Pengaruh Pelapisan Karbon pada Bahan Aktif Anoda Na2Li2Ti6O14

PENGARUH PELAPISAN KARBON PADA BAHAN AKTIF
ANODA Na2Li2Ti6O14

SKRIPSI

ANDI MULYA
120801021

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2016

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH PELAPISAN KARBON PADA BAHAN AKTIF
ANODA Na2Li2Ti6O14

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat

mencapai gelar sarjana Sains

ANDI MULYA
120801021

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2016

Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH PELAPISAN KARBON PADA BAHAN AKTIF ANODA
Na2Li2Ti6O14

OLEH :

ANDI MULYA
NIM : 120801021


Disetujui Oleh :
Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Bambang Prihandoko

Dr. Kerista Sebayang, M.S
M.T
NIP: 195806231986011001

NIP: 196512251987011001

Diketahui Oleh :

Departemen Fisika FMIPA USU

Pusat Penelitian Fisika-LIPI

Ketua,


Kepala,

Dr. Marhaposan Situmorang

Dr. Bambang Widiyatmoko, M, Eng.

NIP: 195510301980031003

NIP: 196204301989031001

Universitas Sumatera Utara

PERSETUJUAN

Judul

: Pengaruh Pelapisan Karbon pada
Bahan Aktif Anoda Na2 Li2Ti6O14

Kategori


: Skripsi

Nama

: Andi Mulya

NomorIndukMahasiswa

: 120801021

Program studi

: Sarjana (S1) Fisika

Departemen

: Fisika

Fakultas


: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

Disetujuidi :
Medan, Juni 2016

DisetejuiOleh
Pembimbing,

DepartemenFisika FMIPA USU
Ketua,

Dr. KeristaSebayang, M.S
NIP : 195806231986011001

Dr. MarhaposanSitumorang
NIP : 195510301980031003

Universitas Sumatera Utara


PERNYATAAN

PENGARUH PELAPISAN KARBON PADA BAHAN AKTIF
ANODA Na2Li2Ti6O14

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri. Kecuali
beberapa kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juni 2016

ANDI MULYA
120801021

Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN

Alhamdulliah, ucapan syukur yang tak terkira kepada yang pecipta alam semesta.

Allah SWT yang telah memberikan begitu banyak kenikmatan berupa Iman dan
Islam. Shalawat beriringkan salam ditunjukan kepada baginda Rasulullah saw
yang memiliki peranan besar dalam peradapan dunia dan menjadi tauladan paling
sempurna hingga saat ini.
Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari partisipasi dan bantuan dari berbagai
pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang setulustulusnya kepada :
1. Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika & Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, serta selaku pembimbing
di Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan masukan dan
arahan dalam menyelesaikan skripsi.
2. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas
Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku Sekertaris
Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, dan seluruh staf pengajar
beserta pegawai administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan
fasilitas kepada penulis selama perkuliahan.
3. Dr. Bambang Prihandoko, selaku komisi pembimbing di Pusat Penelitian
Fisika LIPI, yang telah memberikan banyak pengetahuan dan selalu sabar
dalam membimbing penulis selama penelitian.
4. Prof. Dr. T. Sembiring, M.Sc, Dr. Kurnia Sembring, MS, Drs.
Achiruddin,MS selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak saran

yang membuat skripsi ini lebih baik.
5. Orang Tua tercinta; Ayahanda Karmin, Ibunda Sulastri, untuk doa,
dukungan baik secara moril dan finansial, kasih sayang, perhatian,
kesabaran, motivasi dan nasehat. Terima kasih telah memberikan warna
yang sangat indah dalam hidup ini.
6. Teman-teman yang luar biasa : Rahmad Saleh Nasution, Muhammad
Balyan, Muhammad Iqbal, Indah Juriani, Devi Handayani Safitri,

Universitas Sumatera Utara

Giassanistya Fadilah Marpaung, Eva Wahyuni Harahap, Fatimah Marwa
Nasution, Dina Anggriani. Terima kasih atas kebersamaan yang telah
diberikan selama perkuliahan.
7. Teman-teman satu bimbingan selama di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang
telah membantu peneliti dalam menjalani penelitian : Kana cicik.
8. Teman-teman seperjuangan : Rahmad Saleh Nasution, Firman Lamsyah,
Rizuriniko Saragih, Muhammad Taufik, Indah Juriani, Devi Handayani
Saftri, Giassanistya Fadilah Marpaung, Mia Aulia Dhika dan Elisabet
Fransiska Sinaga. Terima kasih atas kebersamaan yang telah diberikan
baik dalam suka maupun duka selama menjalani penelitian.

