Fabrikasi Lithium Titanate Terdoping Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) dan Studi Pengaruh Ketebalan Lembaran Elektroda pada Sel Setengah Baterai Ion Lithium
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12)
DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA
PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG
120801016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12)
DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA
PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana
Sains
GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG
120801016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12)
DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA
PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
OLEH:
Giassanistya Fadillah Marpaung
NIM: 120810016
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Slamet Priyono S.Si, M.T
NIP : 198610152009121004
Tua Raja Simbolon, S.Si.,M.Si.
NIP : 1972111552000121001
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Pusat Penelitian Fisika-LIPI
Ketua,
Kepala,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003
Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng.
NIP : 196204301988031001
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Fabrikasi Lithium Titanate Terdoping Al
(Li4Ti4,975Al0,025O12) dan Studi Pengaruh
Ketebalan Lembaran Elektroda pada Sel Setengah
Baterai Ion Lithium
Kategori
: Skripsi
Nama
: Giassanistya Fadillah Marpaung
Nomor Induk Mahasiswa
: 120801016
Program studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Disetujui di:
Medan, Juli 2016
Disetujui Oleh
Pembimbing 1,
Pembimbing 2,
Tua Raja Simbolon, S.Si.,M.Si.
NIP : 1972111552000121001
Slamet Priyono S.Si, M.T
NIP : 198610152009121004
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12)
DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA
PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing- masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2016
GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG
120801016
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir dengan baik. Salawat beriring salam teruntuk nabi besar Muhammad SAW
yang menjadi teladan dalam menjalani kehidupan. Tugas akhir merupakan salah
satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi
persyaratan diatas penulis mengerjakan tugas akhir dengan judul : “FABRIKASI
LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) DAN STUDI
PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA PADA SEL
SETENGAH BATERAI ION LITHIUM” yang dilaksanakan di Laboratorium
Baterai P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong, Tangerang Selatan,
Banten.
Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya
penyusunan skripsi ini bayak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih
dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1.
Bapak Dr. Kerista Sebayang, Ms selaku Dekan Fakultas Matematika dan ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
2.
Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Bapak Drs.
Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU,
beserta seluruh bapak/ibu staf pengajar dan para pegawai administrasi di
Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada penulis selama
perkuliahan.
3.
Bapak Tua Raja Simbolon,S.Si.,M.Si selaku komisi pembimbing di
Universitas Sumatera Utara dan Bapak Slamet Priyono,S.Si.,M.T selaku
komisi pembimbing di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk membimbing dan memberi arahan kepada penulis
dalam menyelesaikan skripsi.
Universitas Sumatera Utara
4.
Bapak Drs. Syahrul Humaidi,M.Sc, Ibu Dra. Sudiati,M.Si dan Bapak Drs.
Aditia Warman,M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak
saran sehingga skripsi ini menjadi lebih baik.
5.
Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku Kepala Laboratorium Pusat
Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong serta seluruh staf pegawai yang telah
membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi.
6.
Kedua orang tua tercinta: bapak saya Sahala Marpaung dan Ibu saya Wiyah
Yanti Mala, yang tak pernah berhenti mendoakan, memberi nasihat, serta
memberi dukungan moral dan finansial kepada penulis. Dan kepada adik
semata wayang saya Suci Tasya Hasian Marpaung, terima kasih selalu
menjadi pelangi dalam kehidupan ini.
7.
Bapak Dr. Ir. Bambang Prihandoko, M.T selaku Ketua Tim Baterai di LP2FLIPI. Bapak Nurhalis Majid, M.Sc, Bapak Achmad Subhan, M.T, Bapak
Ibrahim Purwadi, M.Si dan seluruh staf Tim Baterai yang sudah sangat
bersedia membantu penelitian ini sehingga dapat diselesaikan dengan baik.
8.
Teman-teman Tim Baterai di LP2F-LIPI: Kana Cicik, Elisabeth, Mia yang
bersedia meluangkan waktu untuk belajar bersama.
9.
Asisten Laboratorium Fisika Dasar LIDA USU yang bersedia memberi
masukan terbaik pada skripsi ini.
10. Teman-teman seperjuangan di kampus, terkhusus kepada Street Fighter: Eva,
Devi, Andi, Fatimah, Balyan, Iqbal, Dina, Mona, Rahmat. Terima kasih untuk
perjuangan bersama selama 4 tahun
11. Sahabat-sahabat terbaik dan terkasih, M. Zamzamy Afrijal, Vivi Feronica
Syifa, Dessy Meylinda, Andi Hardiansyah, dan Sri Musfika yang tak pernah
bosan mendengarkan keluh kesah selama ini. Dan kepada adik-adik: Nur
Rahma, Aida Nisya, Ashar Bestari, Ahmad Husein yang tak henti memberi
semangat dalam pengerjaan skripsi.
