ekstraksi reversibilitas dalam tegangan 1,0-2,5 V dan menampilkan stabilitas struktural yang baik dengan hampir nol perubahan volume selama proses pengisian dan pengosongan. Ini juga memiliki tegangan dataran tinggi sangat datar dekat dengan 1,55 V (vs Li / Li +), yang lebih tinggi dari potensi penurunan paling elektrolit organik (Hsu.C.; Lin.J., 2012).

2.7.3 NaLiTi3O7

NaLiTi3O7 memiliki struktur kristal yang sama dengan MLi2Ti6O14 (M = Ba, Sr,

Pb) menunjukkan potensi operasi sekitar 1,25 V. Ini menunjukkan potensi sebagai bahan penyimpanan lithium yang menjanjikan dengan kapasitas teoritis yaitu 281 mAh/g. Senyawa ini dapat dengan mudah disintesis oleh reaksi tradisional solid state, metode sol gel atau cair dengan sintesis garam pada suhu kalsinasi yang cukup. NaLiTi3O7 mendapat konduktivitas elektronik instrinsik yang rendah

Dalam rangka meningkatkan kemampuan penyimpanan lithium berbagai metode telah digunakan untuk memodifikasi NaLiTi3O7 untuk mengembangkan

anoda yang cocok seperti lapisan dan doping. Hal ini dapat ditemukan bahwa lapisan karbon hitam, graphene dan karbon nanotube dapat meningkatkan konduktivitas elektronik dan kemudian menyebabkan kapasitas tertentu yang lebih tinggi dan peredaran kinerja anoda NaLiTi3O7 yang unggul. Selain itu,

diketahui bahwa modifikasi doping juga merupakan metode yang efektif untuk meningkatkan kinerja produk elektrokimia. Anion dan kation yang termasuk yaitu N3-, Br-, F-, K+, Ag+, Ni2+, Mg2+, Ca2+, Sc3+, La3+, Gd3+, Nb5+, V5+, W6+ dan Mo6+ telah banyak diteliti sebagai ion doping di titanate (Wang,P. 2015).

NaLiTi3O7 disintesis dengan metode solid state antara 500 0C dan 900 0C.

Ukuran partikel NaLiTi3O7 bertahap antara 200 mesh - 400 mesh. Analisis

morfologi partikel menunjukkan bahwa ukuran NaLiTi3O7 bertahap meningkat

dengan semakin meningkatnya suhu sintering. Pada saat kalsinasi dengan suhu 900 0C, NaLiTi3O7 menunjukkan agregasi partikel ringan dan mencair. Bahan

NaLiTi3O7 dengan suhu 800 0C menunjukkan hasil yang lebih baik (Shu, J. 2015).

2.8. Bahan Baku Pembuatan Lembaran Anoda 2.8.1 TiO2

Titanium dioxide dikenal dengan Titanium (IV) oxide atau titania, adalah oksida alami dari titanium, rumus kimia TiO2. Serbuk titanium dioksida tidak terjadi di

alam tetapi berasal dari ilmenite atau leuxocene ores. Hal ini juga lebih mudah ditambang dengan bentuk yang paling murni. Titanium dioxide terjadi dialam yang dikenal sebagai bentuk mineral rutile, anatase, dan brookite dan tambah dua

bentuk tekanan tinggi, monoclinic baddeleyite dan orthorhombic α-PbO2 seperti

yang baru-baru ini ditemukan di kawah Bavaria. Bentuk yang paling umum dikenal yaitu rutile, yang paling stabil.

Tabel 2.3 Sistem kristal fase pada TiO2 (Game,O.2016)

Fasa Sistem kristal

Rutile Tetragonal

Anatase Tetragonal

Rutile : Setiap bentuk oktahedral dengan delapan tetangga dan saham tepi dengan dua tetangga lainnya, yang membentuk rantai linier. Anatase : Setiap sudut segi delapan dengan tetangga dan sudut tepi dengan

empat tetangga lainnya, yang membentuk rantai zigzag dengan sumbu sekrup .

