PEMBUATAN BATERAI ION LITIUM DENGAN PENAMBAHAN ABU LAYANG (FLY ASH) BATUBARA DALAM LAPISAN KATODA.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAPORAN TUGAS AKHIR
PEMBUATAN BATERAI ION LITIUM
DENGAN PENAMBAHAN ABU LAYANG (FLY ASH) BATUBARA
DALAM LAPISAN KATODA
Disusun Oleh:
PEPI WAHIDATI
I 8312036
YULAIKHA ARIYANI
I 8312058
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT. Yang telah melimpahkan rahmat
dan anugerahNya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
Laporan ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Studi
Diploma Tiga Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta. Laporan Tugas
Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil sebagai hasil percobaan.
Penyusun menyampaikan terimakasih kepada berbagai pihak yang telah membantu
sehingga dapat menyelesaikan laporan ini :
1. Bapak Mujtahid Kaavesina S.T., M.T., Ph.D selaku Ketua Program Studi Diploma
III Teknik Kimia UNS.
2. Ibu Endah Retno Dyartanti, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir.
3. Orang tua yang telah memberikan dukungan moral maupun materi kepada kami.
4. Teman-teman D3 Teknik Kimia UNS Angkatan 2012 yang telah membantu dan
bekerjasama dengan baik dalam penyusunan tugas akhir.
5. Semua pihak yang telah membantu atas tersusunnya laporan tugas akhir ini.
Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini terdapat
kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu, penyusun mengharapkan adanya kritik
dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan laporan ini. Akhir kata
penyusun mengharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan dan
pembaca yang memerlukan.
Surakarta, 2 Agustus 2015
Penyusun
iv
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii
LEMBAR KONSULTASI .................................................................................. iii
KATA PENGANTAR ......................................................................................... iv
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR TABEL ............................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii
INTISARI ............................................................................................................ ix
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah ............................................................... 1
I.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 1
I.3 Manfaat ......................................................................................... 2
I.4 Tujuan ........................................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Baterai .......................................................................................... 3
II.2 Baterai Litium .............................................................................. 3
II.3 Bahan dan Metode Pembuatan Katoda ........................................ 5
II.4 Kerangka Pemikiran .................................................................... 8
BAB III METODOLOGI
III.1 Alat dan Bahan ......................................................................... 11
III.2 Diagram Alir Proses Percobaan ............................................... 12
v
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
III.3 Lokasi ....................................................................................... 13
II.4 Cara Kerja .................................................................................. 13
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Teknik Pembuatan Pasta Katoda.............................................. 17
IV.1 Hasil Analisa XRD................................................................... 19
IV.2 Hasil Analisa SEM ................................................................... 20
IV.3 Uji Kapasitas Charge dan Discharge Baterai Litium .............. 21
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan ............................................................................... 25
V.2 Saran ......................................................................................... 25
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... x
LAMPIRAN
vi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel II.1
Komposisi (%) Fly Ash Batubara ..................................................... 6
Tabel III.1
Perbandingan Berat Bahan Preparasi Pasta Katoda ....................... 13
Tabel IV.1
Berat Lapisan Katoda Tiap Sampel dengan Substitusi Fly Ash ..... 20
Tabel IV.2
Kapasitas Charge pada Baterai Li-ion dengan Variasi Substitusi
Fly Ash............................................................................................ 21
Tabel IV.3
Kapasitas Discharge pada Baterai Li-ion denganVariasi Substitusi
Fly Ash............................................................................................ 21
vii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1
Proses Charging(A) dan Discharging (B) pada Baterai Litium
Ion ............................................................................................... 4
Gambar II.2
Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk Fly Ash ........................ 8
Gambar II.3
Diagram Alir Preparasi Lembaran Katoda .................................. 9
Gambar II.4
Diagram Alir Preparasi Lembaran Anoda ................................. 10
Gambar II.5
Diagram Alir Fabrikasi Sel Baterai ........................................... 10
Gambar III.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Baterai Lithium ..................... 12
Gambar IV.1 Lapisan Katoda Menggunakan Metode Pencampuran Fly Ash
dengan Bahan Padat .................................................................. 17
Gambar IV.2 Lapisan Katoda Menggunakan Metode Pencampuran Fly Ash
dengan Pelarut dan Binder ...................................................... 18
Gambar IV.3 Grafik Hasil analisa XRD LiFePO4 dengan Sampel LiFePO4
Penambahan Fly Ash ................................................................. 17
Gambar IV.4 Gambar Hasil Analisis SEM LiFePO4 dari MTI dan Fly Ash ... 19
Gambar IV.5 Hasil Analisa SEM pada Lapisan Katoda dengan Substitusi
Fly Ash 2% dan Substitusi Fly Ash 4% ..................................... 19
Gambar IV.6 Grafik Kapasitas Pengisian (Charge) dengan Nomor Siklus .... 23
Gambar IV.7 Grafik Kapasitas Pemakaian (Discharge) dengan Nomor
Siklus ......................................................................................... 23
viii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI
Pembuatan Baterai Ion Litium dengan
Pepi Wahidati, Yulaikha
Penambahan Abu Layang (Fly Ash) Batubara dalam Lapisan Katoda
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas
Maret, Surakarta.
