PENGEMBANGAN BATERAI LITHIUM ION DENGAN MENGGUNAKAN ANODA CAMPURAN LITHIUM TITANAT (Li4Ti5O12) - GRAFIT.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAPORAN TUGAS AKHIR
PENGEMBANGAN BATERAI LITHIUM ION DENGAN
MENGGUNAKAN ANODA CAMPURAN LITHIUM TITANAT
(Li4Ti5O12) - GRAFIT
Disusun Oleh:
HILMAN MAULANA MA’RUF
I 8312023
WAKID BUDIMAN
I 8312055
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN TUGAS AKHIR
: 1. Hilman Maulana Ma’ruf (I 8312023)
Nama / NIM
2. Wakid Budiman
Judul Tugas Akhir
(I 8312055)
: Pengembangan Baterai Lithium ion dengan
Menggunakan Anoda Campuran Lithium Titanat
(Li4Ti5012)-grafit
Dosen Pembimbing
: Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T.
Surakarta,
Agustus 2015
Mengetahui,
Ketua Program Studi DIII Teknik Kimia
Dosen Pembimbing
Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph. D.
NIP. 19790924 200312 1 002
Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T.
NIP. 19750411 199903 1 001
Dosen Penguji I
Ir. Arif Jumari, M.Sc.
NIP.19650315 199702 1 001
Dosen Penguji II
Dr. Adrian Nur, S.T., M.T.
NIP. 19730108 200012 1 001
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LEMBAR KONSULTANSI
Tugas Akhir
Nama / NIM
Judul Tugas Akhir
Tanggal Mulai Bimbingan
Pembimbing
No
Tanggal
: 1. Hilman Maulana Ma’ruf / I 8312023
2. Wakid Budiman
/ I 8312055
: Pengembangan Baterai lithium ion dengan
Menggunakan Anoda Campuran Lithium Titanat
(Li4Ti5O12)-grafit
: ……………………………………
: Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T.
Konsultasi
Paraf
Keterangan
Jumlah konsultasi dengan masing-masing pembimbing minimal sebanyak 8 kali untuk
dapat dinyatakan selesai .
Dinyatakan selesai
Tanggal :
Dosen Pembimbing
Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T.
NIP.19750411 199903 1 001
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT. Yang telah melimpahkan rahmat
dan anugerahNya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
Laporan ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Studi
Diploma Tiga Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil
sebagai hasil percobaan.
Penyusun menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah
menbantu sehingga dapat menyelesaikan laporan ini :
1. Bapak Mujtahid Kaavesina S.T., M.T., Ph.D selaku Ketua Program Studi
Diploma III Teknik Kimia UNS.
2. Bapak Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T. selaku dosen pembimbing
tugas akhir.
3. Orang tua yang telah memberikan dukungan moral maupun materi kepada
kami.
4. Teman-teman D3 Teknik Kimia UNS Angkatan 2012 yang telah
membantu dan bekerjasama dengan baik dalam penyusunan tugas akhir.
5. Semua pihak yang telah membantu atas tersusunnya laporan tugas akhir
ini.
Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini terdapat
kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu, penyusun mengharapkan adanya
kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan laporan ini.
Akhir kata penyusun mengharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi
rekan-rekan dan pembaca yang memerlukan.
Surakarta,
Juli 2015
Penyusun
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul..................................................................................................
i
Lembar Pengesahan .........................................................................................
ii
Lembar Konsultasi .......................................................................................... iii
Kata Pengantar ................................................................................................. iv
Daftar Isi...........................................................................................................
v
Daftar Tabel ..................................................................................................... vii
Daftar Gambar.................................................................................................. viii
Intisari ..............................................................................................................
BAB I
BAB II
BAB III
ix
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah ...........................................................
1
I.2 Rumusan Masalah ....................................................................
3
I.3 Tujuan.......................................................................................
3
I.4 Manfaat.....................................................................................
3
LANDASAN TEORI
II.1 Tinjauan Pustaka ....................................................................
4
II.1.1 Baterai Lithium ion ....................................................
5
II.1.2 Komponen Baterai Lithium.........................................
5
II.1.3 Lithium titanat (Li4Ti5O12) .........................................
6
II.1.4 Grafit ..........................................................................
7
II.1.5 Acetylene Black ..........................................................
7
II.1.4 Elektrolit LiPF6 ..........................................................
8
II.1.5 Metode Doctor Blade ................................................
8
II.2 Kerangka Pemikiran ..............................................................
9
METODOLOGI
III.1 Alat dan Bahan ..................................................................... 10
III.2 Gambar Rangkaian Alat ........................................................ 11
III.3 Lokasi .................................................................................... 12
III.4 Cara Kerja ............................................................................ 12
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil Percobaan .................................................................... 18
commit to user
IV.2 Hasil Analisa charge-discharge .......................................... 19
v
perpustakaan.uns.ac.id
BAB V
digilib.uns.ac.id
PENUTUP
V.1 Kesimpulan ...........................................................................
