Sintesis Material Aktif Katoda LiFe0.9-xMnxNi0.1PO4 C Konsentrasi Mn 0 ≤ x≤ 0.2

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Baterai
Secara umum, pengertian baterai mencakup satu atau beberapa sel baterai yang
digabungkan secara seri atau paralel sesuai dengan tegangan dan kapasitas listrik
yang digunakan. Sel baterai adalah unit terkecil dari suatu sistem proses
elektrokimia yang terdiri dari elektroda, elektrolit, separator, wadah, dan terminal.
Adapun komponen penting pada sel baterai yaitu sebagai berikut.
a. Elektroda negatif (anoda) adalah elektroda yang melepaskan
elektron ke rangkaian luar serta mengalami proses oksidasi pada
proses elektrokimia.
b. Elekttroda positif (katoda) adalah elektroda yang menerima
elektron dari rangkaian luar serta mengalami proses reduksi pada
proses elektrokimia.
c. Penghantar ion (elektrolit) adalah media transfer ion yang bergerak
dari anoda ke katoda ke dalam sel baterai saat penggunaan.
(Linden,2002)

2.1.1 Baterai Primer
Baterai Primer adalah baterai dengan penggunaan sekali saja. Struktur dan sifat
material elektroda yang digunakan tidak menunjukkan penambahan energi listrik
pada baterai yang efektif saat diisi ulang/ recharged. Pada umumnya baterai
primer murah, mudah digunakan sebagai sumber listrik untuk peralatan portabel,
memiliki densitas energi listrik yang besar dengan kecepatan discharge yang
rendah dan tidak memerlukan perawatan. (Cheline,2009).

2.1.2 Baterai Sekunder
Baterai Sekunder adalah baterai yang dapat diisi ulang/ rechargeable setelah
digunakan. Pengisian dilakukan dengan memasukkan arus listrik pada kutub yang

Universitas Sumatera Utara

6

berlawanan. Baterai jenis ini disebut juga disebut juga sebagai baterai penyimpan/
strorange battery atau accumulator. Baterai sekunder diaplikasikan dalam dua
kategori, yaitu :

a. Sebagai alat penyimpan energi/ Energy-storage Device. Umumnya baterai
jenis ini tersambung dengan jaringan listrik primer saat digunakan. Contoh
penggunaanya adalah dalam otomotif, pesawat terbang.
b. Sebagai sumber energi listrik pada portabel divais, pengganti baterai
primer dan pada semua divais yang menggunakan baterai primer, seperti
telephone genggam, kamera, notebook dan lain-lain.(Abbas,1997)

2.2 Baterai Lithium
Baterai Lithium teori adalah baterai yang digerakkan oleh ion lithium. Dalam
kondisi discharge dan recharge baterai lithium bekerja menurut fenomena
interkalasi, di mana ion lithium melakukan migrasi dari katoda melalui elektrolit
ke anoda atau sebaliknya tanpa terjadi perubahan struktur kristal dari banyak
keunggulan antara lain mempunyai tegangan yang bahan katoda ke anoda. Baterai
lithium sangat menarik untuk dikembangkan karena besar, waktu hidup yang lama
dan material elektrodanya tidak beracun.
Lithium Ion Battery memiliki pada umumnya memiliki empat komponen
utama yaitu elektroda positif (katoda), elektroda negatif (anoda), elektrolit, dan
separator.
2.2.1 Elektroda negatif (anoda)
Anoda merupakan elektroda yang berfungsi sebagai pengumpul ion

lithium serta merupakan material aktif. Parameter pengembangan
dari material untuk digunakan sebagai anoda ini antara lain
kepadatan energi yang dihasilkan serta siklus pemakaian atau
cyclability.Material yang dapat dipakai sebagai anoda harus
memiliki karakteristik antara lain memiliki kapasitas energi yang
besar, memiliki profile kemampuan menyimpan dan melepas
muatan/ion yang bagus, memiliki tingkat siklus pemakaian yang
lama, mudah untuk diproses/dibuat, aman dalam pemakaian (tidak
beracun), dan harganya murah. Salah satu material yang dapat