Baterai ion litium (Li-ion) adalah jenis baterai yang dapat diisi ulang (rechargeable
battery) yang banyak diaplikasikan pada barang elektronik. Di dalam baterai ini ion Litium
berpindah dari elektroda negatif ke elektroda positif saat penggunaan (discharging), dan
sebaliknya saat diisi (charging). Komponen penyusun baterai ion litium terdiri dari katoda,
anoda, elektrolit dan separator. Material penyusun katoda terdiri dari bahan aktif,
binder, dan bahan konduktif.
Tahap pertama Pembuatan lapisan film katoda untuk baterai ion litium dengan
menambahkan abu layang (fly ash) dari limbah pembakaran batubara adalah preparasi
abu layang (fly ash) yang dilakukan di dalam ball mill. Kemudian diayak dan diaduk
dalam campuran PVDF dan NMP selama 2,5 jam. Abu layang (fly ash) batubara yang
digunakan untuk campuran sebanyak % berat tertentu dari AB (acethylene black).
Kemudian larutan tersebut dicampur dengan AB dan LiFePO4 (lithium feri
phosphate) yang telah diball mill dan divakumkan pada vacuum mixer selama 1 jam.
Tahap selanjutnya yaitu pembuatan film katoda. Pasta katoda dari vacuum mixer,
selanjutnya dicoating dengan tebal tertentu kemudian dioven dan selanjutnya dipress
pada hot rolling machine dengan suhu dan tekanan tertentu. Lapisan katoda kemudian
digulung dengan lapisan anoda dan separator, setelah itu diisi dengan elektrolit.
Fly ash dianggap sebagai alternatif menarik untuk baterai isi ulang litium. Fly
ash dapat digunakan sebagai material yang bernilai ekonomis untuk bahan anoda
ataupun katoda baterai ion litium (Jong UK Kim dan Hal-Bon Gu, 2003). Baterai ion
litium yang dibuat dengan substitusi fly ash pada lapisan katoda ini menghasilkan
kapasitas discharge yang optimal pada substitusi 2% fly ash yaitu sebesar 79,412
mAh/gram.
ix
commit to user
digilib.uns.ac.id
LAPORAN TUGAS AKHIR
PEMBUATAN BATERAI ION LITIUM
DENGAN PENAMBAHAN ABU LAYANG (FLY ASH) BATUBARA
DALAM LAPISAN KATODA
Disusun Oleh:
PEPI WAHIDATI
I 8312036
YULAIKHA ARIYANI
I 8312058
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kehadirat Allah SWT. Yang telah melimpahkan rahmat
dan anugerahNya sehingga penyusun dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
Laporan ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Studi
Diploma Tiga Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta. Laporan Tugas
Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil sebagai hasil percobaan.
Penyusun menyampaikan terimakasih kepada berbagai pihak yang telah membantu
sehingga dapat menyelesaikan laporan ini :
1. Bapak Mujtahid Kaavesina S.T., M.T., Ph.D selaku Ketua Program Studi Diploma
III Teknik Kimia UNS.
2. Ibu Endah Retno Dyartanti, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir.
3. Orang tua yang telah memberikan dukungan moral maupun materi kepada kami.
4. Teman-teman D3 Teknik Kimia UNS Angkatan 2012 yang telah membantu dan
bekerjasama dengan baik dalam penyusunan tugas akhir.
5. Semua pihak yang telah membantu atas tersusunnya laporan tugas akhir ini.
Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan laporan ini terdapat
kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu, penyusun mengharapkan adanya kritik
dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan laporan ini. Akhir kata
penyusun mengharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan dan
pembaca yang memerlukan.