12. Seluruh teman – teman angkatan 2012, Adik - adik angkatan 2013, 2014 dan
2015 Fisika – USU yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Medan, Juli 2016
Penulis
Universitas Sumatera Utara
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) DAN
STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA PADA
SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
ABSTRAK
Sintesis serbuk dan pembuatan lembaran anoda Li4Ti5O12 doping Al (x=0,025)
telah berhasil dilakukan. Sintesis serbuk LTO doping Al dilakukan dengan
metode solid state sedangkan pembuatan lembaran anoda dilakukan dengan
metode coating doctor blade. Pembuatan lembaran dilakukan dengan memvariasi
ketebalan coating 100µm, 200µm, 300µm dan 400µm. untuk mengetahui
pengaruh ketebalan coating terhadap performa sel baterai. Pengujian yang
dilakukan meliputi analisa fasa dengan menggunakan EIS, CV dan CD. Hasil
analisa XRD menunjukkan ada dua fasa yang tebentuk, yaitu fasa Lithium
Titanium Oxide (Li1.333Ti1.667O4) sebanyak 75,6 % dan fasa Rutile, syn (TiO2)
sebanyak 24,4%. Hasil EIS menunjukkan bahwa semakin tebal lapisan coating
maka konduktifitas sampel semakin besar. Selanjutnya hasil CV menunjukkan
bahwa sampel 100µm, 200µm dan 300µm memiliki puncak oksidasi/reduksi yang
tajam sedangkan sampel 400µm memiliki puncak yang melebar. Sedangkan
kapasitas sel baterai semakin menurun seiring dengan meningkatnya ketebalan
coating, kapasitas sel terbaik yang diperoleh adalah kapasitas Charge sebesar
137,08 mAh/g dan kapasitas discharge sebesar 134,3 mAh/g.
Kata Kunci: Baterai, Anoda, Li4Ti5O12, doping Al, Performa elektrokimia,
Universitas Sumatera Utara
Al DOPED LITHIUM TITANATE FABRICATION (Li4Ti4,975Al0,025O12) AND
STUDY EFFECT OF COATING THICKNESS ELECTRODE SHEET
ON THE HALF CELL LITHIUM ION BATTERY
ABSTACT
The effect of coating thickness of Al doped Li4Ti5O12 (LTO) sheet on the
electrochemical performance of battery cells have been investigated. 0.025 mol Al
doped LTO powder was synthesized by solid state reaction method, while the
manufacture of the anode sheet was made by Doctor Blade coating method.
Manufacture of sheet was done by varying the thickness of the coating (100um,
200um, 300um and 400um) to determine the effect of coating thickness on the
electrochemical performance of the battery cell. Testing was conducted on the
analysis of phase with XRD and electrochemical performance was conducted by
using EIS, CV and CD. XRD analysis showed that there are two phases that were
formed i.e Lithium Titanium Oxide phase (Li1.333Ti1.667O4) and rutile phase, syn
(TiO2) as much as 75.6% and 24.4% respectively. EIS results showed that the
thicker the coating layer, the conductivity of the sample become greater.
Furthermore, the results indicate that the sample CV 100 um, 200 um and 300um
have a sharp oxidation/reduction peak while 400um has wide redox peaks. While
the specific capacity and specific power of the half cell battery decreases with the
increasing of coating thickness. The best cell capacity is obtained by sample with
100 um thickness with specific charge capacity of 137.08 mAh/g and specific
discharge capacity of 134.3 mAh / g.