Universitas Sumatera Utara

7

berperan sebagai anoda adalah material yang berbasis carbon seperti
LiC 6 atau grafit.Kepadatan energi secara teori yang dihasilkan dari
material ini adalah berkisar 372 A.h/kg. Selain grafit, material
berbasis karbon yang dapat digunakan untuk anoda yaitu soft
carbon, graphene dan hard carbon.(Manjhunata,2010).
2.2.2 Elektroda positif (katoda)

Katoda merupakan elektroda yang fungsinya sama seperti anoda
yaitu pengumpul ion serta material aktif. Namun perbedaannya
adalah katoda merupakan elektroda positif. Beberapa karakteristik
yang harus dipenuhi suatu material yang digunakan sebagai katoda
antara lain material tersebut terdiri dari ion yang mudah melakukan
reaksi reduksi dan oksidasi, memiliki konduktifitas yang tinggi
seperti logam, memiliki kerapatan energi yang tinggi, memiliki
kapasitas energi yang tinggi, memiliki kestabilan yang tinggi (tidak
mudah berubah strukturnya atau terdegradasi baik saat pemakaian
maupun pengisian ulang), harganya murah dan ramah lingkungan.
Pada tahun 1980 material LiCoO 2 menjadi kandidat material
pertama yang digunakan sebagai katoda pada LIBs.Kerapatan
energi

yang

dimiliki

LiCoO 2 sebesar

140A.h/kg.

Walaupun

demikian material tersebut memiliki kestabilan yang rendah dan
harganya relative mahal.(Bo Xu,2012).
2.2.3 Elektrolit
Elektrolit adalah bagian yang berfungsi sebagai penghantar ion
lithium dari anoda ke katoda atau sebaliknya. Karakteristik
elektrolit yang penting untuk diperhatikan antara lain konduktivitas,
aman (tidak beracun) serta harganya murah. Elektrolit ini terbagi
dalam dua jenis yaitu elektrolit cair dan elektrolit padat. Kedua jenis
ini memiliki kelebihan serta kekurangannya. Kelebihan dari
elektrolit cair antara lain memiliki konduktivitas ionik yang besar,
harga yang murah, dan aman.Namun kekurangannya adalah
memiliki performa siklus pemakaian yang rendah (tidak tahan lama)
yaitu hanya berkisar 25 kali siklus dan dapat mengurangi kerapatan

Universitas Sumatera Utara

8

energi. Beberapa material yang dapat digunakan sebagai elektrolit
cair antara lain LiNO 3 , LiClO ,Li 2 SO 4 , garam LiNO 3 , garam
Li 2 SO 4 , LiPF 6 . Elektrolit padat sendiri keuntungannya yaitu
memiliki konduktivitas yang besar serta dapat tahan lama
dibandingkan dengan elektrolit yang cair.(Jin,2009).
2.2.4 Separator adalah suatu material berpori yang terletak di antara
anoda dan katoda berfungsi untuk menjegah agar tidak terjadi
hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda. Beberapa
hal yang penting untuk memilih material agar diplih sebagai
separator antara lain material tersebut bersifat insulator, memiliki
hambatan listrik yang kecil, kestabilan mekanik (tidak mudah
rusak), memiliki sifat hambatan kimiawi untuk tidak mudah
terdegradasi dengan elektrolit serta memiliki ketebalan lapisan
yang seragam atau sama di seluruh permukaan. Beberapa material
yang dapat digunakan sebagai separator antara lain polyolefins (PE
dan PP), Poly(vinylidene fluodire) (PVdF),danpoly(ethylene
oxide).(Zhao,2011).
Struktur sel sebuah baterai terdiri dari katoda (elektroda positif), anoda (elektroda

negatif), elektrolit, dan separator.

