Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan Lithium Ferro Phosphate (LiFePO4) sebagai material katoda.
LAPORAN TUGAS AKHIR
PEMANFAATAN PASIR BESI UNTUK BAHAN PEMBUATAN
LITHIUM FERRO PHOSPHATE (LiFePO4) SEBAGAI
MATERIAL KATODA
Disusun Oleh:
BAGAS SURYA UTAMA
I 8313009
POERWOKO DARMAWAN
I 8313043
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
i
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN TUGAS AKHIR
Nama / NIM
:
Judul Tugas Akhir
1. Bagas Surya Utama
(I8313009)
2. Poerwoko Darmawan
(I8313043)
: Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan Lithium
Ferro Phosphate (LiFePO4) sebagai material katoda.
Dosen Pembimbing
: Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T.
Surakarta,
Juli 2016
Mengetahui,
Kepala Program Studi DIII Teknik
Dosen Pembimbing
Kimia
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
Inayati, S.T., M.T., Ph.D.
NIP. 19710829 199903 2 001
ii
LEMBAR KONSULTANSI
Tugas Akhir
Nama / NIM
Judul Tugas Akhir
Tanggal Mulai Bimbingan
Pembimbing
No
Tanggal
: 1. Bagas Surya Utama
/ I 8313009
2. Poerwoko Darmawan
/ I 8313043
: Pemanfaatan Pasir Besi untuk bahan pembuatan
Lithium Ferro Phosphate (LiFePO4) sebagai
material katoda
: ……………………………………
: Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T.
Konsultasi
Paraf
Mahasiswa
Keterangan
Dosen
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 1 001 001
iii
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 III 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 Kepala 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 2013 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,
Juni 2016
Penyusun
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul.......................................................................................................... i
Lembar Pengesahan ................................................................................................ ii
Lembar Konsultasi ................................................................................................. iii
Kata Pengantar ....................................................................................................... iv
Daftar Isi.................................................................................................................. v
Daftar Tabel .......................................................................................................... vii
Daftar Gambar ...................................................................................................... viii
Intisari .................................................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
I.1. Latar Belakang Masalah .............................................................................. 1
I.2. Rumusan Masalah ....................................................................................... 2
I.3. Tujuan.......................................................................................................... 2
I.4. Manfaat ........................................................................................................ 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 3
II.1. Pasir besi ..................................................................................................... 3
II.2 Material Katoda ........................................................................................... 4
II.3 Metode Pembuatan Material Katoda ........................................................... 4
II.3.1 Solid state synthesis .......................................................................... 4
II.3.2 Sintesis Kopresipitasi ....................................................................... 5
II.4 Baterai Lithium ion ...................................................................................... 5
BAB III METODOLOGI ........................................................................................ 7
III.1. Alat dan Bahan ........................................................................................... 7
III.2. Diagram Alir Proses Percobaan.................................................................. 9
III.3. Lokasi Penelitian ...................................................................................... 11
III.4. Cara Kerja ................................................................................................ 12
III.5. Uji Performa Baterai ................................................................................ 13
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 14
IV.1 Hasil serbuk LiFePO4 ............................................................................... 14
IV.2 Hasil Analisa XRD ................................................................................... 14
v
IV.3. Uji Kapasitas Charge dan Discharge ....................................................... 16
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 18
V.1. Kesimpulan................................................................................................ 18
V.2. Saran .......................................................................................................... 18
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vi
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1 Kapasitas Charge dan Discharge pada Baterai Li-Ion dari hasil
LiFePO4 .............................................................................................. 16
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1. Proses Interkalasi baterai Lithium Ion ............................................... 6
Gambar III.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk LiFePO4 dengan metode
Solid State .......................................................................................... 9
Gambar III.2 Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk LiFePO4 dengan metode
Kopresipitasi .................................................................................... 10
Gambar III.3 Diagram Alir Proses Pembuatan Baterai Lithium ion ..................... 11
Gambar IV.1 Hasil serbuk LiFePO4 pada beberapa temperatur 600 oC, 700 oC dan
800 oC .............................................................................................. 14
Gambar IV.2 Hasil serbuk LiFePO4 pada temperatur 700 oC ............................... 14
Gambar IV.3 Grafik Hasil XRD temperatur 600 °C, 700 °C dan 800 °C
lapisan katoda dengan membandingkan LiFePO4 teoritis .............. 15
Gambar IV.4 Grafik Kapasitas Pengisian (Charge) dengan nomor siklus ........... 16
Gambar IV.5 Grafik Kapasitas Pengisian (Discharge) dengan nomor siklus ....... 17
viii
INTISARI
Bagas Surya Utama, Poerwoko Darmawan 2016, “Laporan Tugas Akhir
Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan Lithium Ferro Phosphate
(LiFePO4) sebagai material katoda”. Program Studi Diploma III Teknik
Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Material katoda yang sedang menjadi perhatian adalah senyawa lithium
ferro phosphate (LiFePO4). Material ini sebagai material pembentuk katoda
menunjukan bahwa keduanya memenuhi kriteria sebagai material katoda pada
baterai lithium ion, dimana keduanya memiliki reversibility yang baik untuk
pasangan redoks Fe3+/Fe2+. Oleh karena itu diperlukan bahan katoda lain yang
lebih stabil dan lebih ramah lingkungan. Salah satu bahan katoda yang dapat
menggantikan penggunaan LiCoO2 adalah LiFePO4 yang memiliki stabilitas yang
baik dan ramah lingkungan.
