Sintesis Material Aktif Katoda LiFe0.9-xMnxNi0.1PO4 C Konsentrasi Mn 0 ≤ x≤ 0.2
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Baterai Lithium merupakan baterai yang saat ini banyak menjadi bahan penelitian
karena mempunyai kapasitas penyimpanan yang optimal. Baterai Lithium
mempunyai optimasi pemakaian sampai 80% dari kemampuannya, ringan, tidak
ada memory effect dan tahan lama. Dari sudut pandang lain telah kemungkinan
untuk dioperasikan beberapa perangkat listrik kecil bahkan dengan sumber daya
yang kecil seperti baterai film tipis karena perangkat elektronik dengan daya
rendah telah digunakan karena kemajuan teknologi baru-baru ini. Baterai harus
memiliki keamanan yang baik dan juga dapat digunakan untuk mobil listrik .
Tidak hanya kendaraan listrik dan kendaraan listrik hibrida, tetapi juga kendaraan
sel bahan bakar isi ulang dengan keamanan tinggi dan kehandalan yang
tinggi.(Minami,2005).
Pada tahun 1990 Sony berhasil mengembangkan jenis baru sel
elektrokimia dengan elektrolit non-liquid, anoda karbon lithiated dan katoda
LiCoO 2 , yaitu bernama baterai sekunder ion Lithium (Libs) dan diperkenalkan ke
dalam pasar untuk pertama kali pada tahun 1991 oleh Sony. Baterai Litium
sekunder adalah sebagai sumber daya untuk perangkat listrik seperti telepon
seluler, komputer, maupun kamera, karena baterai ini memiliki sifat unggul.
Baterai Lithium terdiri dari tiga komponen utama yaitu elektroli, anoda dan
katoda. Beberapa material katoda pada baterai ion Lithium yang telah disintesis
yaitu lithium mangan oxide (LiMn 2 O 4 ), lithiumcobalt oxide (LiCoO 2 ) dan lithium
iron phospate (LFP).(Minami,2005).
Lithium Ferro Mangan Nikel Phospat(LiFeMnNiPO 4 ) adalah sumber
pembangkit listrik yang baru karena lebih ringan dan memiliki densitas energi
yang lebih tinggi, tidak ada efek memori, tahan lama, kemampuan mengisi
(charge) lebih besar, ramah lingkungan dan lebih aman dibandingkan dengan
baterai jenis lain.(Hongbo,2013).
Universitas Sumatera Utara
2
Namun dengan berbagai kelebihan tersebut, LFP memiliki konduktivitas
listrik yang rendah, yaitu sebsar 10-9 S/cm, hal tersebut sangat kurang bila
dihubungkan dengan tingkat konduktivitas baterai yang sangat rendah untuk
digunakan pada aplikasi daya tinggi. LiFePO 4 /C komposit disusun melalui
sederhana dengan suhu tinggi untuk lebih efektif meningkatkan kinerja
elektrokimia LiFePO 4 /C. LiFePO 4 /C dengan Ni dan Mn didoping disintesis oleh
suhu tinggi dengan solid state, pengaruh Ni dan Mn didoping dengan jumlah yang
berbeda pada struktur, morfologi dan properti elektrokimia LiFePO 4 /C. LiMnPO 4
merupakan kandidat yang sangat menarik untuk digunakan sebagai bahan aktif
dalam sel Lithium Ion. Materi yang menggabungkan keselamatan yang tinggi di
negara dibebankan dengan kepadatan energi yang sebanding dengan bahan yang
digunakan secara komersial dan biaya bahan baku yang rendah.(Xianyou,2013).
1.2 Perumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh doping Mn pada sintesis LFP?
2. Bagaimana cara pembuatan LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 sebagai bahan aktif
katoda?
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui cara pembuatan LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 sebagai bahan aktif
katoda.
2. Mengetahui pengaruh doping Mn pada LFP.
3. Mengetahui dan menganalisa serbuk katoda LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 .
1.4 Manfaat Penelitian
Kerja tugas akhir ini diharapkan dapat menambah wawasan tentang tentang cara
pembuatan LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 /C pada baterai Lithium dan pengalaman untuk
menuju ke dunia kerja bagi penulis khususnya. Dan juga dapat menjadi acuan
dalam perkembangan dan penelitian dalam bidang baterai Lithium pada aplikasi
kendaraan listrik.
Universitas Sumatera Utara
3
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Membuat LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 sebagai material aktif katoda pada baterai
lithium dengan variasi 0 ≤ x ≤ 0.2.
2. Pembuatan serbuk dilakukan dengan metode metalurgi serbuk, yaitu
kalsinasi 700 ℃ selama 2 jam dan sintering awal selama 8 jam dan
sintering kedua selama 2 jam dalam kondisi inert gas nitrogen.
3. Mengkarakterisasi
sampel
serbuk
katoda
LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4
mengunakan X-Ray Diffraction (XRD), SEM-EDX, dan EIS.
Universitas Sumatera Utara
4
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan tugas akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
Bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses
pengembilan data, analisa data serta pembahasan.
Bab 3 Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang rancangan penelitian, tempat dan waktu
penelitian, peralatan dan bahan penelitian, prosedur penelitian serta
diagram alir penelitian.
Bab 4 Hasil dan PembahasanPenelitian
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang
diperoleh dari penelitian.
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
Bab ini menyajikan kesimpulan dari seluruh kegiatan dan hasil penelitian
dan berisi saran-saran yang diperlukan untuk pengembangan dan
penelitian lebih lanjut.