(a) (b)

Gambar 2.5. Struktur kristal TiO2 pada (a) fasa anatase dan (b) fasa rutil

(Kamal, 2010)

Rutil adalah lebih umum dan mineral yang lebih terkenal dari tiga bentuk, sementara anatase adalah yang paling langka. interaksi logam-logam besar terjadi dalam kasus anatase (5.35Å) dan lebih kecil terjadi dalam kasus rutil (2,96 Å). Perbedaan-perbedaan dalam struktur kisi menyebabkan kepadatan massa yang berbeda dan struktur pita elektronik antara dua bentuk TiO2 (Kamal, C. 2010).

Tabel 2.4 Spesifikasi TiO2 (Kamal, C. 2010)

Formula kimia TiO2

Berat Molekul 79,9

Struktur kristal Tetragonal

Densitas, gr/cm3 pada 300 K 4,25

Jarak transmisi 0,43-6,2

Konstanta dielektrik 104-107Hz 200-160

TiO2 memiliki suhu melting tertinggi yaitu 1850oC. Sedangkan bahan Na2CO3 dan

LiOH.H2O memiliki suhu melting lebih rendah dari suhu 800oC. Jadi

reaksi namun sudah menguap sehingga yang tertinggal hanya TiO2 saja dan sifat

elektrokimia sudah berbeda dari asalnya. Salah satu bahan anoda menjanjikan diusulkan untuk aplikasi baterai ion lithium adalah TiO2 anatase karena

keuntungan besar yang seperti kelimpahan alami yang tinggi, kapasitas teoritis tinggi (335 mAh/g), kimia / stabilitas struktural, non-toksisitas, keramahan lingkungan, discharge rendah (Game. O. dkk., 2016).

2.8.2 LiOH.H2O

Lithium hidroksida monohydrate merupakan senyawa anorganik dengan rumus kimia LiOH.H2O. Bahan ini warna putih berbentuk kristal dengan berat molekul

41,96 gr/mol, densitas 1,51 gr/cm3 dapat mengurai diatas suhu 942oC. Bahan LIOH.H2O bisa digunakan sebagai bahan pembetukan anoda pada baterai.

LiOH.H2O dapat larut dalam air dan sedikit larut dalam etanol. Namun, lithium

hidroksida monohydrate dapat menyebabkan iritasi pada kulit, kebutaan, dan jika menghirup terus menerus dapat menyebabkan kerusakan paru-paru. (http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Lithium_hydroxide_monohydrate#s ection=safety-and-hazard-properties)

2.8.3 Na2CO3

Natrium karbonat atau Na2CO3, adalah garam

mudah larut dalam air. Natrium karbonat murni itu berwarna putih, tidak berbau, dapat menyerap embun dari udara, punya rasa alkalin/pahit, dan membentuk larutan alkali yang kuat. Na2CO3 memiliki massa molar senilai 105,99 gr/mol,

kapasitas kalor senilai 109,2 J/mol.K, kepadatan 2,54 gr/cm3, titik lebur 851 oC, titik didih 1.600 oC. Kegunaan Na2CO3 yaitu sebagai bahan pembuatan baterai,

dan pembuata

2.9. Bahan Tambahan Pembuatan Lembaran Anoda 2.9.1 PVDF

Polyvinylidene Fluoride Difluorida (PVDF) merupakan bahan polimerisasi yang

berbahaya dengan rumus kimia C2H2F2. Polyvinylidene Fluoride Difluorida (PVDF) digunakan sebagai bahan pengikat untuk menjaga integritas elektroda dan sebagai perantara filler dan zat aditif. PVDF sebagai pengikat untuk menjaga

integritas elektroda dan perantara hubungan filler dengan zat aditif. PVDF memiliki karakteristik kimia dan fisika yaitu warna putih, tidak berbau, daya serap air 0,03 %, titik leleh 169 oC, temperatur defleksi 114-118oC, kuat tarik 7,105 ps, penambahan panjang yaitu 250%. PVDF digunakan pada aplikasi seperti pembuatan pipa, pelat, lembaran anoda dan katoda (Afton Plastics, 2014).

