Pembuatan Lembaran Katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 C Dengan Variasi Suhu Pengeringan
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi terutama dalam bidang penyimpanan energi listrik yaitu
berupa baterai. Perangkat elektronik memerlukan baterai sebagai sumber
penggeraknya, sehingga dibutuhkan prospek baterai untuk menjadi sumber energi
yang strategis dan ekonomis. Baterai adalah alat yang dapat menghasilkan arus
listrik, dengan melibatkan transfer elektron melalui elektroda negatif (anoda) ke
elektroda positif (katoda) dan karena adanya beda potensial. Baterai isi ulang atau
rechargeable batteries sekarang menggantikan baterai primer karena menghemat
sumber daya dan ramah lingkungan. Contoh jenis sekunder di antaranya adalah
Pb-acid, Ni-MH, Ni-Cd dan Li-ion. Diantara contoh baterai sekunder tersebut
yang paling dikembangkan saat ini adalah baterai ion lithium.
Baterai ion lithium merupakan baterai yang digerakkan oleh ion lithium.
Kelebihan baterai ion lithium adalah memiliki lifecycle panjang (500-1000 siklus)
dan kapasitas spesifik lebih tinggi daripada baterai sekunder yang lain.
Material katoda yang pertama digunakan pada baterai ion lithium adalah
LiCoO2. Kemudian muncul material-material katoda lain LiNiO2,
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,
LiMnO4,
dan LiFePO4. LiFePO4 secara ekstensif dikembangkan
sebagai material katoda karena kapasitas teoretis sedang (170 mAh/g), stabil,
murah, dan ramah lingkungan. Tetapi, LiFePO4 mempunyai sifat konduktivitas
listrik yang rendah yaitu berorde 10-9 S/cm dan difusi ion lithium yang lambat.
Dua kelemahan tersebut membatasi aplikasi LiFePO4 sebagai material katoda,
khususnya pada temperatur rendah dan densitas arus yang tinggi (Padhi, dkk,
1977).
Usaha untuk meningkatkan konduktifitas listrik dapat dilakukan dengan
beberapa cara, yaitu menambahkan dopant saat sintesis material katoda,
mencampur material katoda dengan serbuk logam atau melapisi material katoda
dengan karbon yang konduktif. Usaha yang disebut terakhir ini banyak dilakukan.
Universitas Sumatera Utara
Proses pelapisan karbon dapat dilakukan pada material katoda yang telah siap atau
dilakukan bersamaan saat proses sintesis material katoda. (Triwibowo, 2010)
Sri Rakhmawati (2015) melakukan penelitian tentang sintesis material
aktif katoda LiFe0.9Ni0.1PO4/C dengan variasi pelapisan carbon dari tapioka
diperoleh konduktifitas sebesar 10-5 S/cm. Konduktifitas yang dihasilkan
mengalami kenaikan dibandingkan konduktifitas LiFePO4 sebesar 10-9. Namun
dalam penelitian ini belum diketahui besar kapasitasnya jika material digunakan
pada baterai ion lithium.
Salah satu parameter terpenting dalam proses pembuatan lembaran
elektroda yaitu suhu pengeringan. Etty Marti Wigayati (2007), telah melakukan
penelitian tentang pengaruh suhu pengeringan pada lembaran anoda grafit yaitu
pada suhu 90oC, 100oC, 110oC, 120oC. Hasil yang diperoleh lembaran anoda tidak
akan mengalami kerusakan dibawah suhu 130oC.
Berdasarkan uraian diatas maka perlu dilakukan penelitian tentang varisai
suhu pengeringan pada lembaran katoda dengan material aktif LiFe0.9Ni0.1PO4/C
untuk mendapatkan suhu pengeringan yang optimum yang akan memberikan
pengaruh pada performa baterai. Pada penelitian ini variasi suhu pengeringan
yaitu pada suhu 60oC, 80 oC, dan 100 oC. Proses pembuatan lembaran dengan
menggunakan metode doctor blade dan untuk mengetahui performance baterai
lembaran katoda dibentuk dalam coin cell dengan anoda lithium metal dan LiPF6
sebagai elektrolit dan diuji dengan alat Electrochemical Impedance Spectrometry,
Cyclic Voltammetry dan Charge/Discharge.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan penelitian ini adalah untuk mengefesiensikan jumlah baterai ion
litihum yang akan digunakan sehingga dilakukan pembuatan lembaran katoda
dengan serbuk material aktif LiFe0.9Ni0.1PO4/C dengan perlakuan suhu
pengeringan yang memeberikan pengaruh pada performa baterai.
