Sintesis Material Aktif Katoda LiFe0. 9Ni0. 1PO4 dengan Variasi Pelapisan Carbon dari Tapioka
BAB 1
PENAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Baterai kini telah menjadi bagian dari kehidupan sehari-hari. Untuk kehidupan
modern saat ini baterai sudah menjadi sebuah kebutuhan yang melekat pada setiap
aktivitas terutama yang berhubungan dengan piranti elektronika. Pengembangan
baterai yang kian hari kian maju menuju arah lebih baik, terus dilakukan oleh para
ahli. Apalagi saat ini masyarakat dunia tengah berupaya mencari energi alternatif non
migas. Pemanfaatan baterai sebagai media penyimpan energi alternatif menjadi
energi listrik. Hal ini sebagai upaya untuk mengurangi ketergantungan pada minyak
bumi.
Baterai merupakan salah satu bentuk teknologi penyimpan energi yang dapat
mengubah energi listrik menjadi energi kimia dan energi kimia menjadi energi listrik
kembali. Pada saat pengisian (charge) energi listrik diubah menjadi energi kimia dan
pada saat pengosongan (discharge) energi kimia diubah menjadi energi listrik
(Kesuma, 2010).
Baterai ion lithium sering digunakan karena densitas energinya yang tinggi,
kinerja yang baik, life timenya lama, ramah lingkungan dan tidak ada effect memory
seperti yang terjadi dengan baterai nikel-kadmium (Ni-Cd) atau nikel-hidrida (NiMH). Baterai lithium biasanya digunakan untuk elektronik portabel seperti telepon
seluler dan laptop (Yoshio,et al., 2009).
Material katoda pada baterai ion litium yang telah disintesis yaitu LiMn 2 O 4 ,
LiCoO 2 dan LiFePO 4 . Dari ketiganya material katoda yang sedang dikembangkan
saat ini yaitu lithium iron phospat atau disebut juga lithium ferro phospat (LiFePO 4 )
yang memiliki keunggulan yaitu biaya pembuatan lebih murah dibandingkan LiCoO 2
dan LiMn 2 O 4 karena bahan–bahan pembentuknya mudah didapatkan dialam, tidak
beracun, kapasitas sebesar 170 mAh/g, dan ramah lingkungan (Sari, dkk., 2014).
Universitas Sumatera Utara
Namun dengan berbagai kelebihan tersebut, LiFePO 4 memiliki kelemahan
sebagai bahan katoda komersial dalam baterai Li-ion karena tingkat kemampuan yang
rendah, yang dikaitkan dengan konduktivitas elektronik yang rendah sebesar 109
S/cm dan gerakan difusi antar muka yang lambat pada ion litium LiFePO 4 (Efhana,
dkk., 2014).
Yucui Ge, dkk (2010) telah melakukan penelitian tentang optimasi doping Ni pada
nanokomposit LiFePO 4 /C dengan peforma rate terbaik. Sumber carbon yang
digunakan yaitu polyvinyl alcohol. Hasil konduktifitas yang didapat pada LiFePO 4 /C
yang telah didoping dengan Ni yaitu 2,1x10-1 S/cm.
Berdasarkan uraian diatas, maka perlu dilakukan penelitian mengenai LiFePO 4 /C
yang didoping dengan Ni dan dengan menggunakan sumber carbon yang berbeda.
Dalam penelitian ini salah satu cara untuk mempercepat difusi ion lithium dari
material LiFePO 4 yaitu dengan penambahan doping unsur nikel (Ni) dan
meningkatkan konduktivitas dengan cara melapisi material aktif dengan carbon yaitu
tapioka. Dimana menurut Wolfenstine (2005) LiNiPO 4 dapat mempercepat difusi ion
lithium. Sehingga diharapkan LiFePO 4 yang telah didoping dengan Ni dapat
mempercepat pergerakan ion lithium dan pelapisan carbon dengan tapioka dapat
meningkatkan konduktifitas dari material LiFePO 4 yang telah didoping dengan Ni.
1.2 Rumusan Masalah
Perumusan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimanakah proses pembuatan LiFePO 4 sebagai material aktif katoda pada
baterai lithium dengan doping Ni?
2. Berapakah konduktifitas LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 setelah dilapisi dengan tapioka sebagai
sumber carbon?
3. Berapakah perbandingan komposisi yang optimum antara LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 dan
tapioka sebagai sumber pelapisan carbon?
Universitas Sumatera Utara
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membuat material aktif katoda LiFePO 4 dengan doping Ni dimana perbandingan
molar antara Fe : Ni sebesar 0.9: 0.1.
2. Material aktif katoda dibuat menggunakan metode metalurgi serbuk dan
pelapisan carbon dilakukan dengan metode pirolisis.
3. Pelapisan carbon dengan tapioka dilakukan pada variasi perbandingan tapioka :
LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 sebesar 1:4 ; 1:5 dan 1:6 pada setiap sampel. Sampel
dikarakterisasi menggunakan alat X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron
Microscopy (SEM), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS).
1.4 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui proses pembuatan LiFePO 4 sebagai material aktif katoda pada
baterai lithium dengan doping Ni.
2. Mengetahui besar konduktifitas LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 setelah dilapisi dengan tapioka
sebagai sumber carbon.
3. Mengetahui perbandingan komposisi yang optimum antara LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 dan
tapioka sebagai sumber pelapisan carbon.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk memberikan informasi ilmiah mengenai proses pembuatan LiFePO 4
sebagai material aktif katoda pada baterai lithium dengan doping Ni.
2. Untuk mendapatkan material aktif katoda dengan konduktifitas yang tinggi
sehingga dapat diaplikasikan kedalam pembuatan baterai ion lithium.