Atas kesadaran dan keterbatasan diri, masukan dan pengembangan lanjutan
akan hasil penelitian ini diharapkan hadir sebagai proses perkembanagan ilmu
pengetahuan. Harapan yang sederhana, semoga banyak manfaat yang didapat
dari tulisan ini.

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH PELAPISAN KARBON PADA BHAN AKTIF ANODA
Na2Li2Ti6O14
ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian pembuatan sintesis bahan : LiOH.H2O, TiO2 dan
Na2CO3 untuk mengetahui pengaruh pelapisan bahan karbon pada bahan aktif
anoda Na2Li2Ti6O14. Dengan metode metalurgi serbuk pada kalsinasi 700 oC
selama 2 jam dan di sintering 800 oC. Kemudian dilakukan coating dengan
tapioka dan asam asetat dengan perbandingan bahan 12:1, 10:1, 8:1 melaui proses
pirolisa dengan carbon natrium.untuk menentukan pengaruh pelapisan dalam
performa elektrokimia sel baterai Na 2Li2Ti6O14. Pengujian yang dilakukan yaitu
analisa fasa dan struktur kristal menggunakan XRD, mengetahui konduktivitas
menggunakan EIS, mengetahui reaksi redoks menggunakan CV, dan mengetahui

kapasitas menggunakan CD. Analisa XRD dihasilkan fasa yang terbentuk adalah
lithium sodium titanium oxide dengan rumus kimia (NaLiTi3O7) dan fasa
rutyl,syn dengan rumus kimia (TiO2) sebanyak 96 % dan 4 %. Hasil EIS
menunjukkan konduktivitas yang tertinggi adalah pada 12:1 konduktivitas
terendah adalah tanpa coating, kemudian hasil yang ditunjukan pada sampel CV
12:1, 10:1, 8:1 dan non coating puncak oksidasi/reduksi yang memilki terbaik
adalah 10:1, dan kapasitas terbaik pada sampel 12:1 dengan kapasitas charge
101,7 mAh/g dan kapasitas discharge 60,9 mAh/g.
Kata kunci : Metalurgi serbuk, kalsinasi, sintering, proses pirolisa, konduktivitas.

Universitas Sumatera Utara

THE INFLUENCE OF THE CARBON COATING ON THE ANODE ACTIVE
MATERIAL Na2Li2Ti6O14

ABSTRACT

Research the influence of the carbon coating on the anode active material
material Na 2Li2Ti6O14 has been conducted synthesis manufacturing materials:
LiOH.H2O, TiO2 and Na 2CO3 to know influence of coating materials on carbon

anode Na 2Li2Ti6O14 active ingredients. Powder metallurgy methods on kalsinasi
700 oC for 2 hours in sintering and 800 °C. Then done coating with tapioca and
acetic acid with comparative ingredients. 12:1, 10:1, 8:1 via the process of
pyrolysis carbon with sodium. to determine the influence of the coating in an
electrochemical cell Na 2Li2Ti6O14 battery performance. Testing done i.e. the
phase analysis and crystal structure using XRD, knowing the conductivity using
EIS, knows the redox reactions using the CV, and knowing the capacity of using
the CD. XRD analysis generated by the phase is lithium sodium titanium oxide
chemical formula (NaLiTi3O7) and phase rutyl, syn with the chemical formula
(TiO2) as many as 96% and 4%. The results of the EIS shows the highest
conductivity was at 12:1 is the lowest conductivity without the coating, then the
results are shown on a sample CV 12:1, 10:1, 8:1 and non oxidation/reduction of
peak coating that has best is 10:1, and the best capacity on samples of 12:1 with a
capacity charge 101.7 mAh/g and a discharge capacity 60.9 mAh/g.
Keyword : kalsinasi, metallurgy, sintering, the process of pyrolysis, conductivity.