Sintesis partikel Fe3O4 dengan bahan dasar pasir besi dilarutkan HCl (12
M) dan NH4OH (6,5 M) menggunakan metode kopresipitasi, kemudian didapat
Fe2O3 dengan suhu 750 °C selama 5 jam setelah pemanasan. Fe2O3 tersebut
dicampur dengan LiOH dan NH4H2PO4 untuk dipanaskan menggunakan alat
furnace kembali agar menghasilkan LiFePO4 dengan suhu 700 °C selama 4 jam.
Sintesis LiFePO4 dengan bahan dasar pasir besi kemudian dicampurkan LiOH dan
NH4H2PO4 menggunakan ball mill dan selanjutnya dilanjutkan dengan metode
solid state reaction dengan suhu variasi 600 °C, 700 °C dan 800 °C dengan
pemanasan selama 4 jam menggunakan perbandingan mol berat antara Fe2O3,
LiOH dan NH4H2PO4 adalah 1:2:2.
Hasil LiFePO4 dianalisa mengunakan XRD untuk mengetahui
pembentukan LiFePO4 dan jenis kristal yang dihasilkan. Pengujian XRD dengan
hasil LiFePO4 pada suhu pemanasan 600 °C, 700 °C dan 800 °C. Hasil analisa
XRD ketiga pemanasan tersebut pada suhu 700 °C karena peak yang dihasilkan
memiliki kesamaan dengan referensi JCPDS nomor 00-040-1499.
Pada pengujian battery analyzer diperoleh hasil bahwa kapasitas baterai
tertinggi didapat pada suhu 700 °C yaitu sebesar 72,7 mAh/g pada kapasitas
(siklus ke-2). Kapasitas terendah pada sampel 2 HCl dan NH4OH sebesar 18,9
mAh/g (siklus ke-5) dan efisiensi tertinggi terjadi pada sampel 1 HCl dan NH4OH
yaitu sebesar 81,42 %.
ix
PEMANFAATAN PASIR BESI UNTUK BAHAN PEMBUATAN
LITHIUM FERRO PHOSPHATE (LiFePO4) SEBAGAI
MATERIAL KATODA
Disusun Oleh:
BAGAS SURYA UTAMA
I 8313009
POERWOKO DARMAWAN
I 8313043
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
i
LEMBAR PENGESAHAN
LAPORAN TUGAS AKHIR
Nama / NIM
:
Judul Tugas Akhir
1. Bagas Surya Utama
(I8313009)
2. Poerwoko Darmawan
(I8313043)
: Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan Lithium
Ferro Phosphate (LiFePO4) sebagai material katoda.
Dosen Pembimbing
: Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T.
Surakarta,
Juli 2016
Mengetahui,
Kepala Program Studi DIII Teknik
Dosen Pembimbing
Kimia
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
Inayati, S.T., M.T., Ph.D.
NIP. 19710829 199903 2 001
ii
LEMBAR KONSULTANSI
Tugas Akhir
Nama / NIM
Judul Tugas Akhir
Tanggal Mulai Bimbingan
Pembimbing
No
Tanggal
: 1. Bagas Surya Utama
/ I 8313009
2. Poerwoko Darmawan
/ I 8313043
: Pemanfaatan Pasir Besi untuk bahan pembuatan
Lithium Ferro Phosphate (LiFePO4) sebagai
material katoda
: ……………………………………
: Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T.