2.9.2 Zat Aditif Acetylene Black (AB)

Acetylene Black merupakan karbon black dihasilkan dari dekomposisi terus

menerus gas asetilena. Acetylene black terdiri dari komposisi kristal yang besar, Membentuk struktur panjang, Memiliki inpuritas yang paling sedikit dari karbon hitam lainnya, konduktivitas listrik yang baik, kapasitas absorpsi yang tinggi, konduktivitas termal yang baik. Acetylene black didalam baterai memiliki beberapa keunggulan yaitu dari absorpsi yang tinggi dan bersifat konduktif.

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 ( Safety data sheet, 2002).

2.9.3 DMAC (Dimethylacetamide)

Dimethylacetamide merupakan bahan kimia yang umumnya digunakan dalam penyusunan formula kimia untuk aplikasi industri, pembuatan zat kimia lain (digunakan sebagai perantara), dan sebagai pelarut dalam proses industri. Sifat fisik dan kimia N,N DMAC yaitu berupa cairan tak berwarna hingga kuning dan memiliki bau amonia lemah, Kelarutan dalam air > 1.000 g/l (20°C), massa molar 87.12 g/mol. Titik beku -20°C dan titik didih 165-166°C, non-eksplosif namun dianggap sebagai cairan yang tidak mudah terbakar. Nilai pH 4 (200g/l , 20°C), titik lebur -20°C (MSDS).

2.10. Karakterisasi Serbuk dan Elektrokimia 2.10.1 X-Ray Diffraction (XRD)

X-Ray Diffraction memberikan informasi tentang susunan atom dalam padatan

diterapkan pada struktur kristal. Dalam kristal, atom diatur dalam pola yang teratur, yang membuat bahwa volume kecil dapat diidentifikasi, bahwa dengan pengulangan dalam tiga dimensi menggambarkan seluruh kristal. Volume kecil ini disebut sel satuan dan dapat dijelaskan oleh tiga sumbu: a, b dan c, dan sudut α,β,

dan γ. Posisi puncak dan puncak intensitas yang berbeda dari pola difraksi

digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal atau fase bahan (Wolf, R.D. 2012).

Gambar 2.6. Difraksi sinar-x hukum Bragg (Sun, Xiangcheng.2015)

Hukum Bragg adalah salah satu yang paling hukum penting yang digunakan untuk menafsirkan data difraksi sinar-X. Untuk himpunan bidang kisi dengan jarak antar-bidang d, kondisi interferensi konstruktif, sehingga puncak difraksi, dapat hanya ditulis sebagai

nλ = 2d sin θ (2.3)

Dimana λ adalah panjang gelombang sinar X-ray, θ merupakan sudut antara balok insiden X-ray dan bidang kristalografi, dan n bilangan bulat yang mewakili urutan puncak difraksi. Ketika sinar X-ray berinteraksi dengan atom dalam sampel, sebagian kecil dari kristal dengan bidang kristalografi berorientasi dengan Bragg sudut θ, di mana difraksi Bragg dapat berlangsung. Dengan sampel tahap berputar sehubungan dengan insiden sinar X-ray, pola XRD mengandung difraksi karakteristik dapat direkam oleh detektor. Pola difraksi XRD tersebut berguna untuk mengidentifikasi karakteristik kristal seperti ukuran, kristalinitas, parameter kisi dan fasa dengan database XRD komprehensif (Sun, X. 2015).

2.10.2 Scanning Electron Microscopy (SEM)

SEM digunakan untuk memperoleh informasi kualitatif dan kuantitatif tentang morfologi atau komposisi sampel dengan tujuan untuk mengoptimalkan hubungan mikroskopis dengan data kromatografi. Pada prinsipnya, analisa SEM harus mengekstrak jumlah maksimum informasi yang diperoleh per fitur dan meminimalkan baik kompleksitas dan waktu yang dibutuhkan untuk analisis (J. I. Goldtein, D. E. Newbury, P. Enchin, D. C. Joy, C.Fiori, E. Lifshing., 1981).

