Sintesis Material Aktif Katoda LiFe0. 9Ni0. 1PO4 dengan Variasi Pelapisan Carbon dari Tapioka

SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 DENGAN
VARIASI PELAPISAN CARBON DARI TAPIOKA

SKRIPSI

SRI RAKHMAWATI
110801016

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4
DENGAN VARIASI PELAPISAN CARBON DARI TAPIOKA

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains

SRI RAKHMAWATI
110801016

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 DENGAN
VARIASI PELAPISAN CARBON DARI TAPIOKA

SKRIPSI

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

Medan, Juni 2015

Sri Rakhmawati
110801016

Universitas Sumatera Utara

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, puji syukur hanyalah bagi Allah SWT, karena atas limpahan rahmat,
taufik dan hidayah-Nya penulis mampu menyelesaikan skripsi ini guna memperoleh
gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara yang berjudul “Sintesis Material Aktif Katoda
LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 dengan Variasi Pelapisan Carbon dari Tapioka”. Salawat beriring
salam teruntuk Nabi besar Muhammad SAW yang menjadi teladan dalam menjalani
kehidupan. Penulisan skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan tenaga, pikiran,

sarana, dan dana dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati,
penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1.

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.

2.

Drs. Aditia Warman, M.Si. selaku dosen pembimbing I, Dr. Ir. Bambang
Prihandoko, M.T. selaku dosen pembimbing II, Dr. Anwar Dharma S., MS,
Awan Maghfirah, S.Si. M.Si, dan Dr. Kerista Sebayang, MS selaku dosen
penguji yang telah memberikan kritik, saran, dan arahan kepada penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.

3.

Kedua orangtua Bapak Maksum dan Ibu Murni, Bang Ipul, Bang Raja dan Adek
Siti serta seluruh keluarga yang selalu memberikan dukungan moral, materi dan
spiritual kepada penulis.

4.

Para peneliti di GrupBaterai Lithium LIPI Pak Slamet, Pak Ibrahim, Pak Joko,
Pak Madjid, Pak Fadli dan KakRheiza yang telah memberikan banyak bantuan
kepada penulis.

Universitas Sumatera Utara

5.

Teman-teman seperjuangan Leni Daulay, Wiriya Sasmita, Elmariska Khairani,
Khairani Nasution, Suci Purnama Sari, Meilia Krisanti, Yuni Aulia Umi, Kartika
Sari, Shelly Maharani, Tri Mala Sari dan seluruh Fisika angkatan 2011 yang
selalu memberikan support dan dukungan kepada penulis.

6.

Asisten Lab. Fisika Inti Andrian Anshari, Sri Handika Pratiwi, Tri Mala Sari, dan
Prahmadyana yang telah memberikan banyak masukan kepada penulis.

7.

Adek kost 25 Jl. Pembangunan USU Khalizah, Nurul Hidayah, Wenny Flora
Juliani, Leli Yani, Tiya Maulindrianti yang telah menyemangati penulis dalam
menyelesaikan skripsi.

Penulis berharap tulisan ini dapat member manfaat kepada pengembangan ilmu
pengetahuan khususnya Baterai Lithium.

Medan, Juli 2015
Penulis

Sri Rakhmawati

Universitas Sumatera Utara

SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4
DENGAN VARIASI PELAPISAN CARBON DARI TAPIOKA
ABSTRAK

Sintesis material aktif katoda LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C dengan metode metalurgi serbuk dan
pirolisis telah dilakukan. Bahan dasar yang digunakan adalah serbuk LiOH.H 2 O
sebagai sumber ion Li, Fe 2 O 3 sebagai sumber Fe, Ni sebagai sumber Ni, tapioka
sebagai sumber karbon dan larutan H 3 PO 4 sebagai sumber PO 4 . Pada penelitian ini
digunakan variasi komposisi tapioka dengan material aktif yaitu 1:4, 1:5, dan 1:6.
Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan pengujian X-Ray Diffraction (XRD),
Scanning Electron Microscopy (SEM), dan Electrochemical Impedance Spectroscopy
(EIS). Hasil analisa menunjukkan masing-masing komposisi memiliki konduktifitas
sebesar 0,01x10-3 S/cm untuk komposisi 1:4, 4,44x10-3 S/cm untuk komposisi 1:5 dan
1,51x10-3 S/cm untuk komposisi 1:6. Komposisi optimum berada pada komposisi 1:5.
Karena dengan karbon yang cukup komposisi tersebut memiliki bidang kristal yang
teratur dan juga memiliki banyak pori-pori sehingga ion lithium akan dengan mudah
berdifusi dan menghasilkan konduktifitas yang cukup tinggi.
Kata kunci : katoda LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C, komposisi, tapioka, konduktifitas

Universitas Sumatera Utara

SYNTHESIS ACTIVE MATERIAL CATHODE LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4
THE VARIATION CARBON COATING OF TAPIOCA
ABSTRACT

Synthesis active material cathode LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C with solid state methode and
pyrolysis has been done. The base materials used is powder LiOH.H 2 O as Li-ion
source, Fe 2 O 3 as Fe source, Ni as Ni source, H 3 PO 4 solution as PO 4 source and
tapioca powder as carbon source. In this observation used variation of tapioca
composition with active materials 1:4, 1:5, and 1:6. Characterization using X-Ray
Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), dan Electrochemical
Impedance Spectroscopy (EIS). This analysis result indicate each composition has a
conductivity of 0,01x10-3 S/cm for composition 1:4, 4,44x10-3 S/cm for composition
1:5 and 1,51x10-3 S/cm for composition 1:6. The optimum composition is the
composition of 1:5. Because with enough carbon composition has a regular crystal
area, and also has many pores so that the lithium ions would easily diffuse and result
high conductivity.
Keyword : chatode LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C, composition, tapioca, conductivity