Gambar 2.4. struktur sel sebuah baterai
(http://files.tested.com/uploads/0/5/16904-lithium_ion_separator.gif)
Berdasarkan Gambar 2.4. struktur sel sebuah baterai terdiri dari katoda, anoda,
elektrolit, dan separator. Pada proses charging elektron dari katoda mengalir

Universitas Sumatera Utara

9

menuju anoda sedangkan pada saat discharging elektron dari anoda mengalir ke
katoda melalui kabel konektor sedangkan lithium yang berada pada sistem (di
dalam baterai) lepas dari anoda karena kekurangan elektron untuk berpindah
menuju katoda melalui elektrolit.
Pembuatan sel baterai selama ini dari thin film menggunakan metode
penguraian terlebih dahulu. Pada prisnsipnya ada beberapa keuntungan baterai
lithium yaitu:(Abbas,1997).
1. Tegangan maksimum (lebih besar dari baterai lain) dan energi tinggi.
Baterai Lithium mempunyai energi pelepasan muatan 3 V, kira-kira

2 kali dari baterai kering yang konvensional ( umum). Karena
keuntungan ini satu baterai Lithium dapat menggantikan 2 baterai
konvensional.
2. Karakteristik pelepasan muatan yang baik.
Karena baterai Lithium mampu menjaga kestabilan tegangan selama
pelepasan muatan, satu baterai dapat digunakan sebagai sumber
tenaga internal.
3. Tahan terhadap kebocoran.
Penggunaan larutan organik dari alkali untuk elektrolit menghasilkan
suatu yang lebih, yaitu mengurangi korosi dan kemungkinan
kebocoran elektrolit.
4. Karakteristik penyimpanan muatan yang besar.
Baterai Lithium yang mengandung Lithium Ferro Phospat dan
elektrolit yang stabil, dapat mengurangi resiko terjadinya self
discharge.
5. Tidak berbahaya terhadap lingkungan.
Kerugiannya :
- Tak tahan terhadap kelembaban
- Densitas relatif kecil
- Produksi relatif mahal

- Harus diproduksi dalam orde besar

Universitas Sumatera Utara

10

2.3 Material Katoda
Salah satu komponen dalam sistem sel baterai lithium adalah katoda. Material
katoda ini dapat menjadi salah satu acuan untuk menentukan kapasitas sel baterai
secara teoritik.
Untuk setiap berat molekul katoda, jumlah ion lithium yang dilepaskan
material katoda saat discharging menggambarkan densitas energi dan power sel
baterai. Semakin banyak lithium dari katoda ke anoda, maka densitas energi sel
baterai semakin besar dan semakin banyak lithium yang kembali ke katoda dari
anoda, densitas powernya maka akan semakin besar.(Myounggu,2010).
Material katoda dapat disintesin dengan beberapa metode, antara lain yaitu
metode kimia, metode presipitasi, dan metode metalurgi serbuk. Solid state
method atau metode metalurgi serbuk adalah metode yang cukup sederhana dan
mudah dilakukan, tetapi pada metode ini membutuhkan energi yang besar, waktu
yang lama dan suhu pemanasan (sintering) yang lama untuk mendapatkan

material katoda tanpa pengotor (impuritas).

2.3.1 Lithium Mangan oksida (LiMn 2 O 4 )
Lithium mangan oksida merupakan bahan katoda yang cukup populer pada baterai
lithium. Lithium mangan oksida mempunyai struktur spinel dengan kemampuan
interkalasi tiga dimensi. Hal ini menyebabkan bahan katoda ini mampu disisipi
ion lithium dalam tiga arah. Baterai lithium merupakan baterai yang berbasis ion
dengan ion lithium sebagai motor penggerak.(Kiehne,1989).
Bahan katoda baterai lithium yang ada pada saat ini antara lain Lithium
Cobalt oxide (LiCoO 2 ), Lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), Lithium mangan oxide
(LiMn 2 O 4 ).(A,Veluchanny,2001).
Kebanyakan baterai lithium yang sudah diproduksi di pasaran masih banyak
menggunakan LiCoO 2 dan LiNiO 2 sebagai katodanya. Namun bahan Cobalt dan
Nikel cukup mahal. Dalam pencarian baterai lithium yang murah, bahan katoda
yang murah dari segi bahan dasar dan proses pembuatan menjadi salah satu
penyelesaiannya. Li x Mn 2 O 4 yang juga dikenal sebagai bahan katoda akan
menjadi alternatif jawaban. Li x Mn 2 O 4 mempunyai keunggulan lain dengan
struktur spinel yang cukup stabil dalam proses interkalasi.