Dalam SEM, berkas elektron dilewatkan melalui ruang dan dievakuasi kemudian difokuskan oleh lensa elektromagnetik ke permukaan sampel. Balok dipulihkan selama proses spesimen dan kemudian disinkronkan dengan sinar tabung katoda (CRT). Setelah dilakukan pelampiasan pada elektron sampel elektron sekunder secara inelastic dipancarkan dari sampel dan dikumpulkan oleh sintilator. Sinyal yang dihasilkan digunakan untuk memodulasi kecerahan tabung sinar katoda untuk membentuk tampilan layar CRT. Pencitraan SEM diperbesar dengan manipulasi yang dikendalikan sepenuhnya secara terkomputerisasi dari berkas elektron (M. Postek, K. Howard, A. Johnson, K. Mcmchael., 1980).

2.10.3 Cyclic Voltammetry (CV)

CV adalah jenis pengukuran elektrokimia potensio dinamik,dan merupakan salah satu metode elektrokimia yang paling sering digunakan karena relatif sederhana dan isi informasi yang tinggi. Selama pengujian CV, pada gambar 2.7 (a) potensi linear pemindaian siklik (yaitu, elektroda potensial landai linear terhadap waktu) dikenakan ke elektroda dan arus yang dihasilkan dicatat.

Gambar 2.7. Tipikal Cyclic Voltammogram untuk proses redoks reversibel (Sun, Xiangcheng.2015)

Gambar 2.7 (b) dikenal sebagai scan rate (V/s). Kurva arus-tegangan (untuk voltamogram siklik) menunjukkan respon arus sebagai fungsi dari tegangan daripada waktu, yang dapat memberikan informasi tentang kinetika dan termodinamika reaksi elektroda. Sistem yang paling sederhana melibatkan reaksi redoks reversibel dengan transfer elektron tunggal dalam media solusi di mana tingkat maju dan mundur reaksi yang dekat dengan keseimbangan. CV sering digunakan untuk menampakkan proses difusi pengontrol di mana spesies

electroactive masukkan ke elektroda. Koefisien difusi kimia lithium ion di

elektroda dihitung dari data CV. Singkatnya, CV adalah alat yang nyaman untuk memperoleh informasi kualitatif tentang proses transfer elektron, serta metode cepat untuk memperoleh perkiraan yang baik dari potensi pengurangan dan

konstanta pembentukan (Sun, Xiangcheng.2015).

2.10.4 Charge Discharge (CD)

Charge-discharge adalah teknik elektrokimia yang paling umum digunakan untuk

karakterisasi perangkat penyimpanan energi. Dalam pengujian ini sebuah cell diisi dan dikosongkan dengan menggunakan arus konstan di antara tegangan atas dan tegangan bawah. Batas tegangan atas dan bawah ditentukan oleh energi bebas Gibbs dari bahan elektroda.

Jenis paduan elektroda negatif, secara praktik batas bawah berkisar 10 mV sampai 50 mV dan batas atas berkisar 1 V sampai 2 V, Batas bawah yang dipilih lebih rendah dari 0 V vs Li/Li+ karena pada potensi rendah lithium cenderung untuk deposit (penyetor) pada permukaan elektroda yang akhirnya menyebakan pertumbuhan dendrit lithium.Arus yang diterapkan secara langsung berkaitan dengan outpit daya elektroda. Biasanya “laju C” digunakan untuk menetukan tingkat cycle LIBs, dimana xC didefinisikan sebagai 1/x jam per charge atau discharge (Juchuan, 2012).

2.10.5 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)

Electrochemical Impedance Spectroscopy adalah alat yang sangat ampuh untuk analisis sistem yang kompleks elektrokimia. Alat yang digunakan yaitu LCR meter, HIOKI 3522 Autolab tahun 2012. Parameter yang dihasilkan yaitu