24
V.2 Saran ......................................................................................
24
Daftar Pustaka .................................................................................................
xi
Lampiran .........................................................................................................
L-1
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus Sebesar 1C, 2C,
dan 3C ........................................................................................... 19
Tabel IV.2 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus Sebesar 1C....... 20
Tabel IV.3 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan arus sebesar 2C......... 21
Tabel IV.4 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus sebesar 3C........ 22
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1
Perpindahan ion lithium dari katoda ke anoda.........................
Gambar II.2
Kedudukan atom-atom dalam 2 subsel unit kubik dari struktur
4
spinel Li4Ti5O12......................................................................... 6
Gambar II.3
Diagram Alir Proses Persiapan Lembaran Anoda...................
9
Gambar II.4
Diagram Alir Proses Pembuatan dan Analisa Sel Baterai ......
9
Gambar III.1 Rangkaian Alat ........................................................................ 11
Gambar III.2 Tampilan Perintah Channel Display........................................ 14
Gambar IV.1 Baterai Lithium Hasil Percobaan............................................ 18
Gambar IV.2 Pengujian Charge-Discharge dengan Eight Channel Battery
Analyzer .................................................................................. 19
Gambar IV.3 Grafik Hubungan antara Arus Charge-Discharge (C) dengan
Kapasitas Discharge (mAh).................................................... 20
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI
Hilman Maulana Ma’ruf, Wakid Budiman 2015, “Laporan Tugas Akhir
Pengembangan Baterai Lithium Ion dengan Menggunakan Anoda
Campuran Litium Titanat (Li4Ti5O12)-Grafit”. Program Studi Diploma III
Teknik Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Perkembangan baterai lithium ion sekarang ini sedang menjadi perhatian
karena aplikasinya yang semakin meluas pada berbagai macam peralatan
elektronik portabel dan mobil elektrik. Berbagai upaya telah banyak dilakukan
untuk meningkatkan performa baterai lithium ion salah satunya dengan mencoba
mengganti material elekroda anoda. Kebanyakan baterai lithium ion komersil
menggunakan anoda grafit. Namun, grafit juga memiliki kelemahan yaitu tidak
mampu diaplikasikan dalam kondisi arus tinggi (>4C). Litium titanat (Li4Ti5O12)
dapat menjadi anoda yang mampu mengurangi kelemahan tersebut. Selain itu
Li4Ti5O12 juga memiliki keamanan yang tinggi dan waktu hidup yang lama.
Pembuatan baterai litium ion dengan anoda campuran litium titanat-grafit
tipe silinder dibuat dengan metode doctor blade. Elektroda anoda dibuat dengan
mencampur material anoda sebanyak 8,8x3 gram yang dicampur dengan asetilen
carbon black sebanyak 1,2 x 3 gram lalu dihaluskan dengan ballmill selama 30
menit. Setelah dihaluskan bahan tersebut ditambah dengan 14,6 x 3 gram
polivinilidene flouride yang sudah dilarutkan dalam NMP dengan perbandingan
PVDF:NMP = 1:10. Campuran bahan-bahan tersebut dimasukkan dalam vacuum
mixer agar homogen selama 1 jam. Hasilnya berupa slurry yang kemudian
dilapiskan pada lembaran tembaga untuk membuat lapisan film anoda dengan
ketebalan 150 µm. Film anoda kemudian di press dan dipotong dengan ukuran 40
cm x 5,5 cm lalu ditimbang dan dicatat beratnya. Film anoda selanjutnya digulung
sebagai komponen anoda baterai lithium dengan katoda LiFePO4.
Persentase litium titanat yang digunakan sebagai campuran pada anoda
Baterai yaitu 30%,40%,60%,75%. Baterai yang berhasil dibuat kemudian
dilakukan pengujian charge-discharge capacity. Pada percobaan ini pengujian
charge-discharge menggunakan arus sebesar 300 mA sebagai pengujian awal
kemudian dilanjutkan dengan arus sebesar 1C,2C dan 3C dengan menggunakan
eight channel baterai analizer untuk mengetahui performa baterai lthium. Anoda
dengan grafit murni dipakai sebagai pembanding. Dari hasil pengujian chargedischarge pada arus 2C dan 3C menunjukkan semakin tinggi kadar litium titanat
kehilangan kapasitasnya semakin kecil.
Produksi baterai lithium perhari sebanyak 50 buah dengan harga jual
perbuah sebesar Rp. 40.000. harga jual tersebut menghasilkan keuntungan Rp.