Universitas Sumatera Utara

11

Susunan atom oksigen dan octahedral mangan membentuk sebuah spinel
framework dalam spinel LixMn 2 O 4 . Hal ini membuat gerak ion lithium dalam
proses interkalasi menjadi bebas dalam tiga dimensi. Dan framework ini cukup
stabil

ketikan

ion

lithium

berpindah-pindah

dalam

proses

interkalasi.(Koseva,2000).

2.3.2Lithium Iron Phosphate (LiFePO 4 )
Lithium ferro phospat (LiFePO4) mempunyai bentuk struktur yang serupa, tetapi
memiliki saling kelarutan yang rendah, tetapi memiliki saling kelarutan yang
rendah. hal ini memastikan jarak dekat biaya atau debit tegangan (3,5V)dan
oksidasi aktifnya lebih rendah dari komponen elektrolit dalam libs. Di dalam
LiFePO4 partikel dilapisi dengan karbon tingkat pengisian dan pengosongan
proses dibatasi oleh konduktvitas ion dari bahan. LiFePO 4 /C komposit disusun
melalui sederhana dan suhu tinggi metode keadaan padat (solid-state) untuk lebih
efektif meningkatkan kinerja elektrokimia LiFePO 4 /C, LiFePO 4 /C dengan Ni dan
Mn co-doping disintesis oleh suhu tinggi dengan solid-state. Pengaruh Ni dan Mn
co-doping dengan jumlah yang berbeda pada struktur, morfologi dan properti
elektrokimia LiFePO 4 /C.(Hongbo,2013).
Bockenfeldetal.

jugatelah

menunjukkansebagaiAC-

LiFePO4 elektrodamemungkinkanpeningkatan kinerjatingkattinggi, sehubungan
denganorang-orangyang

hanya

berisiLiFePO4(LFP) danaditifkonduktif. PenambahanACdiusulkanuntuk memiliki
beberapaefek

yaitu

:

MenipiskanpartikelLFPdan,

sehingga

menghindarikekurangan garamLi.
1. meningkatkankonduktivitaselektrodakomposit, dan
2. menyediakan kapasitastambahan karenaformasidouble-layer.

2.4 Bahan baku pada serbuk LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4
Serbuk senyawa dari LiFe 0.8 Mn 0.1 Ni 0.1 PO 4 disintesis dengan cara dicampur
menurut perhitungan stoikiometri dari bahan-bahan dasar LiOH.H 2 O, Fe 2 O 3 ,
MnO 2 , Ni, dan H 3 PO 4 .

Universitas Sumatera Utara

12

2.4.1 LiOH.H 2 O
Lithium adalah logam yang lunak, merupakan unsur padat yang paling ringan dan
dapat mengapung pada produk minyak bumi. Bahan ini digunakan dalam industri
porselen, keramik, agen pemutih, farmasi.
Reaksi berlangsung lambat bila dibandingkan dengan reaksi alkali yang
lain, sehingga tidak berbahaya dibandingkan logam alkali lainnya. Oleh karena
titik didihnya lebih tinggi dari air, maka bila bereaksi dengan air akan tetap
sebagai padatan, sedangkan logam alkali lainnya akan meleleh. Lithium
hydroxide merupakan senyawa inorganik, material higroskopis, tersedia secara
komersial dalam bentuk monohidrat (yaitu LiOH.H 2 O) yang merupakan basa
kuat. Senyawa ini memiliki kemurnian hampir 99%.

