Pengaruh Variasi Waktu Dan Suhu Pencampuran Serta Suhupengeringan Pada Lembar Katoda LiFePO4 Terhadap Kapasitasbaterai Ion Lithium

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Baterai
2.1.1 Sejarah Baterai
Pada awal abad ke-19 Alessandro Volta menciptakan baterai pertama yang dikenal
dengan Tumpukan Volta (Voltaic Pile).Baterai ini terdiri dari tumpukan cakram
seng dan tembaga berselang seling dengan kain basah yang telah dicelupkan air
garam sebagai pembatasnya.Baterai ini telah mampu menghasilkan arus yang
kontinue dan stabil. Pada tabel 2.1 akan ditunjukan perkembangan baterai.

Tabel 2.1 Sejarah perkembangan baterai (Buchman, 2001)
Tahun

Penemu

Penemuan

1600

Gilbert (Inggris)

Peletakkan dasar-dasar elektrokimia

1789

Galvani (Italia)

Penemuan listrik dari hewan

1800

Volta (Italia)

Penemuan sel voltaic

1802

Cruickshank (Inggris)

Baterai pertama dengan yang mampu
di produksi massal

1820

Ampere (Perancis)

Listrik oleh magnet

1833

Faraday (Inggris)

Hukum Faraday

1859

Plante (Inggris)

Penemuan baterai timbal/asam

1868

Leclance (Inggris)

Penemuan sel Leclance

1888

Gasner (Amerika Serikat)

Penyempurnaan sel kering

1899

Jungner (Swedia)

Penemuan baterai Ni-Cd

1901

Edison (Amerika Serikat)

Penemuan baterai Ni-Fe

1932

Shlecht & Ackerman

Penemuan

(Jerman)

dipadatkan

1947

Neuman (Perancis)

Berhasil mengemas baterai Ni-Cd

1960-an

UnionCarbide(Amerika

Pengembangan baterai alkalin primer

pelat

kutub

yang

Serikat)

Universitas Sumatera Utara

1970-an

1990

Union Carbide (Amerika

Pengembangan baterai timbal/asam

Serikat)

dengan pengaturan kutup

Union Carbide (Amerika

Komersialisasi baterai Ni-MH

Serikat)
1992

Kordesch (Kanada)

Komersialisasi baterai alkalin yang
dapat dipakai ulang

1999

Kordesch (Kanada)

Komersialisasi baterai Li-ion polimer

2.1.2 Pengertian Baterai
Baterai didefenisikan sebagai suatu sel elektrokimia yang dapat mengubah
langsung energi kimia menjadi energi listrik (Triwibowo, 2011).Pengertian baterai
secara umum mencakup beberapa sel baterai yang digabungkan. Sel baterai adalah
unit terkecil dari suatu sistem proses elektrokimia yang terdiri dari elektroda,
elektrolit, seperator, wadah dan terminal/ current collector (Subhan, 2011).
Kinerja baterai melibatkan transfer elektron melalui suatu media yang
bersifat konduktif dari elektroda negatif (anoda) ke elektroda positif (katoda)
sehingga menghasilkan arus listrik dan beda potensial. Bahan dan luas permukaan
elektroda mampu mempengaruhi jumlah beda potensial yang dihasilkan. Setiap
bahan elektroda memiliki tingkat potensial elektroda yang berbeda-beda. Jika luas
permukaan elektroda diperbesar maka akan semakin banyak elektron yang dapat
dioksidasi dibandingkan dengan elektroda dengan luas permukaan yang kecil

(Kartawidjaja et al., 2008).

2.1.3 Jenis – Jenis Baterai
Mengacu pada sumber energi listrik yang terbentuk dari hasil proses elektrokimia,
maka baterai/ sel dikelompokkan sebagai berikut (Triwibowo, 2011):
1. Baterai/ sel primer (baterai dengan penggunaan sekali saja)
Pada umumnya baterai primer murah. Mudah digunakan sebagai sumber listrik
untuk peralatan portabel. Memiliki densitas energi listrik yang besar dengan

Universitas Sumatera Utara

kecepatan discharge yang rendah dan tidak memerlukan perawatan. Contoh
baterai ini dapat dilihat di Gambar 2.1.a
2. Baterai/ sel sekunder (dapat diisi ulang/rechargeable)
Pengisian dilakukan dengan memasukkan arus listrik pada kutub yang
berlawanan. Baterai jenis ini disebut juga sebagai baterai penyimpan/ storage
battrey atau accumulator. Baterai sekunder diaplikasikan dalam dua katagori,
yaitu:
a. Sebagai alat penyimpan energi/ Energy-storage Device. Umumnya baterai
jenis ini tersambung dengan jaringan listrik permanen dan jaringan listrik

primer saat digunakan. Contoh penggunaanya adalah dalam otomotif,
pesawat terbang, Uninterupptible Power Source (UPS) dan sebagai
pendukung load leveling pada Stationary Energy Sttorge Systems.
b. Sebagai sumber energi listrik pada portabel divais, pengganti baterai primer
dan pada semua divais yang menggunakan baterai primer, seperti telephone
genggam, kamera, notebook dll. Contoh baterai sekunder dapat dilihat pada
Gambar 2.1.b

(a)

(b)

Gambar 2.1 Jenis-jenis Baterai/ Sel, a) baterai primer berbentuk slinder, b)
baterai sekunder dengan elektrolit cair (Triwibowo, 2011).

