Pengaruh Pelapisan Karbon pada Bahan Aktif Anoda Na2Li2Ti6O14
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Baterai merupakan salah satu kebutuhan bagi manusia dalam penyimpanan energi.
Pengembangan energi terbarukan baik sebagai pembangkit listrik maupun dalam
transportasi memerlukan energy storage dalam bentuk baterai. Berbagai macam
baterai telah beredar di dunia ini. Sedangkan perkembangan pasar baterai setiap
tahunnya makin bertambah. Seperti terlihat pada gambar 1.1.
Gambar 1.1. Market Profile dari baterai di dunia (Tarascon, 2006)
Baterai adalah alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan
tenaganya dalam bentuk listrik. Baterai yang biasa dijual (disposable/sekali pakai)
mempunyai tegangan listrik 1,5 volt. Baterai ada yang berbentuk tabung atau
kotak. Ada juga yang dinamakan rechargeable battery, yaitu baterai yang dapat
diisi ulang, seperti yang biasa terdapat pada telepon genggam. Baterai sekali pakai
disebut juga dengan baterai primer, sedangkan baterai isi ulang disebut dengan
baterai sekunder.
Baik baterai primer maupun baterai sekunder, kedua-duanya bersifat mengubah
energi kimia menjadi energi listrik. Baterai primer hanya bisa dipakai sekali,
Universitas Sumatera Utara
karena menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible
reaction). Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya
bersifat bisa dibalik (reversible reaction).
Umumnya baterai menggunakan grafit sebagai anoda dengan struktur
kristalnya berbentuk hexagonal, seperti gambar 1.2 Grafit mempunyai sejumlah
ruang dalam satu dimensi dan mempunyai kemampuan konduktivitas elektrik
yang cukup tinggi dalam perannya sebagai anoda.
Gambar 1.2. Model struktur grafit (Kucinnkis, et al. 2013).
Grafit tidak bisa dipakai untuk baterai karena menghasilakn listrik. SEI
bermanfaat bagi baterai, dalam arti bahwa SEI merupakan elektroda pasif yang
bereaksi dengan elektrolit, tetapi juga memiliki beberapa kelemahan. Difusi ion
dapat menurun dengan lapisan SEI, sehingga mengurangi daya maksimum yang
dapat diekstraksi dari baterai. Pembentukan lapisan SEI juga mengkonsumsi
bahan aktif, sehingga mengurangi kapasitas baterai. Selain itu, selama interkalasi
dan deinterkalasi, bahan dasar sering mengalami perubahan volume. Perubahan
volume ini akan membentuk retakan di SEI dan SEI baru akan terbentuk pada saat
terjadi retakan. Setelah itu terjadi berulang-ulang, maka perlahan-lahan akan
mengurangi kapasitas dari baterai (Winter, 2004; Palacin, 2009).
Lithium Titanat Oxide tidak membutuhkan SEI karena pembentukan SEI
mengarah pada hilangnya kapasitas ireversibel misalnya karena komsumsi bahan
aktif, ketebalan lapisan tipis pada umumnya negatif. Jumlah SEI terbentuk
tergantung pada luas permukaan aktif materi, yang pada umumnya menghalangi
penggunaan bahan berstruktur nano di elektroda, karena ini akan memiliki
Universitas Sumatera Utara
kekurangan yang terlalu tinggi dari kapasitas sesuai pembentukan SEI. (Wu,
2012; Pasquier, 2009).
Lithium titanat memiliki working voltage 1,55 V vs lithium, yang agak
tinggi untuk bahan bekerja sebagai baterai Li anoda. Memiliki working voltage
sekitar 2,5 V bukannya biasa 3,5 V, sehingga mengurangi energi spesifik dalam
baterai. Salah satu efek positif adalah bahwa working voltage yang tinggi LTO
tetap di dalam jendela stabilitas elektrolit, SEI kecil ini akan terbentuk.
Penggunaan Natrium dalam penelitian ini bisa menjadi substitusi Lithium
untuk mengurangi working voltage pada baterai lithium ion.
Penelitian ini ditujukan untuk mengetahui pengaruh pelapisan karbon pada
bahan aktif anoda Na2Li2Ti6O14 dengan proses kalsinasi dengan suhu 700oC
selama 2 jam dan di lakukan proses sintering dengan suhu 800 oC selama 4 jam,
dalam penelitian ini menggunakan metode metalurgi serbuk yang dalam arti suatu
kegiatan yang mencakup pembuatan bahan komersil dari serbuk logam melalui
penekanan. Proses ini dapat disertai milling, penekanan dan pemanasan.Selama
proses penekanan atau sesudahnya disebut sinter, menghasilkan pengikat partikel
halus. Dengan demikian kekuatan dan sifat fisis lainnya meningkat. Produk hasil
metalurgi serbuk dapat terdiri dari produk campuran serbuk berbagai logam atau
dapat berupa bahan bukan logam untuk meningkatkan ikatan partikel dan mutu
benda secara keseluruhan. Dalam penelitian ini juga dilakukan proses coating
dengan Carbon dengan proses pirolisa. dengan mencampurkan material aktif
dengan PVDF, AB dan juga DMAC sesuai perhitungan yang telah dilakukan.