Gambar 2.5 Serbuk Lithium Hydroxida
(http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_hydroxide)

2.4.2 Besi Oksida
Iron Oxide atau sering juga disebut hematite memiliki kemurnian 95-100%.
Hematite adalah bentuk mineral besi oksida (Fe 2 O 3 ). Hematite mengkristalisasi
dalam sistem rombohedral. Hematite merupakan mineral yang berwarna hitam
hingga abu-abu perak atau baja, coklat hingga merah kecoklatan atau merah.
Dalam skala kekerasan, hematit berada dalam skala 5 dari 6.

Gambar 2.4 Serbuk hematite

Universitas Sumatera Utara

13

(http://id.wikipedia.org/wiki/Hematit)
2.4.3 Mangan Oksida
Mangan dioxide adalah senyawa anorganik dengan rumus MnO 2 . Kengunaan
utama dari MnO 2 adalah untuk sel baterai kering , seperti baterai alkaline dan
baterai seng - karbon. Mangan dioxide memiliki kemurnian 100%.

Gambar 2.5 Serbuk Mangan dioxide
(http://id.wikipedia.org/wiki/ManganDioxide)

2.4.4 Nikel (Ni)
Nikel memiliki kemurnian hamper 100%. Nikel biasa digunakan sebagai bahan
pembuat paduan. Logam paduan nikel memiliki karakteristik kuat, tahan panas,
serta tanan korosi.

Gambar 2.6 Serbuk Nikel
( http://id.swewe.net/word_show.htm/?68233_1&Nikel_bubuk)

2.4.5 Asam Phospat
Asam phospatbiasa disebut dengan yaitu asam yang paling umum digunakan
dalam industri, seperti industri pupuk yang memiliki kemurnian 85%. (E.Meyer,
1989).

Universitas Sumatera Utara

14

Gambar 2.7 Cairan Phosphoric Acid
(http://harelmallac-export.com/product/phosphoric-acid-food-grade)
2.5 XRD (X-Ray Diffraction)
XRD

(X-Ray

Diffraction)

merupakan

alat

yang

digunakan

untuk

mengkarakterisasi struktur kristal, dan ukuran kristal dari suatu bahan padat.
Semua bahan yang mengandung kristal tertentu ketika dianalisa menggunakan
XRD akan memunculkan puncak – puncak yang spesifik. Sehingga kelemahan
alat ini tidak dapat untuk mengkarakterisasi bahan yang bersifat amorf. Metode
difraksi umumnya digunakan untuk mengidentifikasi senyawa yang belum
diketahui yang terkandung dalam suatu padatan dengan cara membandingkan
dengan data difraksi dengan database yang dikeluarkan oleh International Centre
for Diffraction data berupa PDF Powder Diffraction File (PDF).
Gejala difraksi akan ditunjukkan oleh sinar X disaat sinar yang merupakan
gelombang elektromagnetik ini jatuh pada permukaan sampel dengan panjang
gelombang kira-kira sama dengan jarak antar atom sampel. Atom-atom yang
berjarak teratur ini akan berfungsi sebagai pusat penghambur sinar X. Percobaan
yang dilakukan pertama kali ini adalah oleh Laue pada tahun 1912, dikembangkqn
oleh Bragg untuk mendapatkan persamaan matematis. Sinar yang menumbuk
atom akan didifraksikan, dengan demikian sinar yang sefase akan diperkuat
sementara yang berbeda fase akan saling menghilangkan. Prinsip dasar difraksi
sinar X diperlihat kan pada gambar 2.2.

Gambar 2.7. Difraksi sinar-X oleh atom-atom pada bidang kristal

Universitas Sumatera Utara

15

Sinar X (sinar 1) yang datang membentuk sudut � terhadap permukaan sampel

dan menumbuk atom, akan dipantulkan dengan sudut yang sama. Begitu pula
dengan sinar X (sinar 2) yang jatuh pada bidang dibawahnya yang berjarak d.
Sinar ini akan dipantulkan dengan sudut � , namun memiliki beda fase. Jika

perbedaan fasa ini sama dengan kelipatan panjang gelombang, maka akan
didapatkan persamaan Bragg :
2d Sin � = n λ.................................................................(2.2)