Universitas Sumatera Utara

2.2 Baterai Ion Lithium
2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium
Baterai ion lithium adalah salah satu dari tipe baterai rechargeable (dapat diisi

ulang). Baterai ini memiliki kelebihan dibandingkan baterai sekunder jenis lain,
yaitu memiliki stabilitas penyimpanan energi yang sangat baik (daya tahan sampai
10 tahun atau lebih), energi densitasnya tinggi, tidak ada memori efek dan berat
yang relatif lebih ringan dibandingkan dengan baterai jenis lain. Sehingga dengan
berat yang sama energi yang dihasilkan baterai lithium dua kali lipat dari baterai
jenis lain (Lawrence, 1992).
Baterai

lithium

pada

umumnya

memiliki

empat

komponenutama

yaitu(Linden,2002):
1. Elektroda negatif (anoda) yaitu elektroda yang melepaskan elektron ke
rangkaian luar serta mengalami proses oksidasi pada proses elektrokimia.
2. Elektroda positif (katoda) yaitu elektroda yang menerima elektron dari rangkaian
luar serta mengalami proses reduksi pada proses elektrokimia.
3. Penghantar ion (elektrolit) yaitu media transfer ion yang bergerak dari anoda ke
katoda dalam sel baterai saat penggunaan.
4. Separator yaitu suatu material berpori yang terletak di antara anoda dan katoda
berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara
katoda dan anoda.

2.2.2 Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium
Dalam kondisi discharge dan charge baterai lithium bekerja menurut fenomena
interkalasi, dimana ion lithium melakukan migrasi dari katoda lewat elektrolit ke
anoda atau sebaliknya tanpa terjadi perubahan struktur kristal dari bahan katoda
dan anoda (Singhal et al, 2009). Interkalasi merupakan proses pelepasan ion lithium
dari tempatnya di struktur kristal suatu bahan elektroda dan pemasukan ion lithium
pada tempat di struktur kirstal bahan elektroda yang lain (Prihandoko, 2007).
Pada proses pemakaian (discharging) terjadi perubahan energi kimia
menjadi energi listrik dimana elektron dari anoda mengalir ke katoda melalui kabel
konektor sedangkan lithium yang berada pada sistem (di dalam baterai) lepas dari

Universitas Sumatera Utara

anoda karena kekurangan elektron untuk berpindah menuju katoda melalui
elektrolit. Pada proses pengisian (charging) terjadi perubahan energi listrik menjadi
energi kimia elektron dari katoda mengalir menuju anoda sedangkan ion lithium
dalam sistem berpindah dari katoda menuju anoda melalui elektrolit. Separator
yang terletak di antara anoda dan katoda berfungsi untuk mencegah agar tidak
terjadi hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda.

Elektroda
negatif

Elektroda
positif
Charge

Cu Foil

Al Foil

Discharge

Electrolyte

Li2C6

Separator

LiFePO4
Gambar 2.1 Proses charge dan discharge pada
baterai Lithium

2.2.3Jenis – Jenis Baterai Ion Lithium
Untuk beberapa alasan, baterai sekunder didesain dalam beberapa bentuk. Desain
baterai sekunder dibagi menjadi (Buchman, 2001):
1. Baterai Slinder
Jenis baterai ini paling bayak ditemui. Desain berbentuk slinder mudah dalam
pembuatannya, disamping itu memiliki stabilitas mekanik yang baik. Saat
charging, baterai akan menghasilkan gas yang memberikan tekanan dalam
slinder, untuk itu baterai slinder dilengkapi pula dengan ventilasi. Ventilasi
diperlukan untuk mengalirkan gas bila terjadi tekanan yang berlebih. Kerugian
dari desain ini adalah bentuknya yang tidak ringkas saat beberapa slinder