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii

Pengesahan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract

Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Grafik
Daftar Lampiran
BAB 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Sistematika Penulisan

1
1
2
3
3
3
4

BAB 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Baterai
2.2 Jenis-Jenis Baterai
2.3 Baterai Ion Lithium
2.4 Material Katoda
2.5 Lithium Ferro Phosphate (LiFePO 4 )
2.6 Lithium Nickel Phosphate (LiNiPO 4 )
2.7 Pelapisan Carbon dengan Tapioka
2.8 Metode Pembuatan
2.8.1 Metalurgi Serbuk
2.8.2 Metode Pirolisis
2.9 Karakterisasi Sampel
2.9.1 X-Ray Diffraction(XRD)
2.9.2 Scanning Electron Microscopy (SEM)
2.9.3 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)

5
5
5

6
7
8
9
9
10
10
10
11
11
11
13

BAB 3. Metodologi Penelitian
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
3.2 Peralatan dan Bahan
3.2.1 Peralatan dan Fungsi

15
15
15
15

Universitas Sumatera Utara

3.2.2 Bahan dan Fungsi
3.3 Diagram Alir Penelitian
3.3.1 Sintesis Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4
3.3.2 Pelapisan Carbon dengan Tapioka
3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Sintesis Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4
3.4.2 Pelapisan Carbon dengan Tapioka

16
17
17
18
19
19
20

BAB 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Analisa Fasa dan Struktur dengan XRD
4.1.1 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:4)
4.1.2 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:5)
4.1.3 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:6)
4.2 Analisa Morfologi dengan SEM
4.2.1 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:4)
4.2.2 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:5)
4.2.3 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:6)
4.3 Analisa Konduktivitas dengan EIS
4.3.1 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:4)
4.3.2 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:5)
4.3.3 Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:6)

22
22
22
23
24
26
27
28
30
32
32
33
34

BAB 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran

38
38
38

Dafar Pustaka

39

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Nomor
Tabel
Tabel 3.1
Tabel 3.2
Tabel 4.1
Tabel 4.2
Tabel 4.3
Tabel 4.4

Judul

Halaman

Komposisi Bahan Baku
Perbandingan Komposisi Bahan
Hasil Perhitungan Konduktivitas Sampel 1
Hasil Perhitungan Konduktivitas Sampel 2
Hasil Perhitungan Konduktivitas Sampel 3
Nilai Konduktivitas dan Perbandingan Komposisi Tiap Sampel

19
21
33
34
35
36

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Nomor
Gambar

Judul

Halaman

Gambar 2.1 Proses Interkalasi pada Baterai Ion Lithium saat Charge dan
Discharge
Gambar 2.2 Tiga Model Host dari Bahan Katoda dan Anoda
Gambar 2.3 Struktur Host Olivin dari Material Katoda LiFePO 4
Gambar 2.4 Sinyal-Sinyal dalam SEM
Gambar 3.1 Diagram Alir Sintesis Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4
Gambar 3.2 Diagram Alir Pelapisan Carbon dengan Tapioka
Gambar 4.1 Struktur Mikro dari Permukaan Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:4)
Gambar 4.2 Hasil Mapping LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:4)
Gambar 4.3 Hasil SEM Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:4) dengan Perbesaran
5000X
Gambar 4.4 Struktur Mikro dari Permukaan Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:5)
Gambar 4.5 Hasil Mapping LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:5)
Gambar 4.6 Hasil SEM Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:5) dengan Perbesaran
5000X
Gambar 4.7 Struktur Mikro dari Permukaan Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:6)
Gambar 4.8 Hasil Mapping LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:6)
Gambar 4.9 Hasil SEM Serbuk LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:6) dengan Perbesaran
5000X

6
7
8
12
17
18
27
27
28
29
29
30
31
31
32

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GRAFIK

Nomor
Grafik
Grafik 2.1
Grafik 4.1
Grafik 4.2
Grafik 4.3
Grafik 4.4
Grafik 4.5
Grafik 4.6
Grafik 4.7
Grafik 4.8
Grafik 4.9

Judul

Halaman

Hasil Pengukuran Impedansi Komponen Sel
Hasil XRD Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:4)
Hasil XRD Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:5)
Hasil XRD Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:6)
Hasil XRD a. LiFePO 4 , b. 1:4, c. 1:5, d. 1:6
Hasil XRD yang Telah Diplot Pada Puncak Tertinggi
Hasil Uji Konduktivitas Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:4)
Hasil Uji Konduktivitas Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:5)
Hasil Uji Konduktivitas Sampel LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 /C (1:6)
Konduktivitas vs Perbandingan Komposisi

13
22
23
24
25
26
33
34
35
36

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran
LAMPIRAN A
LAMPIRAN B
LAMPIRAN C
LAMPIRAN D
LAMPIRAN E
LAMPIRAN F
LAMPIRAN G

Judul

Halaman

Bahan-bahan Penelitian
Alat-alat Proses Penelitian
Alat-alat Karakterisasi Penelitian
Proses Pembuatan Sampel
Perhitungan Stoikiometri LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4
Perhitungan Konduktivitas Tiap Sampel
Hasil Uji XRD

41
42
44
45
50
52
55

Universitas Sumatera Utara