Keywords: Battery, Anode, LTO, Al doped, electrochemical performance,
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
v
Abstract
vi
Daftar Isi
vii
Daftar Tabel
ix
Daftar Gambar
x
Daftar Lampiran
xi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
3
1.3 Batasan Masalah
4
1.4 Tujuan Penelitian
4
1.5 Manfaat Penelitian
4
1.6 Sistematika Penulisan
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Baterai
2.1.1 Cara Kerja Baterai
6
6
8
2.2 Baterai Ion Lithium
9
2.3 Bagan-Bagian Baterai
11
2.3.1 Elektroda Positif (Katoda)
11
2.3.2 Elektroda Negatif (Anoda)
11
2.3.3 Elektrolit
12
2.3.4 Anoda Konvensional (Graphite)
12
2.4 Li4Ti5O12 (LTO)
13
Universitas Sumatera Utara
2.5 Li4Ti5O12 (LTO) Doping Al
14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
16
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
16
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian
16
3.2.1 Bahan
16
3.2.2 Peralatan Penelitian
16
3.3 Perhitungan Massa Bahan
18
3.4 Tahapan Penelitian
18
3.4.1 Sintesis LTO Doping Al
18
3.4.2 Pembuatan Lembaran LTO Doping Al
19
3.5 Prosedur Penelitian
20
3.5.1 Sintesis LTO Doping Al
20
3.5.2 Pembuatan Lembaran LTO Doping Al
20
3.5.2.1 Tahapan Pembuatan Slurry
20
3.5.2.2 Tahapan Pelapisan (Pencetakan Lembaran)
21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
22
4.1 Lembaran Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan
22
4.2 Analisa Fasa dan Struktur dengan XRD (X-Ray Difraction)
23
4.3 Analisa Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)
24
4.3.1 Uji Konduktifitas Listrik Lembaran Anoda
24
4.3.2 Hasil Pengukuran Konduktifitas Sele Setengah Baterai
25
4.4 Analisa Cyclic Voltametry (CV)
27
4.5 Analisa Charge-Discharge (CD)
29
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
33
5.1 Kesimpulan
33
5.2 Saran
34
DAFTAR PUSTAKA
35
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Karakteristik Perbandingan Kinerja Baterai Sekunder
10
Tabel 3.1 Massa bahan baku LTO doping Al
18
Tabel 4.1 Hasil Analisis Struktur Kristal (Parameter Kisi)
24
Li4Ti0,025O12 dengan Metode Rietveld
Tabel 4.2 Hasil Analisa EIS pada LTO Doping Al
27
Tabel 4.3 Data Hasil Analisa CV pada LTO Doping Al
29
Tabel 4.4 Data Hasil Analisa Charge-Discharge pada
30
LTO Doping Al Variasi Ketebalan
Tabel 4.5 Hasil perhitungan tegangan polarisasi sel baterai
31
dengan Anoda LTO doping Al variasi ketebalan
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Pengaruh Ketebalan Lapisan Terhadap Laju Elektron
3
Gambar 2.1 Representasi Skematis dari Aplikasi Baterai Isi Ulang
6
Gambar 2.2 Skematik dari Prinsip Umum Baterai
9
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Umum Pengisian/Proses Pemakaian
11
Baterai Ion Lithium yang Dapat Diisi Ulang
Gambar 2.4 Skematik Material Elektroda pada Baterai Ion Li,
13
Menggunakan Lithium Metal Oxide dan Anoda Grafit
Gambar 3.1 Kurva Tahapan Peningkatan Suhu pada Proses Sintering
20
Gambar 4.1 Hasil Lembaran Anoda LTO Doping Al dengan Variasi
22
Ketebalan Lapisan pada Sampel G-1, G-2, G-3, dan G-4
Gambar 4.2 Analisis Kualitatif XRD serbuk LTO Doping Al
24
Gambar 4.3 Hasil Pengukuran Konduktifitas Listrik Lemabran LTO
25
Doping Al Variasi Ketebalan
Gambar 4.4 Plot Impedansi Hasil Uji EIS pada Sampel G-1, G-2, G-3,
26
dan G-4
Gambar 4.5 Voltamogram Siklik LTO Doping Al pada sampel
28
G-1, G-2, G-3, dan G-4
Gambar 4.6 Kurva Analisa Charge-Discharge pada Sampel G-1, G-2,
29
G-3, dan G-4
Gambar 4.7 Hasil Pengukuran Energy Density pada Lembaran
31
Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan
Gambar 4.8 Hasil Pengukuran Energy Density pada Lembaran
32
Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A
Perhitungan Stoikiometri
1. Perhitungan massa bahan LTO doping Al
2. Perbandingan komposisi LTO : PVDF : AB
Lampiran B
1. Perhitungan Luas Lembaran LTO doping Al
2. Menghitung Nilai Konduktivitas Sel
3. Menghitung Energy Density
4. Menghitung Power Density
5. Menghitung Efesiensi Baterai
Lampiran C
1. Gambar Pelaratan
2. Gambar Bahan
Lampiran D
1. Hasil Uji XRD Serbuk LTO Doping Al x=0,025
2. Hasil Uji EIS LTO Doping Al
Universitas Sumatera Utara
DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA
PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG
120801016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12)
DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA
PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana
Sains
GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG
120801016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12)
DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA
PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
OLEH:
Giassanistya Fadillah Marpaung
NIM: 120810016
Disetujui Oleh:
Komisi Pembimbing
Slamet Priyono S.Si, M.T
NIP : 198610152009121004
Tua Raja Simbolon, S.Si.,M.Si.