Konsultasi
Paraf
Mahasiswa
Keterangan
Dosen
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 1 001 001
iii
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 III 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 Kepala 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 2013 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,
Juni 2016
Penyusun
iv
DAFTAR ISI
Halaman Judul.......................................................................................................... i
Lembar Pengesahan ................................................................................................ ii
Lembar Konsultasi ................................................................................................. iii
Kata Pengantar ....................................................................................................... iv
Daftar Isi.................................................................................................................. v
Daftar Tabel .......................................................................................................... vii
Daftar Gambar ...................................................................................................... viii
Intisari .................................................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
I.1. Latar Belakang Masalah .............................................................................. 1
I.2. Rumusan Masalah ....................................................................................... 2
I.3. Tujuan.......................................................................................................... 2
I.4. Manfaat ........................................................................................................ 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 3
II.1. Pasir besi ..................................................................................................... 3
II.2 Material Katoda ........................................................................................... 4
II.3 Metode Pembuatan Material Katoda ........................................................... 4
II.3.1 Solid state synthesis .......................................................................... 4
II.3.2 Sintesis Kopresipitasi ....................................................................... 5
II.4 Baterai Lithium ion ...................................................................................... 5
BAB III METODOLOGI ........................................................................................ 7
III.1. Alat dan Bahan ........................................................................................... 7
III.2. Diagram Alir Proses Percobaan.................................................................. 9
III.3. Lokasi Penelitian ...................................................................................... 11
III.4. Cara Kerja ................................................................................................ 12
III.5. Uji Performa Baterai ................................................................................ 13
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 14
IV.1 Hasil serbuk LiFePO4 ............................................................................... 14
IV.2 Hasil Analisa XRD ................................................................................... 14
v
IV.3. Uji Kapasitas Charge dan Discharge ....................................................... 16
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 18
V.1. Kesimpulan................................................................................................ 18
V.2. Saran .......................................................................................................... 18
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vi
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1 Kapasitas Charge dan Discharge pada Baterai Li-Ion dari hasil
LiFePO4 .............................................................................................. 16
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1. Proses Interkalasi baterai Lithium Ion ............................................... 6
Gambar III.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk LiFePO4 dengan metode
Solid State .......................................................................................... 9
Gambar III.2 Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk LiFePO4 dengan metode
Kopresipitasi .................................................................................... 10
Gambar III.3 Diagram Alir Proses Pembuatan Baterai Lithium ion ..................... 11
Gambar IV.1 Hasil serbuk LiFePO4 pada beberapa temperatur 600 oC, 700 oC dan
800 oC .............................................................................................. 14
Gambar IV.2 Hasil serbuk LiFePO4 pada temperatur 700 oC ............................... 14
Gambar IV.3 Grafik Hasil XRD temperatur 600 °C, 700 °C dan 800 °C
lapisan katoda dengan membandingkan LiFePO4 teoritis .............. 15
Gambar IV.4 Grafik Kapasitas Pengisian (Charge) dengan nomor siklus ........... 16
Gambar IV.5 Grafik Kapasitas Pengisian (Discharge) dengan nomor siklus ....... 17
viii
INTISARI
Bagas Surya Utama, Poerwoko Darmawan 2016, “Laporan Tugas Akhir
Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan Lithium Ferro Phosphate
(LiFePO4) sebagai material katoda”. Program Studi Diploma III Teknik
Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Material katoda yang sedang menjadi perhatian adalah senyawa lithium
ferro phosphate (LiFePO4). Material ini sebagai material pembentuk katoda
menunjukan bahwa keduanya memenuhi kriteria sebagai material katoda pada
baterai lithium ion, dimana keduanya memiliki reversibility yang baik untuk
pasangan redoks Fe3+/Fe2+. Oleh karena itu diperlukan bahan katoda lain yang
lebih stabil dan lebih ramah lingkungan. Salah satu bahan katoda yang dapat
menggantikan penggunaan LiCoO2 adalah LiFePO4 yang memiliki stabilitas yang
baik dan ramah lingkungan.
Sintesis partikel Fe3O4 dengan bahan dasar pasir besi dilarutkan HCl (12
M) dan NH4OH (6,5 M) menggunakan metode kopresipitasi, kemudian didapat
Fe2O3 dengan suhu 750 °C selama 5 jam setelah pemanasan. Fe2O3 tersebut
dicampur dengan LiOH dan NH4H2PO4 untuk dipanaskan menggunakan alat
furnace kembali agar menghasilkan LiFePO4 dengan suhu 700 °C selama 4 jam.
Sintesis LiFePO4 dengan bahan dasar pasir besi kemudian dicampurkan LiOH dan
NH4H2PO4 menggunakan ball mill dan selanjutnya dilanjutkan dengan metode
solid state reaction dengan suhu variasi 600 °C, 700 °C dan 800 °C dengan
pemanasan selama 4 jam menggunakan perbandingan mol berat antara Fe2O3,
LiOH dan NH4H2PO4 adalah 1:2:2.
Hasil LiFePO4 dianalisa mengunakan XRD untuk mengetahui
pembentukan LiFePO4 dan jenis kristal yang dihasilkan. Pengujian XRD dengan
hasil LiFePO4 pada suhu pemanasan 600 °C, 700 °C dan 800 °C. Hasil analisa
XRD ketiga pemanasan tersebut pada suhu 700 °C karena peak yang dihasilkan
memiliki kesamaan dengan referensi JCPDS nomor 00-040-1499.
Pada pengujian battery analyzer diperoleh hasil bahwa kapasitas baterai
tertinggi didapat pada suhu 700 °C yaitu sebesar 72,7 mAh/g pada kapasitas
(siklus ke-2). Kapasitas terendah pada sampel 2 HCl dan NH4OH sebesar 18,9
mAh/g (siklus ke-5) dan efisiensi tertinggi terjadi pada sampel 1 HCl dan NH4OH
yaitu sebesar 81,42 %.
ix