1.2. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana membuat material Na 2Li2Ti6O14 menjadi baterai lithium
sebagai anoda menggunakan metode metalurgi serbuk ?
2. Bagaimana pengaruh carbon coating terhadap struktur Na2Li2Ti6O14
sebagai anoda baterai lithium ?
3. Bagaiamana
pengaruh
carbon
coating
terhadap
material
anoda
Na2Li2Ti6O14 ?
Universitas Sumatera Utara
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui bagaimana membuat material Na 2Li2Ti6O14
menjadi baterai lithium sebagai anoda menggunakan metode metalurgi
serbuk.
2. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh carbon coating terhadap
Na2Li2Ti6O14 sebagai anoda baterai lithium.
3. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh carbon coating terhadap
material anoda Na2Li2Ti6O14 .
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dapat memberikan informasi mengenai pengaruh jumlah karbon yang
digunakan dalam proses coating terhadap struktur dan konduktivitas dari
Na2Li2Ti6O14 sebagai anoda baterai lithium.
2. Penelitian ini merupakan inovasi baru akan pemanfaatan Na 2Li2Ti6O14 sebagai
anoda baterai lithium sehingga dapat digunakan sebagai rujukan penelitian
selanjutnuya.
1.5. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Penelitian ini ditujukan pada pembuatan Na2Li2Ti6O14.
2. Menggunakan metode metalurgi serbuk.
3. Perbandingan bahan 12:1, 10:1, 8:1 dengan carbon coating.
4. Proses pirolisa 800 oC / 2 jam pada carbon coating.
Universitas Sumatera Utara
1.6. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika dalam penulisan Skripsi ini mencakup beberapa bab dan
subbab seperti yang dijelaskan di bawah ini:
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini terdiri atas latar belakang penelitian, rumusan
masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan
masalah dalam penelitian, serta sistematika penulisan
laporan penelitian.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi
acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta
pembahasan.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tempat dan waktu penelitian, metode yang
digunakan bahan dan peralatan yang digunakan serta
diagram alir penelitian.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini mencakup pembahasan dari hasil penelitian berupa
hasil karakterisasi anailia fasa dan struktur Kristal, analisa
fasa, konduktivitas, analisa reaksi redoks dan analisa
kapasitas.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh dari bab
sebelumnya yaitu hasil dan pembahasan terkait tujuan dari
penelitian. Dan juga saran yang diberikan untuk kajian
lebih lanjut dari skripsi ini.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Baterai merupakan salah satu kebutuhan bagi manusia dalam penyimpanan energi.
Pengembangan energi terbarukan baik sebagai pembangkit listrik maupun dalam
transportasi memerlukan energy storage dalam bentuk baterai. Berbagai macam
baterai telah beredar di dunia ini. Sedangkan perkembangan pasar baterai setiap
tahunnya makin bertambah. Seperti terlihat pada gambar 1.1.
Gambar 1.1. Market Profile dari baterai di dunia (Tarascon, 2006)
Baterai adalah alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan
tenaganya dalam bentuk listrik. Baterai yang biasa dijual (disposable/sekali pakai)
mempunyai tegangan listrik 1,5 volt. Baterai ada yang berbentuk tabung atau
kotak. Ada juga yang dinamakan rechargeable battery, yaitu baterai yang dapat
diisi ulang, seperti yang biasa terdapat pada telepon genggam. Baterai sekali pakai
disebut juga dengan baterai primer, sedangkan baterai isi ulang disebut dengan
baterai sekunder.
Baik baterai primer maupun baterai sekunder, kedua-duanya bersifat mengubah
energi kimia menjadi energi listrik. Baterai primer hanya bisa dipakai sekali,
Universitas Sumatera Utara
karena menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible
reaction). Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya
bersifat bisa dibalik (reversible reaction).
Umumnya baterai menggunakan grafit sebagai anoda dengan struktur
kristalnya berbentuk hexagonal, seperti gambar 1.2 Grafit mempunyai sejumlah
ruang dalam satu dimensi dan mempunyai kemampuan konduktivitas elektrik
yang cukup tinggi dalam perannya sebagai anoda.
Gambar 1.2. Model struktur grafit (Kucinnkis, et al. 2013).
Grafit tidak bisa dipakai untuk baterai karena menghasilakn listrik. SEI
bermanfaat bagi baterai, dalam arti bahwa SEI merupakan elektroda pasif yang
bereaksi dengan elektrolit, tetapi juga memiliki beberapa kelemahan. Difusi ion
dapat menurun dengan lapisan SEI, sehingga mengurangi daya maksimum yang
dapat diekstraksi dari baterai. Pembentukan lapisan SEI juga mengkonsumsi
bahan aktif, sehingga mengurangi kapasitas baterai. Selain itu, selama interkalasi
dan deinterkalasi, bahan dasar sering mengalami perubahan volume. Perubahan
volume ini akan membentuk retakan di SEI dan SEI baru akan terbentuk pada saat
terjadi retakan. Setelah itu terjadi berulang-ulang, maka perlahan-lahan akan
mengurangi kapasitas dari baterai (Winter, 2004; Palacin, 2009).