NIP : 1972111552000121001
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU
Pusat Penelitian Fisika-LIPI
Ketua,
Kepala,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003
Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng.
NIP : 196204301988031001
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Fabrikasi Lithium Titanate Terdoping Al
(Li4Ti4,975Al0,025O12) dan Studi Pengaruh
Ketebalan Lembaran Elektroda pada Sel Setengah
Baterai Ion Lithium
Kategori
: Skripsi
Nama
: Giassanistya Fadillah Marpaung
Nomor Induk Mahasiswa
: 120801016
Program studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Disetujui di:
Medan, Juli 2016
Disetujui Oleh
Pembimbing 1,
Pembimbing 2,
Tua Raja Simbolon, S.Si.,M.Si.
NIP : 1972111552000121001
Slamet Priyono S.Si, M.T
NIP : 198610152009121004
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12)
DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA
PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing- masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2016
GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG
120801016
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir dengan baik. Salawat beriring salam teruntuk nabi besar Muhammad SAW
yang menjadi teladan dalam menjalani kehidupan. Tugas akhir merupakan salah
satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi
persyaratan diatas penulis mengerjakan tugas akhir dengan judul : “FABRIKASI
LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) DAN STUDI
PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA PADA SEL
SETENGAH BATERAI ION LITHIUM” yang dilaksanakan di Laboratorium
Baterai P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong, Tangerang Selatan,
Banten.
Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya
penyusunan skripsi ini bayak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih
dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1.
Bapak Dr. Kerista Sebayang, Ms selaku Dekan Fakultas Matematika dan ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
2.
Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Bapak Drs.
Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU,
beserta seluruh bapak/ibu staf pengajar dan para pegawai administrasi di
Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada penulis selama
perkuliahan.
3.
Bapak Tua Raja Simbolon,S.Si.,M.Si selaku komisi pembimbing di
Universitas Sumatera Utara dan Bapak Slamet Priyono,S.Si.,M.T selaku
komisi pembimbing di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah bersedia
meluangkan waktu untuk membimbing dan memberi arahan kepada penulis
dalam menyelesaikan skripsi.
Universitas Sumatera Utara
4.
Bapak Drs. Syahrul Humaidi,M.Sc, Ibu Dra. Sudiati,M.Si dan Bapak Drs.
Aditia Warman,M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak
saran sehingga skripsi ini menjadi lebih baik.
5.
Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku Kepala Laboratorium Pusat
Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong serta seluruh staf pegawai yang telah
membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi.
6.
Kedua orang tua tercinta: bapak saya Sahala Marpaung dan Ibu saya Wiyah
Yanti Mala, yang tak pernah berhenti mendoakan, memberi nasihat, serta
memberi dukungan moral dan finansial kepada penulis. Dan kepada adik
semata wayang saya Suci Tasya Hasian Marpaung, terima kasih selalu
menjadi pelangi dalam kehidupan ini.
7.
Bapak Dr. Ir. Bambang Prihandoko, M.T selaku Ketua Tim Baterai di LP2FLIPI. Bapak Nurhalis Majid, M.Sc, Bapak Achmad Subhan, M.T, Bapak
Ibrahim Purwadi, M.Si dan seluruh staf Tim Baterai yang sudah sangat
bersedia membantu penelitian ini sehingga dapat diselesaikan dengan baik.
8.
Teman-teman Tim Baterai di LP2F-LIPI: Kana Cicik, Elisabeth, Mia yang
bersedia meluangkan waktu untuk belajar bersama.
9.
Asisten Laboratorium Fisika Dasar LIDA USU yang bersedia memberi
masukan terbaik pada skripsi ini.
10. Teman-teman seperjuangan di kampus, terkhusus kepada Street Fighter: Eva,
Devi, Andi, Fatimah, Balyan, Iqbal, Dina, Mona, Rahmat. Terima kasih untuk
perjuangan bersama selama 4 tahun
11. Sahabat-sahabat terbaik dan terkasih, M. Zamzamy Afrijal, Vivi Feronica
Syifa, Dessy Meylinda, Andi Hardiansyah, dan Sri Musfika yang tak pernah
bosan mendengarkan keluh kesah selama ini. Dan kepada adik-adik: Nur
Rahma, Aida Nisya, Ashar Bestari, Ahmad Husein yang tak henti memberi
semangat dalam pengerjaan skripsi.