Universitas Sumatera Utara
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk :
1. Membuat lembaran katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 /C dan melihat performa pada
baterai ion lithium.
2. Mengetahui dan menganalisis variasi suhu pengeringan pada lembaran
katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 /C
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif terhadap
perkembangan baterai diantaranya :
1. Memberikan informasi ilmiah mengenai cara pembuatan lembaran katoda
LiFe0,9Ni0,1PO4/C.
2. Mendapatkan suhu pengeringan yang optimal pada pembuatan lembaran
katoda LiFe0.9Ni0.1PO4/C.
3. Mengalihkan penggunaan baterai konvensional yang relatif berbahan
racun ke arah yang lebih ramah lingkungan pada penggunaan baterai
lithium.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Melihat performa baterai dari material aktif LiFe0.9Ni0.1PO4 /C dengan
pengujian Electrochemical Impedance Spectrometry, Cyclic Voltammetry
dan Charge/Discharge.
2. Variasi suhu pengeringan lembaran katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 /C yaitu 60oC,
80oC, dan 100oC.
Universitas Sumatera Utara
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan tugas akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
Bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses
pengembilan data, analisa data serta pembahasan.
Bab 3 Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang rancangan penelitian, tempat dan waktu
penelitian, peralatan dan bahan penelitian, prosedur penelitian serta
diagram alir penelitian.
Bab 4 Hasil dan Pembahasan Penelitian
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang
diperoleh dari penelitian.
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
Bab ini menyajikan kesimpulan dari seluruh kegiatan dan hasil penelitian
dan berisi saran-saran yang diperlukan untuk pengembangan dan
penelitian lebih lanjut.
Daftar Pustaka
Berisi tentang literatur yang digunakan sebagai referensi dalam penulisan
tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi terutama dalam bidang penyimpanan energi listrik yaitu
berupa baterai. Perangkat elektronik memerlukan baterai sebagai sumber
penggeraknya, sehingga dibutuhkan prospek baterai untuk menjadi sumber energi
yang strategis dan ekonomis. Baterai adalah alat yang dapat menghasilkan arus
listrik, dengan melibatkan transfer elektron melalui elektroda negatif (anoda) ke
elektroda positif (katoda) dan karena adanya beda potensial. Baterai isi ulang atau
rechargeable batteries sekarang menggantikan baterai primer karena menghemat
sumber daya dan ramah lingkungan. Contoh jenis sekunder di antaranya adalah
Pb-acid, Ni-MH, Ni-Cd dan Li-ion. Diantara contoh baterai sekunder tersebut
yang paling dikembangkan saat ini adalah baterai ion lithium.
Baterai ion lithium merupakan baterai yang digerakkan oleh ion lithium.
Kelebihan baterai ion lithium adalah memiliki lifecycle panjang (500-1000 siklus)
dan kapasitas spesifik lebih tinggi daripada baterai sekunder yang lain.
Material katoda yang pertama digunakan pada baterai ion lithium adalah
LiCoO2. Kemudian muncul material-material katoda lain LiNiO2,
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,
LiMnO4,
dan LiFePO4. LiFePO4 secara ekstensif dikembangkan
sebagai material katoda karena kapasitas teoretis sedang (170 mAh/g), stabil,
murah, dan ramah lingkungan. Tetapi, LiFePO4 mempunyai sifat konduktivitas
listrik yang rendah yaitu berorde 10-9 S/cm dan difusi ion lithium yang lambat.
Dua kelemahan tersebut membatasi aplikasi LiFePO4 sebagai material katoda,
khususnya pada temperatur rendah dan densitas arus yang tinggi (Padhi, dkk,
1977).
Usaha untuk meningkatkan konduktifitas listrik dapat dilakukan dengan
beberapa cara, yaitu menambahkan dopant saat sintesis material katoda,
mencampur material katoda dengan serbuk logam atau melapisi material katoda
dengan karbon yang konduktif. Usaha yang disebut terakhir ini banyak dilakukan.