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
I

Lembar Pengesahan
Persetujuan

Ii

Pernyataan

Iii

Penghargaan

Iv

Abstrak

Vi

Abstract

Vii

Daftar Isi

Viii

Daftar Tabel

Xi

Daftar Gambar

Xii

Daftar Lampiran

Xiii

BAB 1. Pendahuluan
1.1.Latar Belakang

1

1.2.Rumusan Masalah

3

1.3.Tujuan Penelitian

4

1.4.Manfaat Penelitian

4

1.5.Batasan Masalah

4

1.6.Sistematika Penulisan

5

BAB 2. Tinjauan Pustaka
6

2.1. Baterai

6

2.1.1. Pengertian Baterai

7

2.1.2. Pengoprasian Baterai
2.1.3. Komponen dalam Lembaran Elektroda

10
10

2.2. Baterai Ion Lithium
2.2.1. Spesifikasi Kimia Baterai Ion Lithium

11

2.2.2. Katoda (elektroda positif)

13

2.2.3. Elelektrolit

13

2.2.4. Anoda

14

2.3. Grafit sebagai anoda

14

2.4. Li2Ti5O12 sebagai Anoda

14

Universitas Sumatera Utara

2.5. SEI sebagai Anoda

15

2.6. Lithium Titanate

16

2.7. Proses Pembuatan

17

2.7.1. Proses Metalurgi Serbuk

17

2.7.2. Proses Pirolisa

18

2.7.3. Kalsinasi

18

2.7.4. Sitering

19
20

2.8. Karakterisasi
2.8.1. Karaterisasi X-Ray Diffraction

20

2.8.2. Karakterisasi Electrochemical Impedance

20

Spectroscopy.

2.8.3. Karakterisasi Cyclic Voltammetry

21

2.8.4. Karakterisasi Kapasitas baterai

22

(Charge/Discharge)
BAB 3. Metodologi Penelitian
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

23

3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian

23

3.2.1. Bahan

23

3.2.2. Peralatan Penelitian

23
25

3.3. Perhitungan Massa Bahan
3.3.1. Pembuatan Material Anoda Na2Li2Ti6O14

25

3.3.2. Pembuatan Lembaran Anoda Na2Li2Ti6O14

25
26

3.4. Tahapan penelitian
3.4.1. Pembuatan Material Anoda Na2Li2Ti6O14

26

3.4.2. Pembuatan Lembaran Anoda Na2 Li2Ti6O14

27

3.5. Prosedur Penelitian

28

3.6. Karakterisasi

30

3.6.1. Karakterisasi X-Ray Diffraction

30

3.6.2. Karakterisasi Electrochemichal Impedance

31

Spectroscopy

31
3.6.3. Karakterisasi Cyclic Voltammetry

Universitas Sumatera Utara

31

3.6.4. Karakterisasi Charge/Discharge
BAB 4. Hasil dan Pembahasaan
4.1. Karakteristik Material Anoda Na2Li2Ti6O14
4.1.1. Analisa Fasa dan Struktur Kristal Na2Li2Ti6O14

32
32

menggunakan XRD
4.2. Karakterisasi Sel terhadap Lembaran Na 2Li2Ti6O14
4.2.1. Analisa EIS (Electrochemical Impedance

34
35

Spectroscopy)

4.2.2. Analisa Elektkimia dengan CV (Cyclic

38

Voltammetry)

4.2.3. Analisa CD (Charge Discharge)

39

BAB 5. Kesimpulan dan Saran
5.1. Kesimpulan

41

5.2. Saran

41

Daftar Pustaka

42

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

Tabel
3.1

Perbandingan komposisi bahan dalam (gr) pada pembuatan

25

material anoda
3.2

Perbandingan Komposisi bahan dalam (gr) pada pembuatan

25

lembaran anoda
3.3

Komposisi bahan NaLiTi3O

28

4.1

34

4.2

Hasil analisis struktur kristal (parameter kisi) NaLiTi3O7 dan
TiO2
Resistansi sampel A1,A2,A3,A4 hasil uji EIS

4.3

Kapasitas Retensi charge discharge

40

37

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

Gambar
1.1

Market Profile dari baterai di dunia

1

1.2

Model struktur grafit

2

2.1

Skema baterai Lithium ion yang sederhana

8

2.2

Skema lengkap baterai Lithium ion

9

2.3

Skematik bahan elektroda dalam baterai Lithium-ion

13

2.4

Sebuah kemungkinan yang ada pada komposisi lapisan

15

SEI pada anoda grafit dalam baterai Li-ion
2.5

Profil tegangan yang harus dipenuhi

22

4.1

Struktur Orthorhombic

32

4.2

Struktur Tetragonal

33

4.3

Grafik dan bidang hkl hasil XRD pada Na2Li2Ti6O14

33

4.4

Hasil lembaran anoda Na2Li2Ti6O12 pada sampel A1, A2,

35

A3 dan A4.
4.5

Grafik cole-cole plot A1, A2, A3, A4 hasilUji EIS

36

4.6

Grafik cole-cole plot hasilUji EIS

37

4.7

Grafik Voltammogram siklik pada sampel NaLTO, A1,

38

A2, A, A4
4.8

Hasil pengujian Charge Discharge Na2Li2Ti6O14

40

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran
A
B

C

Judul

Halaman

Perhitungan Komposisi Bahan

44

1. Gambar Bahan Penelitian

47

2. Gambar Peralatan Penelitian

49

Persentase Data XRD

53

Universitas Sumatera Utara