12. Seluruh teman – teman angkatan 2012, Adik - adik angkatan 2013, 2014 dan
2015 Fisika – USU yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Medan, Juli 2016
Penulis
Universitas Sumatera Utara
FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) DAN
STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA PADA
SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM
ABSTRAK
Sintesis serbuk dan pembuatan lembaran anoda Li4Ti5O12 doping Al (x=0,025)
telah berhasil dilakukan. Sintesis serbuk LTO doping Al dilakukan dengan
metode solid state sedangkan pembuatan lembaran anoda dilakukan dengan
metode coating doctor blade. Pembuatan lembaran dilakukan dengan memvariasi
ketebalan coating 100µm, 200µm, 300µm dan 400µm. untuk mengetahui
pengaruh ketebalan coating terhadap performa sel baterai. Pengujian yang
dilakukan meliputi analisa fasa dengan menggunakan EIS, CV dan CD. Hasil
analisa XRD menunjukkan ada dua fasa yang tebentuk, yaitu fasa Lithium
Titanium Oxide (Li1.333Ti1.667O4) sebanyak 75,6 % dan fasa Rutile, syn (TiO2)
sebanyak 24,4%. Hasil EIS menunjukkan bahwa semakin tebal lapisan coating
maka konduktifitas sampel semakin besar. Selanjutnya hasil CV menunjukkan
bahwa sampel 100µm, 200µm dan 300µm memiliki puncak oksidasi/reduksi yang
tajam sedangkan sampel 400µm memiliki puncak yang melebar. Sedangkan
kapasitas sel baterai semakin menurun seiring dengan meningkatnya ketebalan
coating, kapasitas sel terbaik yang diperoleh adalah kapasitas Charge sebesar
137,08 mAh/g dan kapasitas discharge sebesar 134,3 mAh/g.
Kata Kunci: Baterai, Anoda, Li4Ti5O12, doping Al, Performa elektrokimia,
Universitas Sumatera Utara
Al DOPED LITHIUM TITANATE FABRICATION (Li4Ti4,975Al0,025O12) AND
STUDY EFFECT OF COATING THICKNESS ELECTRODE SHEET
ON THE HALF CELL LITHIUM ION BATTERY
ABSTACT
The effect of coating thickness of Al doped Li4Ti5O12 (LTO) sheet on the
electrochemical performance of battery cells have been investigated. 0.025 mol Al
doped LTO powder was synthesized by solid state reaction method, while the
manufacture of the anode sheet was made by Doctor Blade coating method.
Manufacture of sheet was done by varying the thickness of the coating (100um,
200um, 300um and 400um) to determine the effect of coating thickness on the
electrochemical performance of the battery cell. Testing was conducted on the
analysis of phase with XRD and electrochemical performance was conducted by
using EIS, CV and CD. XRD analysis showed that there are two phases that were
formed i.e Lithium Titanium Oxide phase (Li1.333Ti1.667O4) and rutile phase, syn
(TiO2) as much as 75.6% and 24.4% respectively. EIS results showed that the
thicker the coating layer, the conductivity of the sample become greater.
Furthermore, the results indicate that the sample CV 100 um, 200 um and 300um
have a sharp oxidation/reduction peak while 400um has wide redox peaks. While
the specific capacity and specific power of the half cell battery decreases with the
increasing of coating thickness. The best cell capacity is obtained by sample with
100 um thickness with specific charge capacity of 137.08 mAh/g and specific
discharge capacity of 134.3 mAh / g.