Daftar Pustaka
Berisi tentang literatur yang digunakan sebagai referensi dalam penulisan
tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Baterai Lithium merupakan baterai yang saat ini banyak menjadi bahan penelitian
karena mempunyai kapasitas penyimpanan yang optimal. Baterai Lithium
mempunyai optimasi pemakaian sampai 80% dari kemampuannya, ringan, tidak
ada memory effect dan tahan lama. Dari sudut pandang lain telah kemungkinan
untuk dioperasikan beberapa perangkat listrik kecil bahkan dengan sumber daya
yang kecil seperti baterai film tipis karena perangkat elektronik dengan daya
rendah telah digunakan karena kemajuan teknologi baru-baru ini. Baterai harus
memiliki keamanan yang baik dan juga dapat digunakan untuk mobil listrik .
Tidak hanya kendaraan listrik dan kendaraan listrik hibrida, tetapi juga kendaraan
sel bahan bakar isi ulang dengan keamanan tinggi dan kehandalan yang
tinggi.(Minami,2005).
Pada tahun 1990 Sony berhasil mengembangkan jenis baru sel
elektrokimia dengan elektrolit non-liquid, anoda karbon lithiated dan katoda
LiCoO 2 , yaitu bernama baterai sekunder ion Lithium (Libs) dan diperkenalkan ke
dalam pasar untuk pertama kali pada tahun 1991 oleh Sony. Baterai Litium
sekunder adalah sebagai sumber daya untuk perangkat listrik seperti telepon
seluler, komputer, maupun kamera, karena baterai ini memiliki sifat unggul.
Baterai Lithium terdiri dari tiga komponen utama yaitu elektroli, anoda dan
katoda. Beberapa material katoda pada baterai ion Lithium yang telah disintesis
yaitu lithium mangan oxide (LiMn 2 O 4 ), lithiumcobalt oxide (LiCoO 2 ) dan lithium
iron phospate (LFP).(Minami,2005).
Lithium Ferro Mangan Nikel Phospat(LiFeMnNiPO 4 ) adalah sumber
pembangkit listrik yang baru karena lebih ringan dan memiliki densitas energi
yang lebih tinggi, tidak ada efek memori, tahan lama, kemampuan mengisi
(charge) lebih besar, ramah lingkungan dan lebih aman dibandingkan dengan
baterai jenis lain.(Hongbo,2013).
Universitas Sumatera Utara
2
Namun dengan berbagai kelebihan tersebut, LFP memiliki konduktivitas
listrik yang rendah, yaitu sebsar 10-9 S/cm, hal tersebut sangat kurang bila
dihubungkan dengan tingkat konduktivitas baterai yang sangat rendah untuk
digunakan pada aplikasi daya tinggi. LiFePO 4 /C komposit disusun melalui
sederhana dengan suhu tinggi untuk lebih efektif meningkatkan kinerja
elektrokimia LiFePO 4 /C. LiFePO 4 /C dengan Ni dan Mn didoping disintesis oleh
suhu tinggi dengan solid state, pengaruh Ni dan Mn didoping dengan jumlah yang
berbeda pada struktur, morfologi dan properti elektrokimia LiFePO 4 /C. LiMnPO 4
merupakan kandidat yang sangat menarik untuk digunakan sebagai bahan aktif
dalam sel Lithium Ion. Materi yang menggabungkan keselamatan yang tinggi di
negara dibebankan dengan kepadatan energi yang sebanding dengan bahan yang
digunakan secara komersial dan biaya bahan baku yang rendah.(Xianyou,2013).
1.2 Perumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh doping Mn pada sintesis LFP?
2. Bagaimana cara pembuatan LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 sebagai bahan aktif
katoda?
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui cara pembuatan LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 sebagai bahan aktif
katoda.
2. Mengetahui pengaruh doping Mn pada LFP.
3. Mengetahui dan menganalisa serbuk katoda LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 .
1.4 Manfaat Penelitian
Kerja tugas akhir ini diharapkan dapat menambah wawasan tentang tentang cara
pembuatan LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 /C pada baterai Lithium dan pengalaman untuk
menuju ke dunia kerja bagi penulis khususnya. Dan juga dapat menjadi acuan
dalam perkembangan dan penelitian dalam bidang baterai Lithium pada aplikasi
kendaraan listrik.
Universitas Sumatera Utara
3
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Membuat LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 sebagai material aktif katoda pada baterai
lithium dengan variasi 0 ≤ x ≤ 0.2.
2. Pembuatan serbuk dilakukan dengan metode metalurgi serbuk, yaitu
kalsinasi 700 ℃ selama 2 jam dan sintering awal selama 8 jam dan
sintering kedua selama 2 jam dalam kondisi inert gas nitrogen.
3. Mengkarakterisasi
sampel
serbuk
katoda
LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4
mengunakan X-Ray Diffraction (XRD), SEM-EDX, dan EIS.
Universitas Sumatera Utara
4
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan tugas akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
Bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses
pengembilan data, analisa data serta pembahasan.
Bab 3 Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang rancangan penelitian, tempat dan waktu
penelitian, peralatan dan bahan penelitian, prosedur penelitian serta
diagram alir penelitian.
Bab 4 Hasil dan PembahasanPenelitian
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang
diperoleh dari penelitian.
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
Bab ini menyajikan kesimpulan dari seluruh kegiatan dan hasil penelitian
dan berisi saran-saran yang diperlukan untuk pengembangan dan
penelitian lebih lanjut.
Daftar Pustaka
Berisi tentang literatur yang digunakan sebagai referensi dalam penulisan
tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara