Sintesis Lithium Mangan Oksida (LiMn2O4) untuk Katoda Baterai Lithium Ion
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baterai
Baterai didefinisikan sebagai perangkat penyimpanan elektrokimia yang
menyimpan listrik dalam ikatan kimia. Alat ini mengubah energi kimia yang
terkandung dalam bahan aktif langsung menjadi energi listrik dengan cara reaksi
elektrokimia. Reaksi ini melibatkan transfer elektron dari satu materi ke materi yang
lain melalui sebuah sirkuit listrik. Secara ilmiah, baterai disebut sebagai sel
elektrokimia atau sel galvanik yang menyimpan energi listrik dalam bentuk energi
kimia dan reaksi elektrokimia yang terjadi disebut galvanis. Proses elektrokimia ini
kemudian mengalami reaksi redoks. Konversi energi kimia menjadi energi listrik
dilakukan melalui transfer elektron pada sirkuit eksternal (Ho Kar Yee et al., 2014).
Baterai terdiri dari dua jenis yaitu primer dan sekunder. Dalam baterai
primer, Reaksi elektroda tidak reversibel oleh karena itu sel tidak dapat diisi ulang,
yaitu setelah satu charge, akan dibuang. Pada baterai sekunder, reaksi elektroda
bersifat reversibel dan sel-sel dapat diisi ulang. Sebuah baterai terdiri dari tiga
komponen utama: katoda, elektrolit dan anoda. Katoda merupakan elektroda tempat
reaksi reduksi terjadi (yaitu elektron yang diterima dari rangkaian luar), sedangkan
reaksi oksidasi terjadi pada anoda (yaitu elektron yang dilepaskan ke sirkuit luar).
Elektrolit adalah isolator elektronik, namun konduktor ionik yang baik fungsi
utamanya adalah untuk memberikan transportasi menengah untuk ion melakukan
perjalanan dari satu elektroda ke elektroda lainnya. (Eriksson, 2001).
2.2. Baterai Lithium Ion
Sebuah baterai Li-ion biasanya mengacu pada baterai sekunder di mana
energi kimia disimpan melalui reaksi redoks yang mempekerjakan interkalasi lithium
antara elektroda positif (katoda) dan elektroda negatif (anoda). Ketika charging dan
discharging ion lithium bergerak bolak-balik antara katoda dan anoda. (Paravasthu,
R, 2012). Pada dasarnya ada empat komponen utama dari baterai lithium ion: anoda,
katoda, separator dan elektrolit. Katoda bertindak sebagai elektroda positif yang
menerima elektron sekaligus mereduksi dan anoda bertindak sebagai elektroda
negatif yang menyumbangkan elektron dan mengoksidasi selama siklus discharging.
Universitas Sumatera Utara
elektroda tidak menyentuh satu sama lain tetapi dihubungkan secara elektrik dengan
elektrolit sementara separator mencegah pencampuran antara elektroda tetapi
memungkinkan ion Li untuk mengalir.
Berbagai baterai telah dikembangkan, seperti lead-acid, Ni-Cd, Ni-metal
hidrida dan baterai Lithium ion. Di antara semua sistem baterai, baterai Li-Ion dapat
memberikan kepadatan (densitas) energi yang lebih tinggi karena Lithium
merupakan baterai yang paling elektropositif (-3,04V v.s. standar hidrogen elektroda)
dan logam ringan (M = 6,94 g / mol). Selama proses pengisian dan pengosongan Li
ion mentransfer seluruh elektrolit antara anoda dan katoda dengan oksidasi dan
reduksi yang terjadi pada dua elektroda seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Proses Charging dan Discharging pada Baterai Lithium Ion
(Sumber: Paravasthu R, 2012)
1) Selama pengisian baterai (charging), lithium ion mengalir dari elektroda positif ke
elektroda negatif melalui elektrolit. Elektron cenderung mengalir pada arah di sekitar
sirkuit luar
2) Ketika semua ion berhenti mengalir, baterai akan terisi penuh dan siap untuk
digunakan.
3) Selama pemakaian baterai (discharging), ion mengalir kembali dari elektroda
negatif ke elektroda positif. (Oswal M et al., 2010).
2.3 Bagian-Bagian Baterai Lithium Ion
Baterai Li-Ion terdiri dari empat komponen utama yaitu elektroda negatif (anoda),
elektroda positif (katoda), elektrolit, dan separator.
Universitas Sumatera Utara
2.3.1
Elektroda Negatif (Anoda)
Anoda, atau elektroda negatif, umumnya terbuat dari grafit (karbon) dan
dilapiskan pada tembaga foil. Anoda menerima Li-ion saat siklus pengisian dan
memancarkan ke katoda selama siklus pemakaian. Bahan aktif di anoda terdiri dari
grafit, perekat, pelarut, dan karbon konduktif. Ada dua jenis struktur karbon
elektroda yaitu: "Kristal grafit alam dan kristal karbon buatan". Anoda terbuat dari
grafit yang memungkinkan ion lithium tunggal untuk diinsersi dalam struktur segi
enam pada pengisian penuh komposisi LiC6. (Arora Y et al., 2015).
Bahan potensial untuk elektroda negatif harus memenuhi persyaratan sebagai
berikut:
1. Dapat bereaksi reversibel dengan lithium.
2. Dapat Mengakomodasi beberapa Li-ion per atom logam untuk memberikan
kapasitas tinggi.
3. Penyisipan / ekstraksi harus dioperasikan pada tegangan rendah dengan Li+/
Li (-3,04V) untuk mendapatkan tegangan yang besar.
4. Konduktivitas elektronik dan ionik yang baik.
5. Harga Murah dan ramah lingkungan (Philippe B, 2013).
2.3.2
Elektroda Positif (Katoda)
Elektroda positif dalam baterai lithium-ion didasarkan pada tiga jenis kimia
dasar: oksida berlapis (seperti lithium cobalt oksida), spinel (seperti lithium mangan
oksida), atau polyanion (seperti lithium iron phosphate). Bahan katoda yang paling
umum digunakan dalam sel lithium-ion adalah lithium cobalt oksida. Namun,
berbagai bahan lain yang digunakan seperti lithium feroposfat (LiFePO4), spinel
seperti lithium mangan oksida (LiMn2O4), atau oksida logam campuran yang
mencakup cobalt (Co), nikel (Ni), aluminium (Al), dan oksida mangan seperti kobalt
nikel aluminat (NCA) (Mikolajczak C et al., 2011). Bahan yang umum digunakan
sebagai katoda pada baterai lithium adalah LiCoO2. LiCoO2 merupakan bahan katoda
yang memilki kapasitas spesifik yang paling tinggi. Namun material katoda ini
berbahaya untuk digunakan karena mengandung logam berat. LiMn 2O4 merupakan
material katoda yang mudah disintesis jika dibandingkan dengan jenis material
katoda lainnya karena memiliki stabilitas struktural yang baik. (Julien, 2014).
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1. Sifat Bahan Katoda dalam Baterai Li-ion
Material
Nominal
Kapasitas
Kapasitas
Energi Spesifik
Elektroda
Voltage (V)
Spesifik
discharge
Praktek
Teori
Praktek (mAh/g)
(Wh/kg)
(mAh/g)
LiCoO2
3.6
274
145
520
LiMn2O4
3.9
148
105
410
LiFePO4
3.4
170
155
540
LiNiO2
4.0
274
160
640
Sumber: Kasvayee, 2011
Gambar 2. Fenomena Konduktifitas Ionik dan Elektronik pada Material Katoda
(Sumber: Park, 2010).
Gambar diatas menggambarkan fenomena konduksi dalam partikel komposit
katoda tunggal. Ketika Li-ion berdifusi keluar dari katoda (konduksi ionik) selama
siklus charge keadaan valensi ion logam transisi berubah (konduksi elektronik) jadi
penting bahwa konduktivitas listrik dan ionik dioptimalkan dalam bahan katoda
(Park, 2010).
Untuk dapat digunakan sebagai elektroda positif dalam baterai Li-ion, bahan harus
memenuhi beberapa persyaratan sebagai berikut:
1. Bahan harus mudah direduksi / ion teroksidasi, misalnya logam transisi.
2. Bahan harus bereaksi reversibel dengan lithium yaitu tidak ada perubahan
struktur pada saat insersi/ ekstraksi lithium.
Universitas Sumatera Utara
3. Bahan harus harus mampu beroperasi pada tegangan tinggi (sekitar 4 V)
untuk memberikan kapasitas penyimpanan energi yang tinggi.
4. Proses insersi / ekstraksi harus cepat untuk mencapai densitas daya (power
density) yang tinggi.
5. Bahan harus memiliki konduktivitas elektronik dan konduktivitas Li-ion yang
baik.
6. Bahan harus stabil secara termal dan kimia, murah dan ramah lingkungan.
(Philippe B, 2013).
2.3.3 Elektrolit
Elektrolit adalah bagian penting ketiga dari baterai Li-ion. Ini memastikan
konduksi dari lithium-ion antara elektroda negatif dan elektroda positif dan bertindak
sebagai penghalang fisik antara dua elektroda (ketika digabungkan dengan separator
untuk elektrolit cair). Sifat kimia dari elektrolit memiliki dampak yang kuat pada
kinerja baterai dan terutama pada antarmuka elektroda / elektrolit (Philippe B, 2015).
Fungsi utama dari elektrolit adalah untuk mencegah pertukaran elektron langsung
antara elektroda dan memfasilitasi aliran elektron agar teratur dan stabil melalui
sirkuit eksternal. Secara bersamaan, elektrolit harus menjadi konduktor ionik
(konduktif yang sangat ideal) untuk menjaga transfer internal. Selain itu, elektrolit
juga harus memenuhi beberapa syarat lagi untuk memastikan bahwa fungsi baterai
yang dihasilkan seperti yang diinginkan. Mungkin yang paling penting, elektrolit
harus menunjukkan stabilitas elektrokimia yang tinggi, di seluruh rentang tegangan
baterai. Ini berarti bahwa elektrolit harus tetap lembam selama operasi. (Øystein G,
2012).
Elektrolit dalam sel lithium-ion biasanya terdiri dari garam lithium yang
dilarutkan dalam campuran pelarut yang juga mengandung sejumlah aditif kecil.
Garam lithium umumnya LiPF6 yang memiliki kualitas yang memadai misalnya
stabilitas elektrokimia dan kisaran suhu yang dapat digunakan untuk baterai lithiumion komersial. (Svens P, 2016).
Elektrolit yang ideal memiliki beberapa persyaratan umum untuk memenuhi :
1. Konduktivitas ionik tinggi (σ
Li
> 10-4 S/cm) dan konduktivitas elektronik
rendah (σe < 10-10 S/cm) dengan jarak berbagai suhu (-40°C sampai +60°C).
Universitas Sumatera Utara
2. Stabil secara kimiawi terhadap semua komponen sel (separator, kolektor,
bahan kemasan sel).
3. Harus membentuk lapisan pasif yang stabil pada permukaan Elektroda.
4. Dapat mentolerir kondisi ekstrim (listrik, mekanik dan penyalahgunaan
termal).
5. Toksisitas rendah dan harga murah (Phlippe B, 2013).
6. Elektrokimia stabil di kisaran tegangan operasi baterai.
7. Viskositas rendah (terkait dengan konduktivitas ionik tinggi).
8. Kemampuan untuk melarutkan garam bahkan pada konsentrasi tinggi
(konstanta dielektrik tinggi).
9. Stabil pada rentang temperatur yang tinggi (Gulbrekken,2012).
2.3.4
Separator
Separator adalah membran berpori yang ditempatkan di antara katoda dan
anoda. Membran ini memiliki fungsi mencegah kontak fisik antara elektroda dan
memungkinkan pergerakan ion lithium lancar dengan hosting sejumlah besar ionkonduktif cairan elektrolit. Kontak antara elektroda, seperti korsleting, dapat
menyebabkan perpindahan panas dan dalam kasus terburuk, kebakaran dan ledakan
mungkin terjadi sebagai akibat dari meningkatnya suhu di dalam sel lithium-ion.
Oleh karena itu, separator diperlukan untuk mempertahankan sifat fisik dan
elektrokimia, bahkan pada suhu yang relatif tinggi (Carvalho et al., 2015).
Pori-pori di separator memungkinkan transfer ion lithium dengan berdifusi
selama pengisian dan pengosongan. Lapisan-lapisan ini melembutkan dan menutup
pori-pori pada suhu yang tinggi (biasanya dalam kisaran 130 sampai 150°C/270300°F), dan menghentikan proses pengisian atau pengosongan dengan menghambat
transportasi ion antara anoda dan katoda. (Mikolajczak C et al., 2011). Berdasarkan
morfologi separator, umumnya ada dua jenis separator yaitu membran berpori dan
lapisan nonwoven. Meskipun separator efektif dalam mencegah hubungan arus listrik
pendek antara anoda dan katoda, keberadaan separator di antara dua elektroda dapat
menurunkan konduktivitas efektif elektrolit dan meningkatkan impedansi sel. Hal
Ini akan mengurangi luas penampang total ion lithium sedangkan pori-pori terbuka di
separator memperpanjang transportasi jalur ionik (Min yang et al., 2012).
Universitas Sumatera Utara
Bahan seperti serat nonwoven (misalnya nylon, katun, poliester, kaca), film
polimer (misalnya polietilena (PE), polypropylene (PP), poly (tetrafluoroethylene)
(PTFE), polivinil klorida (PVC), dan zat alami (misalnya karet, asbes, kayu) telah
digunakan untuk separator mikro dalam baterai yang beroperasi pada suhu kamar dan
rendah (
2.1. Baterai
Baterai didefinisikan sebagai perangkat penyimpanan elektrokimia yang
menyimpan listrik dalam ikatan kimia. Alat ini mengubah energi kimia yang
terkandung dalam bahan aktif langsung menjadi energi listrik dengan cara reaksi
elektrokimia. Reaksi ini melibatkan transfer elektron dari satu materi ke materi yang
lain melalui sebuah sirkuit listrik. Secara ilmiah, baterai disebut sebagai sel
elektrokimia atau sel galvanik yang menyimpan energi listrik dalam bentuk energi
kimia dan reaksi elektrokimia yang terjadi disebut galvanis. Proses elektrokimia ini
kemudian mengalami reaksi redoks. Konversi energi kimia menjadi energi listrik
dilakukan melalui transfer elektron pada sirkuit eksternal (Ho Kar Yee et al., 2014).
Baterai terdiri dari dua jenis yaitu primer dan sekunder. Dalam baterai
primer, Reaksi elektroda tidak reversibel oleh karena itu sel tidak dapat diisi ulang,
yaitu setelah satu charge, akan dibuang. Pada baterai sekunder, reaksi elektroda
bersifat reversibel dan sel-sel dapat diisi ulang. Sebuah baterai terdiri dari tiga
komponen utama: katoda, elektrolit dan anoda. Katoda merupakan elektroda tempat
reaksi reduksi terjadi (yaitu elektron yang diterima dari rangkaian luar), sedangkan
reaksi oksidasi terjadi pada anoda (yaitu elektron yang dilepaskan ke sirkuit luar).
Elektrolit adalah isolator elektronik, namun konduktor ionik yang baik fungsi
utamanya adalah untuk memberikan transportasi menengah untuk ion melakukan
perjalanan dari satu elektroda ke elektroda lainnya. (Eriksson, 2001).