impedansi ril, impedansi imaginer, pergeseran sudut fasa, dan impedansi total, dengan variasi spektrum frekuensi dalam skala logaritmik. Spektrum frekuensi dibangkitkan dari 4 Hz- 1 MHz. Metode EIS digunakan untuk mengamati interkasi elektron maupun ion yang berpindah pada komponen sel pada saat reaksi elektrokimia. Spektrum frekuensi yang dinaikkan akan mengidentifikasi perubahan impedansi komplek yang terkait dengan reaksi elektrokimia yang terjadi, menginterprestasikan gejala dinamika internal reaksi elektrokimia. Pada pengukuran dilakukan menggunakan signal pertubasi AC ditumpangkan pada tegangan DC bias, sehingga tidak terganggu kesetimbangan dari reaksi elektrokimia. Interaksi signal dalam sampel menghasilkan signal yang tereduksi mengalami pergeseran sudut fasa. bentuk respon gelombang dikorelasikan pada komponen impedansi ril, impedansi imaginer, pergeseran sudut fasa (Subhan, 2011). Pada gambar 2.8 Impedansi real diplot pada sumbu X dan impedansi

imaginery diplot pada sumbu Y sehingga terbentuk grafik "Nyquist plot. Metode

EIS telah secara luas diterapkan untuk menyelidiki interkalasi reversibel lithium ke elektroda untuk baterai ion lithium yang terkait dengan kinetika difusi ion lithium di elektroda (Sun, Xiangcheng.2015). Kelebihan pada EIS adalah memiliki arus listrik AC, bukan DC, sehingga dapat mengukur impedansi elektrokimia pada kondisi equilibrium, kondisi setimbang tanpa mengganggu atau membebani sel sehingga impedansi yang terukur lebih baik dibandingkan cara uji arus DC. Namun kekurangan EIS adalah sampel memunculkan kurva yang kurang ideal dari bentuk komponen impedansi RLC (Subhan, 2011).

Gambar 2.8. Tipikal Nyquist plot pada sistem elektrokimia (Sun, Xiangcheng.2015).

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi adalah sumber kehidupan masyarakat modern. Pemanasan global, persediaan bahan bakar fosil dan polusi kota mendorong untuk menggunakan energi terbarukan (Tarascon,2010). Teknologi baterai canggih menjadi teknologi terbaik dengan upaya mengatasi dampak lingkungan yang berkelanjutan dan energi terbarukan di berbagai aplikasi dari perangkat portabel elektronik konsumen (misalnya, ponsel, komputer laptop) untuk kendaraan listrik dan penyimpanan listrik skala besar (Linden,2002). Ada kebutuhan mendesak untuk merancang sistem penyimpanan untuk menyeimbangkan pasokan dengan permintaan sebagai sumber terbarukan yang intermiten, dan untuk daya mendatang plug-in kendaraan hybrid listrik atau kendaraan listrik.

Baterai dimanfaatkan untuk membuat sebuah proses kimia ireversibel yang berguna untuk satu kali penggunaan disebut baterai primer. Baterai ion sekunder dibangun pada proses reversibel agar setelah pengisian dapat digunakan kembali. Kereta listrik pertama, perahu listrik pertama dan lokomotif listrik pertama semua didukung oleh baterai. Antara 1832 dan 1839, kereta listrik pertama dibuat oleh Robert Anderson dari Skotlandia yang didukung oleh sel baterai. Perahu listrik pertama telah didemonstrasikan pada tahun 1839 oleh seorang insinyur Moritz von Jacobi di St. Petersburg, Rusia.

Pada tahun 1842, Robert Davidson, seorang penemu Skotlandia, menggunakan baterai zinc-asam untuk mendorong lokomotif listrik pertama, Galvani, pada jalur rel Edinburgh-Glasgow. Mobil listrik pertama kali muncul pada tahun 1881. Satu-satunya peralatan listrik di atas kapal yang pertama yaitu kendaraan mesin pembakaran internal yang bertenaga sel primer kering atau 'dinamo starter' untuk kendaraan mesin. Penyimpanan baterai hanya digunakan untuk penerangan pada mobil-mobil mewah (R. H. Schallenberg, 1980). Pada tahun 1960, tegangan baterai dua kali lipat sampai 12 V (E. Meissner, 2001).