Universitas Sumatera Utara
1.6 Sistemaika 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
pengambilan 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
PENAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Baterai kini telah menjadi bagian dari kehidupan sehari-hari. Untuk kehidupan
modern saat ini baterai sudah menjadi sebuah kebutuhan yang melekat pada setiap
aktivitas terutama yang berhubungan dengan piranti elektronika. Pengembangan
baterai yang kian hari kian maju menuju arah lebih baik, terus dilakukan oleh para
ahli. Apalagi saat ini masyarakat dunia tengah berupaya mencari energi alternatif non
migas. Pemanfaatan baterai sebagai media penyimpan energi alternatif menjadi
energi listrik. Hal ini sebagai upaya untuk mengurangi ketergantungan pada minyak
bumi.
Baterai merupakan salah satu bentuk teknologi penyimpan energi yang dapat
mengubah energi listrik menjadi energi kimia dan energi kimia menjadi energi listrik
kembali. Pada saat pengisian (charge) energi listrik diubah menjadi energi kimia dan
pada saat pengosongan (discharge) energi kimia diubah menjadi energi listrik
(Kesuma, 2010).
Baterai ion lithium sering digunakan karena densitas energinya yang tinggi,
kinerja yang baik, life timenya lama, ramah lingkungan dan tidak ada effect memory
seperti yang terjadi dengan baterai nikel-kadmium (Ni-Cd) atau nikel-hidrida (NiMH). Baterai lithium biasanya digunakan untuk elektronik portabel seperti telepon
seluler dan laptop (Yoshio,et al., 2009).
Material katoda pada baterai ion litium yang telah disintesis yaitu LiMn 2 O 4 ,
LiCoO 2 dan LiFePO 4 . Dari ketiganya material katoda yang sedang dikembangkan
saat ini yaitu lithium iron phospat atau disebut juga lithium ferro phospat (LiFePO 4 )
yang memiliki keunggulan yaitu biaya pembuatan lebih murah dibandingkan LiCoO 2
dan LiMn 2 O 4 karena bahan–bahan pembentuknya mudah didapatkan dialam, tidak
beracun, kapasitas sebesar 170 mAh/g, dan ramah lingkungan (Sari, dkk., 2014).
Universitas Sumatera Utara
Namun dengan berbagai kelebihan tersebut, LiFePO 4 memiliki kelemahan
sebagai bahan katoda komersial dalam baterai Li-ion karena tingkat kemampuan yang
rendah, yang dikaitkan dengan konduktivitas elektronik yang rendah sebesar 109
S/cm dan gerakan difusi antar muka yang lambat pada ion litium LiFePO 4 (Efhana,
dkk., 2014).
Yucui Ge, dkk (2010) telah melakukan penelitian tentang optimasi doping Ni pada
nanokomposit LiFePO 4 /C dengan peforma rate terbaik. Sumber carbon yang
digunakan yaitu polyvinyl alcohol. Hasil konduktifitas yang didapat pada LiFePO 4 /C
yang telah didoping dengan Ni yaitu 2,1x10-1 S/cm.
Berdasarkan uraian diatas, maka perlu dilakukan penelitian mengenai LiFePO 4 /C
yang didoping dengan Ni dan dengan menggunakan sumber carbon yang berbeda.
Dalam penelitian ini salah satu cara untuk mempercepat difusi ion lithium dari
material LiFePO 4 yaitu dengan penambahan doping unsur nikel (Ni) dan
meningkatkan konduktivitas dengan cara melapisi material aktif dengan carbon yaitu
tapioka. Dimana menurut Wolfenstine (2005) LiNiPO 4 dapat mempercepat difusi ion
lithium. Sehingga diharapkan LiFePO 4 yang telah didoping dengan Ni dapat
mempercepat pergerakan ion lithium dan pelapisan carbon dengan tapioka dapat
meningkatkan konduktifitas dari material LiFePO 4 yang telah didoping dengan Ni.
1.2 Rumusan Masalah
Perumusan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimanakah proses pembuatan LiFePO 4 sebagai material aktif katoda pada
baterai lithium dengan doping Ni?
2. Berapakah konduktifitas LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 setelah dilapisi dengan tapioka sebagai
sumber carbon?
3. Berapakah perbandingan komposisi yang optimum antara LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 dan
tapioka sebagai sumber pelapisan carbon?
Universitas Sumatera Utara
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membuat material aktif katoda LiFePO 4 dengan doping Ni dimana perbandingan
molar antara Fe : Ni sebesar 0.9: 0.1.
2. Material aktif katoda dibuat menggunakan metode metalurgi serbuk dan
pelapisan carbon dilakukan dengan metode pirolisis.
3. Pelapisan carbon dengan tapioka dilakukan pada variasi perbandingan tapioka :
LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 sebesar 1:4 ; 1:5 dan 1:6 pada setiap sampel. Sampel
dikarakterisasi menggunakan alat X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron
Microscopy (SEM), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS).
1.4 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui proses pembuatan LiFePO 4 sebagai material aktif katoda pada
baterai lithium dengan doping Ni.
2. Mengetahui besar konduktifitas LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 setelah dilapisi dengan tapioka
sebagai sumber carbon.
3. Mengetahui perbandingan komposisi yang optimum antara LiFe 0.9 Ni 0.1 PO 4 dan
tapioka sebagai sumber pelapisan carbon.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk memberikan informasi ilmiah mengenai proses pembuatan LiFePO 4
sebagai material aktif katoda pada baterai lithium dengan doping Ni.
2. Untuk mendapatkan material aktif katoda dengan konduktifitas yang tinggi
sehingga dapat diaplikasikan kedalam pembuatan baterai ion lithium.
Universitas Sumatera Utara
1.6 Sistemaika 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
pengambilan 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