2.2. Baterai Lithium Ion
Sebuah baterai Li-ion biasanya mengacu pada baterai sekunder di mana
energi kimia disimpan melalui reaksi redoks yang mempekerjakan interkalasi lithium
antara elektroda positif (katoda) dan elektroda negatif (anoda). Ketika charging dan
discharging ion lithium bergerak bolak-balik antara katoda dan anoda. (Paravasthu,
R, 2012). Pada dasarnya ada empat komponen utama dari baterai lithium ion: anoda,
katoda, separator dan elektrolit. Katoda bertindak sebagai elektroda positif yang
menerima elektron sekaligus mereduksi dan anoda bertindak sebagai elektroda
negatif yang menyumbangkan elektron dan mengoksidasi selama siklus discharging.
Universitas Sumatera Utara
elektroda tidak menyentuh satu sama lain tetapi dihubungkan secara elektrik dengan
elektrolit sementara separator mencegah pencampuran antara elektroda tetapi
memungkinkan ion Li untuk mengalir.
Berbagai baterai telah dikembangkan, seperti lead-acid, Ni-Cd, Ni-metal
hidrida dan baterai Lithium ion. Di antara semua sistem baterai, baterai Li-Ion dapat
memberikan kepadatan (densitas) energi yang lebih tinggi karena Lithium
merupakan baterai yang paling elektropositif (-3,04V v.s. standar hidrogen elektroda)
dan logam ringan (M = 6,94 g / mol). Selama proses pengisian dan pengosongan Li
ion mentransfer seluruh elektrolit antara anoda dan katoda dengan oksidasi dan
reduksi yang terjadi pada dua elektroda seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Proses Charging dan Discharging pada Baterai Lithium Ion
(Sumber: Paravasthu R, 2012)
1) Selama pengisian baterai (charging), lithium ion mengalir dari elektroda positif ke
elektroda negatif melalui elektrolit. Elektron cenderung mengalir pada arah di sekitar
sirkuit luar
2) Ketika semua ion berhenti mengalir, baterai akan terisi penuh dan siap untuk
digunakan.
3) Selama pemakaian baterai (discharging), ion mengalir kembali dari elektroda
negatif ke elektroda positif. (Oswal M et al., 2010).
2.3 Bagian-Bagian Baterai Lithium Ion
Baterai Li-Ion terdiri dari empat komponen utama yaitu elektroda negatif (anoda),
elektroda positif (katoda), elektrolit, dan separator.
Universitas Sumatera Utara
2.3.1
Elektroda Negatif (Anoda)
Anoda, atau elektroda negatif, umumnya terbuat dari grafit (karbon) dan
dilapiskan pada tembaga foil. Anoda menerima Li-ion saat siklus pengisian dan
memancarkan ke katoda selama siklus pemakaian. Bahan aktif di anoda terdiri dari
grafit, perekat, pelarut, dan karbon konduktif. Ada dua jenis struktur karbon
elektroda yaitu: "Kristal grafit alam dan kristal karbon buatan". Anoda terbuat dari
grafit yang memungkinkan ion lithium tunggal untuk diinsersi dalam struktur segi
enam pada pengisian penuh komposisi LiC6. (Arora Y et al., 2015).
Bahan potensial untuk elektroda negatif harus memenuhi persyaratan sebagai
berikut:
1. Dapat bereaksi reversibel dengan lithium.
2. Dapat Mengakomodasi beberapa Li-ion per atom logam untuk memberikan
kapasitas tinggi.
3. Penyisipan / ekstraksi harus dioperasikan pada tegangan rendah dengan Li+/
Li (-3,04V) untuk mendapatkan tegangan yang besar.