12.416 per buah dengan pay out time sebesar 3163 hari.
commit to user
v
digilib.uns.ac.id
LAPORAN TUGAS AKHIR
PENGEMBANGAN BATERAI LITHIUM ION DENGAN
MENGGUNAKAN ANODA CAMPURAN LITHIUM TITANAT
(Li4Ti5O12) - GRAFIT
Disusun Oleh:
HILMAN MAULANA MA’RUF
I 8312023
WAKID BUDIMAN
I 8312055
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN TUGAS AKHIR
: 1. Hilman Maulana Ma’ruf (I 8312023)
Nama / NIM
2. Wakid Budiman
Judul Tugas Akhir
(I 8312055)
: Pengembangan Baterai Lithium ion dengan
Menggunakan Anoda Campuran Lithium Titanat
(Li4Ti5012)-grafit
Dosen Pembimbing
: Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T.
Surakarta,
Agustus 2015
Mengetahui,
Ketua Program Studi DIII Teknik Kimia
Dosen Pembimbing
Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph. D.
NIP. 19790924 200312 1 002
Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T.
NIP. 19750411 199903 1 001
Dosen Penguji I
Ir. Arif Jumari, M.Sc.
NIP.19650315 199702 1 001
Dosen Penguji II
Dr. Adrian Nur, S.T., M.T.
NIP. 19730108 200012 1 001
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LEMBAR KONSULTANSI
Tugas Akhir
Nama / NIM
Judul Tugas Akhir
Tanggal Mulai Bimbingan
Pembimbing
No
Tanggal
: 1. Hilman Maulana Ma’ruf / I 8312023
2. Wakid Budiman
/ I 8312055
: Pengembangan Baterai lithium ion dengan
Menggunakan Anoda Campuran Lithium Titanat
(Li4Ti5O12)-grafit
: ……………………………………
: Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T.
Konsultasi
Paraf
Keterangan
Jumlah konsultasi dengan masing-masing pembimbing minimal sebanyak 8 kali untuk
dapat dinyatakan selesai .
Dinyatakan selesai
Tanggal :
Dosen Pembimbing
Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T.
NIP.19750411 199903 1 001
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT. Yang telah melimpahkan rahmat
dan anugerahNya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
Laporan ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Studi
Diploma Tiga Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil
sebagai hasil percobaan.
Penyusun menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah
menbantu sehingga dapat menyelesaikan laporan ini :
1. Bapak Mujtahid Kaavesina S.T., M.T., Ph.D selaku Ketua Program Studi
Diploma III Teknik Kimia UNS.
2. Bapak Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T. selaku dosen pembimbing
tugas akhir.
3. Orang tua yang telah memberikan dukungan moral maupun materi kepada
kami.
4. Teman-teman D3 Teknik Kimia UNS Angkatan 2012 yang telah
membantu dan bekerjasama dengan baik dalam penyusunan tugas akhir.
5. Semua pihak yang telah membantu atas tersusunnya laporan tugas akhir
ini.
Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini terdapat
kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu, penyusun mengharapkan adanya
kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan laporan ini.
Akhir kata penyusun mengharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi
rekan-rekan dan pembaca yang memerlukan.
Surakarta,
Juli 2015
Penyusun
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
Halaman Judul..................................................................................................
i
Lembar Pengesahan .........................................................................................
ii
Lembar Konsultasi .......................................................................................... iii
Kata Pengantar ................................................................................................. iv
Daftar Isi...........................................................................................................
v
Daftar Tabel ..................................................................................................... vii
Daftar Gambar.................................................................................................. viii
Intisari ..............................................................................................................
BAB I
BAB II
BAB III
ix
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah ...........................................................
1
I.2 Rumusan Masalah ....................................................................
3
I.3 Tujuan.......................................................................................
3
I.4 Manfaat.....................................................................................
3
LANDASAN TEORI
II.1 Tinjauan Pustaka ....................................................................
4
II.1.1 Baterai Lithium ion ....................................................
5
II.1.2 Komponen Baterai Lithium.........................................
5
II.1.3 Lithium titanat (Li4Ti5O12) .........................................
6
II.1.4 Grafit ..........................................................................
7
II.1.5 Acetylene Black ..........................................................
7
II.1.4 Elektrolit LiPF6 ..........................................................
8
II.1.5 Metode Doctor Blade ................................................
8
II.2 Kerangka Pemikiran ..............................................................
9
METODOLOGI
III.1 Alat dan Bahan ..................................................................... 10
III.2 Gambar Rangkaian Alat ........................................................ 11
III.3 Lokasi .................................................................................... 12
III.4 Cara Kerja ............................................................................ 12
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil Percobaan .................................................................... 18
commit to user
IV.2 Hasil Analisa charge-discharge .......................................... 19
v
perpustakaan.uns.ac.id
BAB V
digilib.uns.ac.id
PENUTUP
V.1 Kesimpulan ...........................................................................