Surakarta, 2 Agustus 2015
Penyusun
iv
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii
LEMBAR KONSULTASI .................................................................................. iii
KATA PENGANTAR ......................................................................................... iv
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR TABEL ............................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii
INTISARI ............................................................................................................ ix
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah ............................................................... 1
I.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 1
I.3 Manfaat ......................................................................................... 2
I.4 Tujuan ........................................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Baterai .......................................................................................... 3
II.2 Baterai Litium .............................................................................. 3
II.3 Bahan dan Metode Pembuatan Katoda ........................................ 5
II.4 Kerangka Pemikiran .................................................................... 8
BAB III METODOLOGI
III.1 Alat dan Bahan ......................................................................... 11
III.2 Diagram Alir Proses Percobaan ............................................... 12
v
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
III.3 Lokasi ....................................................................................... 13
II.4 Cara Kerja .................................................................................. 13
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Teknik Pembuatan Pasta Katoda.............................................. 17
IV.1 Hasil Analisa XRD................................................................... 19
IV.2 Hasil Analisa SEM ................................................................... 20
IV.3 Uji Kapasitas Charge dan Discharge Baterai Litium .............. 21
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan ............................................................................... 25
V.2 Saran ......................................................................................... 25
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... x
LAMPIRAN
vi
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel II.1
Komposisi (%) Fly Ash Batubara ..................................................... 6
Tabel III.1
Perbandingan Berat Bahan Preparasi Pasta Katoda ....................... 13
Tabel IV.1
Berat Lapisan Katoda Tiap Sampel dengan Substitusi Fly Ash ..... 20
Tabel IV.2
Kapasitas Charge pada Baterai Li-ion dengan Variasi Substitusi
Fly Ash............................................................................................ 21
Tabel IV.3
Kapasitas Discharge pada Baterai Li-ion denganVariasi Substitusi
Fly Ash............................................................................................ 21
vii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1
Proses Charging(A) dan Discharging (B) pada Baterai Litium
Ion ............................................................................................... 4
Gambar II.2
Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk Fly Ash ........................ 8
Gambar II.3
Diagram Alir Preparasi Lembaran Katoda .................................. 9
Gambar II.4
Diagram Alir Preparasi Lembaran Anoda ................................. 10
Gambar II.5
Diagram Alir Fabrikasi Sel Baterai ........................................... 10
Gambar III.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Baterai Lithium ..................... 12
Gambar IV.1 Lapisan Katoda Menggunakan Metode Pencampuran Fly Ash
dengan Bahan Padat .................................................................. 17
Gambar IV.2 Lapisan Katoda Menggunakan Metode Pencampuran Fly Ash
dengan Pelarut dan Binder ...................................................... 18
Gambar IV.3 Grafik Hasil analisa XRD LiFePO4 dengan Sampel LiFePO4
Penambahan Fly Ash ................................................................. 17
Gambar IV.4 Gambar Hasil Analisis SEM LiFePO4 dari MTI dan Fly Ash ... 19
Gambar IV.5 Hasil Analisa SEM pada Lapisan Katoda dengan Substitusi
Fly Ash 2% dan Substitusi Fly Ash 4% ..................................... 19
Gambar IV.6 Grafik Kapasitas Pengisian (Charge) dengan Nomor Siklus .... 23
Gambar IV.7 Grafik Kapasitas Pemakaian (Discharge) dengan Nomor
Siklus ......................................................................................... 23
viii
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
INTISARI
Pembuatan Baterai Ion Litium dengan
Pepi Wahidati, Yulaikha
Penambahan Abu Layang (Fly Ash) Batubara dalam Lapisan Katoda
Program Studi Diploma III Teknik Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas
Maret, Surakarta.
Baterai ion litium (Li-ion) adalah jenis baterai yang dapat diisi ulang (rechargeable
battery) yang banyak diaplikasikan pada barang elektronik. Di dalam baterai ini ion Litium
berpindah dari elektroda negatif ke elektroda positif saat penggunaan (discharging), dan
sebaliknya saat diisi (charging). Komponen penyusun baterai ion litium terdiri dari katoda,
anoda, elektrolit dan separator. Material penyusun katoda terdiri dari bahan aktif,
binder, dan bahan konduktif.
Tahap pertama Pembuatan lapisan film katoda untuk baterai ion litium dengan
menambahkan abu layang (fly ash) dari limbah pembakaran batubara adalah preparasi
abu layang (fly ash) yang dilakukan di dalam ball mill. Kemudian diayak dan diaduk
dalam campuran PVDF dan NMP selama 2,5 jam. Abu layang (fly ash) batubara yang
digunakan untuk campuran sebanyak % berat tertentu dari AB (acethylene black).
Kemudian larutan tersebut dicampur dengan AB dan LiFePO4 (lithium feri
phosphate) yang telah diball mill dan divakumkan pada vacuum mixer selama 1 jam.
Tahap selanjutnya yaitu pembuatan film katoda. Pasta katoda dari vacuum mixer,
selanjutnya dicoating dengan tebal tertentu kemudian dioven dan selanjutnya dipress
pada hot rolling machine dengan suhu dan tekanan tertentu. Lapisan katoda kemudian
digulung dengan lapisan anoda dan separator, setelah itu diisi dengan elektrolit.
Fly ash dianggap sebagai alternatif menarik untuk baterai isi ulang litium. Fly
ash dapat digunakan sebagai material yang bernilai ekonomis untuk bahan anoda
ataupun katoda baterai ion litium (Jong UK Kim dan Hal-Bon Gu, 2003). Baterai ion
litium yang dibuat dengan substitusi fly ash pada lapisan katoda ini menghasilkan
kapasitas discharge yang optimal pada substitusi 2% fly ash yaitu sebesar 79,412
mAh/gram.
ix
commit to user