Setiap senyawa memiliki struktur kristal yang unik, baik itu fasa tunggal atau
beberapa fasa. Oleh karenanya difraksi sinar yang didapat sangat karakteristik
untuk senyawa tertentu. Informasi yang dihasilkan dari pola difraksi sinar X
adalah posisi puncak (2 �) dalam satuan derajat, jarak antar bidang (d) dalam

Angmstrong, intensitas (I) dalam counts/second, lebar penuh pada setengah
puncak (Full Width at Half Maximum FWHM).(Triwibowo,2011)

2.6 SEM ( Scanning Electrochemical Microscopy)
Analisa SEM dilakukan untuk mengetahui permukaan serbuk hasil sinter terkait
dengan fasa-fasa yang terbentuk, porositas dan besar butir. Analisa SEM juga
dilakukan pada lembar kathoda. Hal ini dilakukan untuk mengetahui distribusi
serbuk pada matriks, porositas dan kemampuan basahan serbuk terhadap matriks.
SEM mempunyai prinsip kerja bahwa suatu berkas insiden elektron yang
sangat halus di-scan menyilangi permukaan sampel dalam sinkronisasi dengan
berkas tersebut dalam tabung sinar katoda. Elektron-elektron yang terhambur
digunakan untuk memproduksi sinyal yang memodulasi berkas dalam tabung
sinar katoda, yang memproduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar
dan penampakan hampir tiga dimensi.

Gambar.2.8 Skema sebuah peralatan SEM.

Universitas Sumatera Utara

16

Sampel baik berupa serbuk maupun lembar kathoda tidak perlu di-coating terlebih
dahulu dengan unsur Au,Pd, karena sampel sudah cukup konduktif untuk
menghantarkan elektron dengan baik.
SEM memiliki tiga komponen pokok yaitu kolom elektron, ruang sampel,
sistem pompa vakum, kontrol elektron dan sistem lensa magnetik. Didalam kolom
elektron dapat penembak elektron yang terdiri dari katoda dan anoda. Katoda
umumnya terbuat dari Wolfram (W). Elektron yang terlepas dari katoda bergerak
ke arah anoda yang dalam perjalanannya berkas elektron ini dipengaruhi oleh
lensa magnetik hingga didapatkan berkas elektron yang terfokus ke arah sampel.
Saat elektron menumbuk sampel, akan terjadi beberapa fenomena yaitu
terbentuknya dua jenis hamburan/scattering, sinar X dan foton.
Hamburan terbagi menjadi dua jenis yaitu hamburan elastis dan non
elastis. Hamburan elastis dihasilkan dari tumbukan berkas elektron dengan inti
atom sampel tanpa terjadi perubahan energi. Gejala ini disebut juga Back
Scaterred Electron/BSE. Kebalikannya dengan BSE, hamburan non elastis
ditimbulkan dari berkas elektron yang dipancarkan oleh penembak elektron
menumbuk elektron sampel hingga terjadi perpindahan energi dari elektron asal
ke elektron sampel yang lebih rendah.

2.7 EIS ( Electrochemical Impedance Spectrometry)
Pergerakan elektron dan ion dalam baterai lithium dapat diamati secara
elektrokimia dengan menggunakan metode EIS (Electrochemical Impedance
Spectrometry). Impedansi elektrokimia biasa diukur dengan menggunakan sebuah
tegangan AC (U) pada sebuah sel elektrokimia dan mengukur arus listrik yang
melalui sel. Arus massa dalam elektrolit dipengaruhi oleh besaran frekuensi,
dimana kontrol kinetik sangat menonjol ketika frekuensi masih tinggi.
Kontrol arus akan dipengaruhi oleh transfer massa saat frekuensi rendah.
Impedance Spectroscopy merupakan tekhnik yang sangat penting untuk
karakterisasi elektroda baterai ion Li. Pertama, impedansi merupakan partikel
tunggal yang rendah perpindahan ion Li pada permukaan lapisan (Solid Electroyte
Interphase,SEI) seputar partikel.(Bambang P,2008).