Universitas Sumatera Utara
Proses pelapisan karbon dapat dilakukan pada material katoda yang telah siap atau
dilakukan bersamaan saat proses sintesis material katoda. (Triwibowo, 2010)
Sri Rakhmawati (2015) melakukan penelitian tentang sintesis material
aktif katoda LiFe0.9Ni0.1PO4/C dengan variasi pelapisan carbon dari tapioka
diperoleh konduktifitas sebesar 10-5 S/cm. Konduktifitas yang dihasilkan
mengalami kenaikan dibandingkan konduktifitas LiFePO4 sebesar 10-9. Namun
dalam penelitian ini belum diketahui besar kapasitasnya jika material digunakan
pada baterai ion lithium.
Salah satu parameter terpenting dalam proses pembuatan lembaran
elektroda yaitu suhu pengeringan. Etty Marti Wigayati (2007), telah melakukan
penelitian tentang pengaruh suhu pengeringan pada lembaran anoda grafit yaitu
pada suhu 90oC, 100oC, 110oC, 120oC. Hasil yang diperoleh lembaran anoda tidak
akan mengalami kerusakan dibawah suhu 130oC.
Berdasarkan uraian diatas maka perlu dilakukan penelitian tentang varisai
suhu pengeringan pada lembaran katoda dengan material aktif LiFe0.9Ni0.1PO4/C
untuk mendapatkan suhu pengeringan yang optimum yang akan memberikan
pengaruh pada performa baterai. Pada penelitian ini variasi suhu pengeringan
yaitu pada suhu 60oC, 80 oC, dan 100 oC. Proses pembuatan lembaran dengan
menggunakan metode doctor blade dan untuk mengetahui performance baterai
lembaran katoda dibentuk dalam coin cell dengan anoda lithium metal dan LiPF6
sebagai elektrolit dan diuji dengan alat Electrochemical Impedance Spectrometry,
Cyclic Voltammetry dan Charge/Discharge.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan penelitian ini adalah untuk mengefesiensikan jumlah baterai ion
litihum yang akan digunakan sehingga dilakukan pembuatan lembaran katoda
dengan serbuk material aktif LiFe0.9Ni0.1PO4/C dengan perlakuan suhu
pengeringan yang memeberikan pengaruh pada performa baterai.
Universitas Sumatera Utara
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk :
1. Membuat lembaran katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 /C dan melihat performa pada
baterai ion lithium.
2. Mengetahui dan menganalisis variasi suhu pengeringan pada lembaran
katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 /C
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif terhadap
perkembangan baterai diantaranya :
1. Memberikan informasi ilmiah mengenai cara pembuatan lembaran katoda
LiFe0,9Ni0,1PO4/C.
2. Mendapatkan suhu pengeringan yang optimal pada pembuatan lembaran
katoda LiFe0.9Ni0.1PO4/C.
3. Mengalihkan penggunaan baterai konvensional yang relatif berbahan
racun ke arah yang lebih ramah lingkungan pada penggunaan baterai
lithium.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Melihat performa baterai dari material aktif LiFe0.9Ni0.1PO4 /C dengan
pengujian Electrochemical Impedance Spectrometry, Cyclic Voltammetry
dan Charge/Discharge.
2. Variasi suhu pengeringan lembaran katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 /C yaitu 60oC,
80oC, dan 100oC.
Universitas Sumatera Utara
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan tugas akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
Bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan
penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses
pengembilan data, analisa data serta pembahasan.
Bab 3 Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang rancangan penelitian, tempat dan waktu
penelitian, peralatan dan bahan penelitian, prosedur penelitian serta
diagram alir penelitian.
Bab 4 Hasil dan Pembahasan Penelitian
Bab ini membahas tentang data hasil penelitian dan analisa data yang
diperoleh dari penelitian.
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
Bab ini menyajikan kesimpulan dari seluruh kegiatan dan hasil penelitian
dan berisi saran-saran yang diperlukan untuk pengembangan dan
penelitian lebih lanjut.
Daftar Pustaka
Berisi tentang literatur yang digunakan sebagai referensi dalam penulisan
tugas akhir ini.
Universitas Sumatera Utara