2.2.1 Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium
Reaksi kimia dalam baterai sekunder bersifat reversible, sehingga material tersebut memiliki struktur kristal dengan kemampuan
insertion compound
David, 1994, yaitu material keramik yang mampu menerima dan melepaskan x koefisien
ion lithium per mol A
z
B
y
tanpa mengalami perubahan besar atau kerusakan dalam struktur kristalnya. Kemampuan kapasitas energi yang tersimpan dalam baterai
lithium tergantung pada berapa banyak ion lithium yang dapat disimpan dalam struktur bahan elektrodanya dan berapa banyak yang dapat bergerak dalam proses
c
harge
dan
discharge
, karena jumlah arus elektron yang tersimpan dan tersalurkan sebanding dengan jumlah ion lithium yang bergerak.
Lithium merupakan atom logam alkali yang terdapat pada golongan IA didalam unsur periodik. Atom-atom logam alkali golongan IA memiliki energi
ionisasi yang paling kecil, dimana energi ionisasi merupakan energi yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron terluar dari suatu atom. Sehingga
semakin kecil energi ionisasi yang dimiliki suatu unsur maka akan semakin mudah atom tersebut melepaskan elektron. Teori ini yang mendasari bahwajumlah
ion lithium yang bergerak akan sama dengan jumlah elektron yang dihasilkan. Pada proses discharge material anoda akan terionisasi menghasilkan ion
lithium bermuatan positif dan akan bergerak ke dalam elektrolit menuju komponen katoda sementara elektron yang dihasilkan akan dilepas bergerak
melalui rangkaian luar menuju katoda. Ion lithium ini akan masuk kedalam anoda
melalui mekanisme interkalasi seperti pada Gambar 2.1. Saat
charge
akan terjadi aliran ion dan elektron dengan arah kebalikan dari proses
discharge.
Universitas Sumatera Utara
Electrolyte LiPF
6
Charge
Discharge
Separator
Li C
6
LiCoO
2
Gambar 2.1 Proses
charge -discharge
pada baterai ion lithium dengan anoda grafit dan katoda lithium kobalt
Ketika berbicara tentang konduksi ion didalam kristal, hal yang paling penting untuk diperhatikan yaitu struktur host pada materianya. Perpindahan ion
lithium pada material katoda sangat bergantung pada potensial interaksi antara ion lithium dan struktur host material. Model sederhana untuk menentukan difusi ion
dalam berbagai struktur kristal dalap dilihat dalam persamaan berikut W
T
= W
C
+ W
P
+ W
R
2.1 Dimana :
W
T
= Total energi potensial W
C
= Interaksi Coulomb W
P
= Interaksi van der Waals W
R
= Tolakan tumpang tindih antar ion Total energi potensial dari ion menyebar dalam kristal dihitung dan
diasumsikan bahwa perpindahan ion telah terjadi mengikuti jalan total energi minimum sesuai dengan bentuk jalur difusi 1D, 2D, dan 3D.
Reaksi yang terjadi pada sistem baterai lithium merupakan reaksi reduksi dan oksidasi yang terjadi pada katoda dan anoda baterai. Reaksi reduksi adalah
reaksi penambahan elektron oleh suatu molekul atau atom sedangkan reaksi oksidasi adalah reaksi pelepasan elektron pada suatu molekul atau atom. Pada
percobaan ini material yang dipakai pada adalah LiC
6
dan material katoda yang digunakan LiCoO
2
. Maka reaksi yang terjadi
Universitas Sumatera Utara
Charge
Pada anoda : LiC
6
xLi
+
+ xe
-
+ C
6
Discharge Charge
Pada katoda : Li
1-x
CoO2 + xLi
+
+ xe
-
LiCoO
2
Discharge Charge
Reaksi total : LiC
6
+ Li
1-x
CoO2 LixC
6
+ LiCoO
2
Discharge
Suatu material elektrokimia dapat berfungsi dengan baik sebagai elektroda anoda maupun katoda bergantung pada pemilihan material yang akan menentukan
karakteristik perbedaan nilai tegangan kerja dari kedua material yang dipilih. Untuk memperoleh perbedaan potensial yang besar maka material katoda harus
memiliki tegangan kerja yang besar dan material anoda harus memiliki tegangan kerja yang kecil
. Potensial tegangan yang terbentuk antara elektroda katoda dan anoda
bergantung pada reaksi kimia reduksi-oksidasi dari bahan elektroda yang dipilih. Beberapa material dapat berfungsi sebagai anoda terhadap material katoda lainnya
jika memiliki potensial Li
+
yang lebih rendah. Contoh, grafit adalah anoda dalam sistem elektroda LiMn
2
O
4
, namun akan berfugsi sebagai katoda saat dipasangkan dengan elektroda Li metal sebagai anodanya. Subhan, 2011. Gambar 2.2
menunjukkan tegangan kerja pada beberapa material.
Gambar 2.2 Tegangan kerja dari beberapa material yang sering digunakan
sebagai elektroda pada baterai lithium Prihandoko, 2015
Universitas Sumatera Utara
2.3 Bahan Anoda Untuk Baterai Ion Lithium
Kategori