Universitas Sumatera Utara

17

Sebuah sel elektrokimia mirip dengan sebuah hambatan.Contohnya larutan
elektrolit berkelakuan sebagai sebuah hambatan ohmik.Kapasitor juga merupakan
elemen penting dalam impedansi elektrokimia spektroskopi electrochemical
impedance spectroscopy (EIS).
Ruang diantara elektroda dan larutan secara ideal berkelakuan sebagai sebuah
kapasitor yang disebut kapasitansi keping ganda elektrik-elecrical double layer
capacitance.Besar impedansi kapasitor adalah 1/w C, dan sudut fasa 90° dimana
impedansi merupakan pembagian antara tegangan potensial dan arus listrik.
Pengujian EIS dilakukan untuk mengetahui perilaku impedansi material
serbuk LiFe 0.9-x Mn x Ni 0.1 PO 4 .alat yang digunakan adalah LCR meter, HIOKI
3532-50 Chemical Impedance Meter. Parameter yang dapat dihasilkan
adalah:impedansi ril, impedansi imaginer, pergeseran sudut fasa, dan impedansi
total, dengan variasi spektrum frekuensi dalam skala logaritmik.(Subhan,2011)
Pemilihan skala log (f) penting dilakukan untuk menghasilkan sebaran f pada
frekuensi rendah.Gambar 2.9. Skema dan peralatan pengukuran EIS.

Gambar 2.9. (a) Skematik setup pengukuran EIS. (b)Peralatanpengujian
electrochemical impedance spectroscopy (EIS).
Salah

satu parameter

yang

terpenting

dari

sistem

baterai adalah

konduktifitasdari tiap-tiap komponennya.Lembar kathoda tunggal dapat diukur
konduktifitasnya dengan metoda Four Point Probe. Namun mengingat lembaran
ini disusun menjadi satu dengan lembaran komponen baterai lainnya, maka akan
terbentuk antarmuka/interface diantara lembaran-lembarannya. Interface yang
terbentuk memiliki sifat sebagai kondensator yaitu memiliki kapasitas dan
impedance. Secara normal sebuah sel

elektrokimia mirip dengan sebuah

Universitas Sumatera Utara

18

hambatan. Ruang diantara elektroda dan elektron kolektor membentuk ruang yang
bersifat sebagai kapasitor.
Adapun prosedur dari pengukuran konduktifitas adalah sebagai berikut:
1. lembar kathoda yang berupa komposit digunting dengan ukuran 35mm x
30 mm.
2. Sampel dijepit pada alat uji (sample holder) berbentuk pelat konduktor.
3. Atur rentang frekuensi yang digunakan pada pengujian (10Hz-100kHz),
kemudian start dan mulailah pengujian.
4. Alat uji konduktifitas akan menghasilkan data-data dari hasil respon bahan
terhadap rentang frekuensi yang diberikan berupa nilai impedansi reel (Z’)
dan impedansi imajiner (Z’’).
5. Jika diplot diantara Z’ dan Z’’ maka akan dihasilkan kurva nyquist
6. Tentukan R tot dari grafik nyquist ini dengan melakukan ektrapolasi berupa
garis setengah lingkaran.
Kapasitas dari double layer secara umum dituliskan seperti dibawah ini:
Z=

1
��

..................................................................................(2.2)

Untuk mendapatkan nilai R tot maka kita harus mendapatkan Z” = 0 dengan
cara melakukan ekstrapolasi membentuk setengah lingkaran. Dari nilai Z = R tot
kita dapat menentukan konduktivitas bahan dengan menggunakan persamaan :
�

R = � ...............................................................................................(2.3)
�

Dimana :� = Hambatan jenis bahan [ohm.m]
R = Resistivitas bahan [ohm]
t = Tebal bahan [m]
A = Luas penampang bahan [m2]
Dikarenakan � =
�=

�

��

1
�

maka rumus persamaannya adalah :

..................................................................................................(2.4)

Dimana :� adalah Konduktivitas [Ω-1m-1] atau [S/m].

BAB 3

Universitas Sumatera Utara