24
V.2 Saran ......................................................................................
24
Daftar Pustaka .................................................................................................
xi
Lampiran .........................................................................................................
L-1
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus Sebesar 1C, 2C,
dan 3C ........................................................................................... 19
Tabel IV.2 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus Sebesar 1C....... 20
Tabel IV.3 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan arus sebesar 2C......... 21
Tabel IV.4 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus sebesar 3C........ 22
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1
Perpindahan ion lithium dari katoda ke anoda.........................
Gambar II.2
Kedudukan atom-atom dalam 2 subsel unit kubik dari struktur
4
spinel Li4Ti5O12......................................................................... 6
Gambar II.3
Diagram Alir Proses Persiapan Lembaran Anoda...................
9
Gambar II.4
Diagram Alir Proses Pembuatan dan Analisa Sel Baterai ......
9
Gambar III.1 Rangkaian Alat ........................................................................ 11
Gambar III.2 Tampilan Perintah Channel Display........................................ 14
Gambar IV.1 Baterai Lithium Hasil Percobaan............................................ 18
Gambar IV.2 Pengujian Charge-Discharge dengan Eight Channel Battery
Analyzer .................................................................................. 19
Gambar IV.3 Grafik Hubungan antara Arus Charge-Discharge (C) dengan
Kapasitas Discharge (mAh).................................................... 20
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI
Hilman Maulana Ma’ruf, Wakid Budiman 2015, “Laporan Tugas Akhir
Pengembangan Baterai Lithium Ion dengan Menggunakan Anoda
Campuran Litium Titanat (Li4Ti5O12)-Grafit”. Program Studi Diploma III
Teknik Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Perkembangan baterai lithium ion sekarang ini sedang menjadi perhatian
karena aplikasinya yang semakin meluas pada berbagai macam peralatan
elektronik portabel dan mobil elektrik. Berbagai upaya telah banyak dilakukan
untuk meningkatkan performa baterai lithium ion salah satunya dengan mencoba
mengganti material elekroda anoda. Kebanyakan baterai lithium ion komersil
menggunakan anoda grafit. Namun, grafit juga memiliki kelemahan yaitu tidak
mampu diaplikasikan dalam kondisi arus tinggi (>4C). Litium titanat (Li4Ti5O12)
dapat menjadi anoda yang mampu mengurangi kelemahan tersebut. Selain itu
Li4Ti5O12 juga memiliki keamanan yang tinggi dan waktu hidup yang lama.
Pembuatan baterai litium ion dengan anoda campuran litium titanat-grafit
tipe silinder dibuat dengan metode doctor blade. Elektroda anoda dibuat dengan
mencampur material anoda sebanyak 8,8x3 gram yang dicampur dengan asetilen
carbon black sebanyak 1,2 x 3 gram lalu dihaluskan dengan ballmill selama 30
menit. Setelah dihaluskan bahan tersebut ditambah dengan 14,6 x 3 gram
polivinilidene flouride yang sudah dilarutkan dalam NMP dengan perbandingan
PVDF:NMP = 1:10. Campuran bahan-bahan tersebut dimasukkan dalam vacuum
mixer agar homogen selama 1 jam. Hasilnya berupa slurry yang kemudian
dilapiskan pada lembaran tembaga untuk membuat lapisan film anoda dengan
ketebalan 150 µm. Film anoda kemudian di press dan dipotong dengan ukuran 40
cm x 5,5 cm lalu ditimbang dan dicatat beratnya. Film anoda selanjutnya digulung
sebagai komponen anoda baterai lithium dengan katoda LiFePO4.
Persentase litium titanat yang digunakan sebagai campuran pada anoda
Baterai yaitu 30%,40%,60%,75%. Baterai yang berhasil dibuat kemudian
dilakukan pengujian charge-discharge capacity. Pada percobaan ini pengujian
charge-discharge menggunakan arus sebesar 300 mA sebagai pengujian awal
kemudian dilanjutkan dengan arus sebesar 1C,2C dan 3C dengan menggunakan
eight channel baterai analizer untuk mengetahui performa baterai lthium. Anoda
dengan grafit murni dipakai sebagai pembanding. Dari hasil pengujian chargedischarge pada arus 2C dan 3C menunjukkan semakin tinggi kadar litium titanat
kehilangan kapasitasnya semakin kecil.
Produksi baterai lithium perhari sebanyak 50 buah dengan harga jual
perbuah sebesar Rp. 40.000. harga jual tersebut menghasilkan keuntungan Rp.
12.416 per buah dengan pay out time sebesar 3163 hari.
commit to user
v