4. Konduktivitas elektronik dan ionik yang baik.
5. Harga Murah dan ramah lingkungan (Philippe B, 2013).
2.3.2
Elektroda Positif (Katoda)
Elektroda positif dalam baterai lithium-ion didasarkan pada tiga jenis kimia
dasar: oksida berlapis (seperti lithium cobalt oksida), spinel (seperti lithium mangan
oksida), atau polyanion (seperti lithium iron phosphate). Bahan katoda yang paling
umum digunakan dalam sel lithium-ion adalah lithium cobalt oksida. Namun,
berbagai bahan lain yang digunakan seperti lithium feroposfat (LiFePO4), spinel
seperti lithium mangan oksida (LiMn2O4), atau oksida logam campuran yang
mencakup cobalt (Co), nikel (Ni), aluminium (Al), dan oksida mangan seperti kobalt
nikel aluminat (NCA) (Mikolajczak C et al., 2011). Bahan yang umum digunakan
sebagai katoda pada baterai lithium adalah LiCoO2. LiCoO2 merupakan bahan katoda
yang memilki kapasitas spesifik yang paling tinggi. Namun material katoda ini
berbahaya untuk digunakan karena mengandung logam berat. LiMn 2O4 merupakan
material katoda yang mudah disintesis jika dibandingkan dengan jenis material
katoda lainnya karena memiliki stabilitas struktural yang baik. (Julien, 2014).
Universitas Sumatera Utara
Tabel 1. Sifat Bahan Katoda dalam Baterai Li-ion
Material
Nominal
Kapasitas
Kapasitas
Energi Spesifik
Elektroda
Voltage (V)
Spesifik
discharge
Praktek
Teori
Praktek (mAh/g)
(Wh/kg)
(mAh/g)
LiCoO2
3.6
274
145
520
LiMn2O4
3.9
148
105
410
LiFePO4
3.4
170
155
540
LiNiO2
4.0
274
160
640
Sumber: Kasvayee, 2011
Gambar 2. Fenomena Konduktifitas Ionik dan Elektronik pada Material Katoda
(Sumber: Park, 2010).
Gambar diatas menggambarkan fenomena konduksi dalam partikel komposit
katoda tunggal. Ketika Li-ion berdifusi keluar dari katoda (konduksi ionik) selama
siklus charge keadaan valensi ion logam transisi berubah (konduksi elektronik) jadi
penting bahwa konduktivitas listrik dan ionik dioptimalkan dalam bahan katoda
(Park, 2010).
Untuk dapat digunakan sebagai elektroda positif dalam baterai Li-ion, bahan harus
memenuhi beberapa persyaratan sebagai berikut:
1. Bahan harus mudah direduksi / ion teroksidasi, misalnya logam transisi.
2. Bahan harus bereaksi reversibel dengan lithium yaitu tidak ada perubahan
struktur pada saat insersi/ ekstraksi lithium.
Universitas Sumatera Utara
3. Bahan harus harus mampu beroperasi pada tegangan tinggi (sekitar 4 V)
untuk memberikan kapasitas penyimpanan energi yang tinggi.
4. Proses insersi / ekstraksi harus cepat untuk mencapai densitas daya (power
density) yang tinggi.
5. Bahan harus memiliki konduktivitas elektronik dan konduktivitas Li-ion yang
baik.
6. Bahan harus stabil secara termal dan kimia, murah dan ramah lingkungan.
(Philippe B, 2013).
2.3.3 Elektrolit
Elektrolit adalah bagian penting ketiga dari baterai Li-ion. Ini memastikan
konduksi dari lithium-ion antara elektroda negatif dan elektroda positif dan bertindak
sebagai penghalang fisik antara dua elektroda (ketika digabungkan dengan separator
untuk elektrolit cair). Sifat kimia dari elektrolit memiliki dampak yang kuat pada
kinerja baterai dan terutama pada antarmuka elektroda / elektrolit (Philippe B, 2015).
Fungsi utama dari elektrolit adalah untuk mencegah pertukaran elektron langsung
antara elektroda dan memfasilitasi aliran elektron agar teratur dan stabil melalui
sirkuit eksternal. Secara bersamaan, elektrolit harus menjadi konduktor ionik
(konduktif yang sangat ideal) untuk menjaga transfer internal. Selain itu, elektrolit
juga harus memenuhi beberapa syarat lagi untuk memastikan bahwa fungsi baterai
yang dihasilkan seperti yang diinginkan. Mungkin yang paling penting, elektrolit
harus menunjukkan stabilitas elektrokimia yang tinggi, di seluruh rentang tegangan
baterai. Ini berarti bahwa elektrolit harus tetap lembam selama operasi. (Øystein G,
2012).