Baterai lithium pertama kali diusulkan pada tahun 1976 dan telah banyak diadopsi untuk elektronik portabel sejak awal 1990-an (Whittiangham,1976). Banyak kelompok penelitian telah dipelajari secara ekstensif untuk meningkatkan kinerja baterai sekunder lithium karena mereka akan menjadi sumber kekuatan utama dalam waktu dekat (G. G. Amatucci, 2001). Teknologi Li-ion adalah yang terbaik karena kepadatan energi yang tinggi (210 WhKg-1; 650Whl-1), melebihi teknologi apapun yang bersaing saat ini.

Baterai ion lithium memiliki komponen yaitu material katoda, material anoda, elektrolit dan beberapa komponen (Y.I. Jang, 2002). Baterai ion lithium sekunder adalah energi alternatif baru yang diciptakan oleh Sony Energy Tek. sejak di impor pada tahun 1991. Baterai ion lithium sekunder memiliki energi yang tinggi, kepadatan daya, rentang temperatur yang lebar, siklus yang panjang dan dicsharge yang rendah. Baterai ion lithium sekunder dianggap sebagai yang paling potensial untuk menggantikan energi tradisional.

Katoda berfungsi menerima ion lithium yang dihasilkan dari anoda dan diangkut melalui elektrolit selama discharge. Bahan katoda harus stabil, tapi tidak seperti baterai primer yang proses penerimaan lithiumnya bersifat irreversibel (Nordh.T, 2015 ).

Karakteristik elektrolit mempengaruhi kinerja elektrokimia dan keselamatan untuk baterai ion lithium. Pemilihan elektrolit penting bagi desain baterai ion lithium. Sistem elektrolit cair yang utama digunakan dalam baterai lithium ion dan komponen adalah bahwa garam lithium ditambahkan dalam pelarut organik. Propilena karbonat (PC), etilen karbonat (EC), dietil karbonat (DEC), dimetil karbonat (DMC) dan tetrahidrofuran (THF) yang umum digunakan pelarut organik. (K. Xu, 2004).

Anoda graphite terdiri dari lapisan karbon yang berfungsi sebagai konduktor listrik. Kapasitas teorinya adalah 372 mAh/g. Grafit memiliki dua jenis yaitu grafit buatan dan grafit alam. Kapasitas tinggi pada grafit buatan dan grafit alam yaitu 310~320 mAh/g dan 340~360 mAh/g (Hsu, Lin, 2012). Namun, pada bahan anoda grafit hampir tidak dapat memenuhi persyaratan untuk aplikasi yang berkapasitas tinggi dan ada masalah keamanan karakterisitik (Tarascon, 2001). Graphite juga memiliki kekurangan saat digunakan pada charge/discharge tinggi

karena perubahan volumenya kecil pada saat proses tersebut. Dengan menggunakan metode solid elektronik integrasi maka akan timbul dendrit lithium sehingga dibuat Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 sebagai pengganti grafit.

Bahan Li4Ti5O12 memiliki kapasitas (175 mAh/g) dan kemampuan

charge-discharge yang tinggi dan bebas dari dendrit lithium tapi memiliki kelemahan

yang cukup besar, seperti rendah konduktivitas dan koefisien difusi. (Linden, 2002). Bahan NaLiTi3O7 disintesis dengan metode solid state reaction dan

digunakan sebagai bahan anoda pada baterai ion lithium. Suhu yang disintesis dapat diperoleh dengan membandingkan hasil elektrokimia yang diperoleh dari sampel yang berbeda. NaLiTi3O7 mempunyai potensi sekitar 1,25 V dengan

kapasitas teoritis sebesar 281 mAh/g. NaLiTi3O7 memiliki konduktifitas

elektronik rendah (10-16–10-14 S/cm). Tegangan kerja yang tinggi dapat diatasi dengan mengganti Li4Ti5O12 dengan material sejenis yang memiliki potensial

lebih rendah. Untuk mendapatkan material ini diperlukan berbandingan beberapa material baru yang masih tergolong pada golongan titanate (Wang, dkk, 2015).