Keywords: Battery, Anode, LTO, Al doped, electrochemical performance,
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
v
Abstract
vi
Daftar Isi
vii
Daftar Tabel
ix
Daftar Gambar
x
Daftar Lampiran
xi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
3
1.3 Batasan Masalah
4
1.4 Tujuan Penelitian
4
1.5 Manfaat Penelitian
4
1.6 Sistematika Penulisan
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Baterai
2.1.1 Cara Kerja Baterai
6
6
8
2.2 Baterai Ion Lithium
9
2.3 Bagan-Bagian Baterai
11
2.3.1 Elektroda Positif (Katoda)
11
2.3.2 Elektroda Negatif (Anoda)
11
2.3.3 Elektrolit
12
2.3.4 Anoda Konvensional (Graphite)
12
2.4 Li4Ti5O12 (LTO)
13
Universitas Sumatera Utara
2.5 Li4Ti5O12 (LTO) Doping Al
14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
16
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
16
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian
16
3.2.1 Bahan
16
3.2.2 Peralatan Penelitian
16
3.3 Perhitungan Massa Bahan
18
3.4 Tahapan Penelitian
18
3.4.1 Sintesis LTO Doping Al
18
3.4.2 Pembuatan Lembaran LTO Doping Al
19
3.5 Prosedur Penelitian
20
3.5.1 Sintesis LTO Doping Al
20
3.5.2 Pembuatan Lembaran LTO Doping Al
20
3.5.2.1 Tahapan Pembuatan Slurry
20
3.5.2.2 Tahapan Pelapisan (Pencetakan Lembaran)
21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
22
4.1 Lembaran Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan
22
4.2 Analisa Fasa dan Struktur dengan XRD (X-Ray Difraction)
23
4.3 Analisa Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)
24
4.3.1 Uji Konduktifitas Listrik Lembaran Anoda
24
4.3.2 Hasil Pengukuran Konduktifitas Sele Setengah Baterai
25
4.4 Analisa Cyclic Voltametry (CV)
27
4.5 Analisa Charge-Discharge (CD)
29
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
33
5.1 Kesimpulan
33
5.2 Saran
34
DAFTAR PUSTAKA
35
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Karakteristik Perbandingan Kinerja Baterai Sekunder
10
Tabel 3.1 Massa bahan baku LTO doping Al
18
Tabel 4.1 Hasil Analisis Struktur Kristal (Parameter Kisi)
24
Li4Ti0,025O12 dengan Metode Rietveld
Tabel 4.2 Hasil Analisa EIS pada LTO Doping Al
27
Tabel 4.3 Data Hasil Analisa CV pada LTO Doping Al
29
Tabel 4.4 Data Hasil Analisa Charge-Discharge pada
30
LTO Doping Al Variasi Ketebalan
Tabel 4.5 Hasil perhitungan tegangan polarisasi sel baterai
31
dengan Anoda LTO doping Al variasi ketebalan
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Pengaruh Ketebalan Lapisan Terhadap Laju Elektron
3
Gambar 2.1 Representasi Skematis dari Aplikasi Baterai Isi Ulang
6
Gambar 2.2 Skematik dari Prinsip Umum Baterai
9
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Umum Pengisian/Proses Pemakaian
11
Baterai Ion Lithium yang Dapat Diisi Ulang
Gambar 2.4 Skematik Material Elektroda pada Baterai Ion Li,
13
Menggunakan Lithium Metal Oxide dan Anoda Grafit
Gambar 3.1 Kurva Tahapan Peningkatan Suhu pada Proses Sintering
20
Gambar 4.1 Hasil Lembaran Anoda LTO Doping Al dengan Variasi
22
Ketebalan Lapisan pada Sampel G-1, G-2, G-3, dan G-4
Gambar 4.2 Analisis Kualitatif XRD serbuk LTO Doping Al
24
Gambar 4.3 Hasil Pengukuran Konduktifitas Listrik Lemabran LTO
25
Doping Al Variasi Ketebalan
Gambar 4.4 Plot Impedansi Hasil Uji EIS pada Sampel G-1, G-2, G-3,
26
dan G-4
Gambar 4.5 Voltamogram Siklik LTO Doping Al pada sampel
28
G-1, G-2, G-3, dan G-4
Gambar 4.6 Kurva Analisa Charge-Discharge pada Sampel G-1, G-2,
29
G-3, dan G-4
Gambar 4.7 Hasil Pengukuran Energy Density pada Lembaran
31
Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan
Gambar 4.8 Hasil Pengukuran Energy Density pada Lembaran
32
Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A
Perhitungan Stoikiometri
1. Perhitungan massa bahan LTO doping Al
2. Perbandingan komposisi LTO : PVDF : AB
Lampiran B
1. Perhitungan Luas Lembaran LTO doping Al
2. Menghitung Nilai Konduktivitas Sel
3. Menghitung Energy Density
4. Menghitung Power Density
5. Menghitung Efesiensi Baterai
Lampiran C
1. Gambar Pelaratan
2. Gambar Bahan
Lampiran D
1. Hasil Uji XRD Serbuk LTO Doping Al x=0,025
2. Hasil Uji EIS LTO Doping Al
Universitas Sumatera Utara