Elektrolit dalam sel lithium-ion biasanya terdiri dari garam lithium yang
dilarutkan dalam campuran pelarut yang juga mengandung sejumlah aditif kecil.
Garam lithium umumnya LiPF6 yang memiliki kualitas yang memadai misalnya
stabilitas elektrokimia dan kisaran suhu yang dapat digunakan untuk baterai lithiumion komersial. (Svens P, 2016).
Elektrolit yang ideal memiliki beberapa persyaratan umum untuk memenuhi :
1. Konduktivitas ionik tinggi (σ
Li
> 10-4 S/cm) dan konduktivitas elektronik
rendah (σe < 10-10 S/cm) dengan jarak berbagai suhu (-40°C sampai +60°C).
Universitas Sumatera Utara
2. Stabil secara kimiawi terhadap semua komponen sel (separator, kolektor,
bahan kemasan sel).
3. Harus membentuk lapisan pasif yang stabil pada permukaan Elektroda.
4. Dapat mentolerir kondisi ekstrim (listrik, mekanik dan penyalahgunaan
termal).
5. Toksisitas rendah dan harga murah (Phlippe B, 2013).
6. Elektrokimia stabil di kisaran tegangan operasi baterai.
7. Viskositas rendah (terkait dengan konduktivitas ionik tinggi).
8. Kemampuan untuk melarutkan garam bahkan pada konsentrasi tinggi
(konstanta dielektrik tinggi).
9. Stabil pada rentang temperatur yang tinggi (Gulbrekken,2012).
2.3.4
Separator
Separator adalah membran berpori yang ditempatkan di antara katoda dan
anoda. Membran ini memiliki fungsi mencegah kontak fisik antara elektroda dan
memungkinkan pergerakan ion lithium lancar dengan hosting sejumlah besar ionkonduktif cairan elektrolit. Kontak antara elektroda, seperti korsleting, dapat
menyebabkan perpindahan panas dan dalam kasus terburuk, kebakaran dan ledakan
mungkin terjadi sebagai akibat dari meningkatnya suhu di dalam sel lithium-ion.
Oleh karena itu, separator diperlukan untuk mempertahankan sifat fisik dan
elektrokimia, bahkan pada suhu yang relatif tinggi (Carvalho et al., 2015).
Pori-pori di separator memungkinkan transfer ion lithium dengan berdifusi
selama pengisian dan pengosongan. Lapisan-lapisan ini melembutkan dan menutup
pori-pori pada suhu yang tinggi (biasanya dalam kisaran 130 sampai 150°C/270300°F), dan menghentikan proses pengisian atau pengosongan dengan menghambat
transportasi ion antara anoda dan katoda. (Mikolajczak C et al., 2011). Berdasarkan
morfologi separator, umumnya ada dua jenis separator yaitu membran berpori dan
lapisan nonwoven. Meskipun separator efektif dalam mencegah hubungan arus listrik
pendek antara anoda dan katoda, keberadaan separator di antara dua elektroda dapat
menurunkan konduktivitas efektif elektrolit dan meningkatkan impedansi sel. Hal
Ini akan mengurangi luas penampang total ion lithium sedangkan pori-pori terbuka di
separator memperpanjang transportasi jalur ionik (Min yang et al., 2012).
Universitas Sumatera Utara
Bahan seperti serat nonwoven (misalnya nylon, katun, poliester, kaca), film
polimer (misalnya polietilena (PE), polypropylene (PP), poly (tetrafluoroethylene)
(PTFE), polivinil klorida (PVC), dan zat alami (misalnya karet, asbes, kayu) telah
digunakan untuk separator mikro dalam baterai yang beroperasi pada suhu kamar dan
rendah (