Pada pembuatan Li4Ti5O12 menggunakan bahan baku LiOH.H2O dan

TiO2. Dan pembuatan NaLiTi3O7 menggunakan bahan baku LiOH.H2O, TiO2 dan

Na2CO3. TiO2 china adalah bahan baku teknis. Oleh karena itu, pada penelitian ini

akan dilakukan studi TiO2 sebagai bahan pembentukan elektroda anoda berbasis

titanate dalam aplikasi pada baterai ion lithium.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian yang di atas dapat dirumuskan masalah dalam penelitian ini adalah apakah dengan bahan TiO2 dapat digunakan sebagai bahan pembentukan

elektroda anoda Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 dalam aplikasi pada baterai ion lithium.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mempelajari proses pembentukan fasa Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 dari

bahan TiO2 china.

2. Untuk mengetahui morfologi material aktif Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 yang

3. Untuk mengetahui performa elektrokimia sel setengah baterai ion lithium dari kurva cyclic-voltammetry, charge-discharge, Electrochemical

Impedance Spectroscopy.

1.4 Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan pemahaman bahwa bahan TiO2 dapat diaplikasikan pada baterai ion litihum sebagai elektroda anoda.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Penelitian ini difokuskan pada pembuatan lembaran TiO2, titanate :

Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7.

2. Bahan baku yang digunakan adalah serbuk LiOH.H2O, TiO2 dan NaCO3.

3. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini meliputi fasa, reaksi kimia karakterisasi morfologi, gugus fungisonal, kapasitas sel baterai dengan material anoda TiO2, dan titanate (Li4Ti5O12, NaLiTi3O7).

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika pada penulisan Skripsi ini mencakup beberapa bab dan subab seperti dijelskan dibawah ini:

BAB 1 : Pendahuluan

Bab ini terdiri atas latar belakang penelitian, rumusan

masalah, tujuan masalah, manfaat penelitian, batasan masalah dalam penelitian, serta sistematika laporan penelitian.

BAB 2 : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisi dasar-dasar teori yang terkait kajian dan analisa dalam penelitian, yakni teori baterai secara umum, baterai ion lithium, prinsip kerja, perkembangan katoda, perkembangan anoda seperti Li4Ti5O12, NaLiTi3O7, TiO2

BAB 3 : Metodologi Penelitian

Bab ini berisi tempat dan waktu penelitian, metode yang digunakan dalam penelitian meliputi bahan dan peralatan yang digunakan serta diagram alir penelitian.

BAB 4 : Hasil dan pembahasan

Bab ini mencakup pembahasan dari hasil penelitian berupa hasil fasa, karakteristik morfologi,cyclic

voltammetry, charge/discharge dan Electrochemical Impedance Spectroscopy.

BAB 5 : Kesimpulan dan saran

Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh dari bab sebelumnya yaitu hasil dan pembahasan terkait tujuan dari penelitian. Dan juga saran yang diberikan untuk kajian lebih lanjut dari skripsi ini.

2.7.3 NaLiTi3O7 13

2.8 Bahan Baku Pembuatan Lembaran Anoda 13

2.8.1 TiO2 13

2.9. Bahan Tambahan Pembuatan Lembaran Anoda 15

2.9.1 PVDF 15

2.9.2 Zat Aditif Acetylene Black (AB) 15

2.9.3 DMAC (Dimethylacetamide) 16

2.10 Karakterisasi Serbuk dan Elektrokimia 16

2.10.1 X-Ray Diffraction (XRD) 16

2.10.2 Scanning Electron Microscopy (SEM) 17

2.10.3 Cyclic Voltammetry (CV) 18

2.9.4 Charge Discharge (CD) 19

2.9.5 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 19 BAB 3. Metodologi Penelitian