Lithium Titanat Oxide tidak membutuhkan SEI karena pembentukan SEI
mengarah pada hilangnya kapasitas ireversibel misalnya karena komsumsi bahan
aktif, ketebalan lapisan tipis pada umumnya negatif. Jumlah SEI terbentuk
tergantung pada luas permukaan aktif materi, yang pada umumnya menghalangi
penggunaan bahan berstruktur nano di elektroda, karena ini akan memiliki
Universitas Sumatera Utara
kekurangan yang terlalu tinggi dari kapasitas sesuai pembentukan SEI. (Wu,
2012; Pasquier, 2009).
Lithium titanat memiliki working voltage 1,55 V vs lithium, yang agak
tinggi untuk bahan bekerja sebagai baterai Li anoda. Memiliki working voltage
sekitar 2,5 V bukannya biasa 3,5 V, sehingga mengurangi energi spesifik dalam
baterai. Salah satu efek positif adalah bahwa working voltage yang tinggi LTO
tetap di dalam jendela stabilitas elektrolit, SEI kecil ini akan terbentuk.
Penggunaan Natrium dalam penelitian ini bisa menjadi substitusi Lithium
untuk mengurangi working voltage pada baterai lithium ion.
Penelitian ini ditujukan untuk mengetahui pengaruh pelapisan karbon pada
bahan aktif anoda Na2Li2Ti6O14 dengan proses kalsinasi dengan suhu 700oC
selama 2 jam dan di lakukan proses sintering dengan suhu 800 oC selama 4 jam,
dalam penelitian ini menggunakan metode metalurgi serbuk yang dalam arti suatu
kegiatan yang mencakup pembuatan bahan komersil dari serbuk logam melalui
penekanan. Proses ini dapat disertai milling, penekanan dan pemanasan.Selama
proses penekanan atau sesudahnya disebut sinter, menghasilkan pengikat partikel
halus. Dengan demikian kekuatan dan sifat fisis lainnya meningkat. Produk hasil
metalurgi serbuk dapat terdiri dari produk campuran serbuk berbagai logam atau
dapat berupa bahan bukan logam untuk meningkatkan ikatan partikel dan mutu
benda secara keseluruhan. Dalam penelitian ini juga dilakukan proses coating
dengan Carbon dengan proses pirolisa. dengan mencampurkan material aktif
dengan PVDF, AB dan juga DMAC sesuai perhitungan yang telah dilakukan.
1.2. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana membuat material Na 2Li2Ti6O14 menjadi baterai lithium
sebagai anoda menggunakan metode metalurgi serbuk ?
2. Bagaimana pengaruh carbon coating terhadap struktur Na2Li2Ti6O14
sebagai anoda baterai lithium ?
3. Bagaiamana
pengaruh
carbon
coating
terhadap
material
anoda
Na2Li2Ti6O14 ?
Universitas Sumatera Utara
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui bagaimana membuat material Na 2Li2Ti6O14
menjadi baterai lithium sebagai anoda menggunakan metode metalurgi
serbuk.
2. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh carbon coating terhadap
Na2Li2Ti6O14 sebagai anoda baterai lithium.
3. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh carbon coating terhadap
material anoda Na2Li2Ti6O14 .
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Dapat memberikan informasi mengenai pengaruh jumlah karbon yang
digunakan dalam proses coating terhadap struktur dan konduktivitas dari
Na2Li2Ti6O14 sebagai anoda baterai lithium.
2. Penelitian ini merupakan inovasi baru akan pemanfaatan Na 2Li2Ti6O14 sebagai
anoda baterai lithium sehingga dapat digunakan sebagai rujukan penelitian
selanjutnuya.
1.5. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Penelitian ini ditujukan pada pembuatan Na2Li2Ti6O14.
2. Menggunakan metode metalurgi serbuk.
3. Perbandingan bahan 12:1, 10:1, 8:1 dengan carbon coating.
4. Proses pirolisa 800 oC / 2 jam pada carbon coating.
Universitas Sumatera Utara
1.6. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika dalam penulisan Skripsi ini mencakup beberapa bab dan
subbab seperti yang dijelaskan di bawah ini:
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini terdiri atas latar belakang penelitian, rumusan
masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan
masalah dalam penelitian, serta sistematika penulisan
laporan penelitian.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi
acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta
pembahasan.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tempat dan waktu penelitian, metode yang
digunakan bahan dan peralatan yang digunakan serta
diagram alir penelitian.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini mencakup pembahasan dari hasil penelitian berupa
hasil karakterisasi anailia fasa dan struktur Kristal, analisa
fasa, konduktivitas, analisa reaksi redoks dan analisa
kapasitas.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh dari bab
sebelumnya yaitu hasil dan pembahasan terkait tujuan dari
penelitian. Dan juga saran yang diberikan untuk kajian
lebih lanjut dari skripsi ini.
Universitas Sumatera Utara