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 21

3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian 21

3.2.1 Bahan Penelitian 21

3.2.2 Peralatan Penelitian 21

3.3 Perhitungan Massa Bahan 23

3.4 Tahapan Penelitian 23

3.4.1 Pembuatan Lembaran TiO2 23

3.4.2. Pembuatan Lembaran Li4Ti5O12 24

3.4.3 Pembuatan Lembaran NaLiTi3O7 26

3.5 Prosedur Percobaan 27

3.5.1 Pembuatan Lembaran TiO2 27

3.5.2 Pembuatan Lembaran Li4Ti5O12 dan NaLiTi3O7 28 BAB 4. Hasil Dan Pembahasan

4.1 Analisa Fasa dan Struktur dengan XRD 30

4.1.1 Sampel TiO2 (Na0) 30

4.1.2 Sampel Li4Ti5O12 (Na1) 31

4.1.3 Sampel NaLiTi3O7 (Na2) 32

4.3 Analisa pengukuran Kerapatan jenis 36

4.4 Analisa Uji Lembaran Elektroda 37

4.5 Analisa Uji Sel Setengah terhadap Lithium Metal 38

4.5.1 Analisa Cyclic Voltammetry (CV) 38

4.5.2 Analisa Charge Discharge (CD) 40

4.5.3 Analisa Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 43 BAB 5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 46

5.2 Saran 47

Daftar Pustaka 48

Lampiran

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

2.1 Perbandingan karakteristik kinerja untuk baterai sekunder 7

2.2 Kinerja bahan katoda 10

2.3 Sistem kristal fase pada TiO2 14

2.4 Spesifikasi TiO2 15

3.1 Perbandingan massa bahan 23

4.1 Hasil analisis struktur kristal (Parameter kisi) TiO2 (Na0) 31 4.2 Hasil analisis struktur kristal (Parameter kisi) Li4Ti5O12 (Na1) 32 4.3 Hasil analisis struktur kristal (Parameter kisi) NaLiTi3O7 (Na2) 33

4.4 Kandungan fasa pada Na0,Na1,Na2 33

4.5 Kerapatan jenis Na0,Na1,Na2 36

4.6 Tegangan polarisasi dan spesifik capacity pada Na0,Na1,Na2 40 4.7 Hasil kapasitas charge discharge pada Na0,Na1,Na2 42

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar

2.1. Sketsa komponen sel dengan arus mengalir 6 selama discharge

2.2. Prinsip kerja baterai Li-ion 8

2.3. Perubahan permukaan anoda/elektrolit 9

2.4. Struktur spinel Li4Ti5O12 menunjukkan sisi tetrahedral 12

dan sisi oktahedral

2.5. Struktur kristal pada (a) fasa anatase dan (b) fasa rutil 14

2.6. Difraksi sinar-x hukum Bragg 17

2.7. Tipikal cyclic Voltammogram untuk proses 18 redoks reversibel

2.8. Tipikal Nyquist plot pada sistem elektrokimia 20 4.1. Grafik dan bidang hkl hasil XRD pada TiO2 30 4.2. Grafik dan bidang hkl hasil XRD pada Li4Ti5O12 31 4.3. Grafik dan bidang hkl hasil XRD pada NaLiTi3O7 32 4.4. Grafik fasa yang terbentuk pada Na0, Na1, Na2 34

dari hasil XRD

4.5. Hasil SEM pada (a) sampel Na0, (b) sampel Na1, 35 (c) sampel Na2 dengan perbesaran 10.000 kali

4.6. Hasil SEM pada sampel serbuk (a) Na0, (b)Na1, 36 (c) Na2 dengan perbesaran 250000 kali

4.7. Lembaran (a) Na0, (b) Na1, (c) Na2 37 4.8. Konduktivitas lembaran Na0,Na1, dan Na2 38 4.9. Hasil cyclic voltammetry (CV) (a) TiO2, 39

(b) Li4Ti5O12, (c) NaLiTi3O7

4.10. Hasil pengujian charge discharge (a) TiO2 (Na0), 41 (b) Li4Ti5O12 (Na1), (c) NaLiTi3O7 (Na2)

4.11. Cole – cole plot hasil EIS 43 4.12. Pergeseran sudut fasa dan Z total pada Na0,Na1,Na2 44

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

Lampiran A 1. Perhitungan pencampuran bahan-bahan dasar 2. Menghitung Specific Capacity TiO2

3.Mengukur Ketebalan Sampel Li4Ti5O12 Dan NaLiTi3O12

4. Menghitung Massa Jenis pada Sampel Lampiran B 1. Peralatan Penelitian

2. Bahan Penelitian Lampiran C 1. Hasil SEM

2. Hasil XRD