Universitas Sumatera Utara

digabungkan, yaitu akan terbentuk ruangan kosong diantaranya. Kapasitas listrik
yang dikandung baterai ini berkisar antara 1800-2000mAh.Ilustrasi baterai
slinder dapat dilihat pada Gambar 2.3.a.
2. Baterai kancing
Baterai yang sering disebut baterai koin ini memiliki ukuran terkecil
dibandingkan baterai lain. Disebabkan ukurannya, jenis ini tidak memiliki
masalah dengan ruang yang tersedia. Karena bentuknya yang miniatur, baterai
ini tidak dilengkapi dengan ventilasi (lihat Gambar 2.3.b). Sementara proses
charging yang cepat akan membuat baterai menggelembung. Untuk menghindari
keadaan ini, baterai kancing hanya dapat di charge dengan kecepatan yang
rendah. Pengisisan baterai jenis ini dapat memakan waktu 10-16 jam.
3. Baterai prismatik
Baterai ini memaksimalkan penggunaan ruang yang ada dalam suatu perangkat
elektrik. Oleh karenanya baterai jenis ini tidak memiliki ukuran yang standart
(disesuaikan dengan ruang yang ada). Kapasitas listrik baterai ini umumnya
dibawah baterai slinder, yaitu 400 - 2000mAh. Stabilitas mekanik baterai ini
juga tidak sebaik dengan baterai slinder, untuk itu diperlukan material yang lebih
kuat untuk kemasaan baterai. Ilustrasi baterai prismatik tertera pada Gambar
2.3.c.
4. Baterai kantung
Jenis baterai ini adalah yang paling fleksibel dalam segi bentuk dan ukuran.
Disamping itu, juga paling ringan karena tidak menggunakan pelat besi sebagai
kemasan. Material aktif yang digunakan umumnya dalam bentuk lembaran
polimer, dengan demikian dapat mengurangi produksi gas saat operasional.
Baterai ini terbilang rentan terhadap tekanan dari luar dan benda tajam. Oleh
karenanya penggabungan jenis baterai ini tidak dapat dilakukan dengan
menumpukkannya tetapi meletakkannya berdampingan. Ilustrasi baterai kantung
dapat diliha pada Gambar 2.3.d.

Universitas Sumatera Utara

(a)

(c)

(b)

(d)

Gambar 2.3 Jenis-jenis desain baterai sekunder a) baterai slinder b) baterai
kancing (coin) c) Baterai prismatik d) Baterai Kantung (Buchman,
2001).

2.3 Material Katoda
Salah satu komponen penting dalam sistem sel baterai lithium adalah
katoda.Katoda merupakan elektroda positif yang berfungsi sebagai pengumpul ion
lithium serta merupakan material aktif, dimana lembaran untuk material katoda
adalah alumunium foil (Al foil). Dalam sisitem baterai sekunder lithium, material
katoda memegang peranan penting dalam pencapaian kapasitas baterai.Material ini
yang nantinya harus dapat melepaskan ion lithium bergerak menuju anoda dan
berinteraksi didalam struktur anoda saat charging.Makin besar jumlah ion lithium
yang dapat dipindahkan ke anoda, maka makin besar pula arus litrik yang
dihasilkan saat discharging nantinya (Triwibowo, 2011).Pada Tabel 2.2 merupakan
perbandingan material aktif katoda yang sering digunakan.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.2Perbandingan jenis material yang digunakan untuk katoda (Xu.Bo et al,
2012)

Kapasitas

LiCoO 2

LiNiO 2

LiMn 2 O 4

LiFePO 4

274 mAh/g

275 mAh/g

148 mAh/g

170 mAh/g

145 mAh/g

185 mAh/g

120 mAh/g

150 mAh/g

3,7 V

3,6 V

3,8 V

3,45 V

Konduktivitas

Stabilitas

Harga murah,

Harga murah,

tinggi, mudah

tinggi

tidak beracun

ramah

disintesis

dengan

teori
Kapasitas
tersedia
Tegangan
Keunggulan

lingkungan

elektrolit
Kelemahan

Mahal dan

Sulit

Kapasitas

Konduktivitas

beracun

disintesis

rendah,

rendah
(10 tahun

Daya tahan siklus

2.000 cycles

Tegangan sel

3.5 V

Spesifik Kapasitas

170 mAh/g

2.4 Material Anoda
Anoda merupakan elektroda negatif yang saat proses discharge,melepaskan
elektron kedalam sirkuit eksternal (Subhan, 2014). Lembaran pada anoda adalah
tembaga (Cu Foil). Material yang dapat dipakai sebagai anoda harus memiliki
karakteristik antara lain memiliki kapasitas energi yang besar, memiliki profil
kemampuan menyimpan dan melepas muatan/ion yang baik, memiliki tingkat
siklus pemakaian yang lama, mudah untuk di proses, aman dalam pemakaian (tidak
mengandung racun).

Universitas Sumatera Utara

2.5 Elektrolit
Elektrolit adalah bagian yang berfungsi sebagai penghantar ion lithium dari anoda
ke katoda atau sebaliknya. Elektrolit merupakan bagian penting dalam sel
elektrokimia baik dalam pengoperasianya maupun dalam sistem kelengkapannya.
Selain itu elektrolit harus dapat menghantarkan ion untuk menjalankan sel
elektrokimia (Jouannea, 2002).
Elektolit terbagi 2 yaitu elektrolit padat dan elektrolit cair. Elektrolit padat
menunjukkan kestabilan pada suhu tinggi dan memiliki resistansi listrik yang baik.
Namun elektrolit padat memiliki beberapa kelemahan diantaranya aliran arus
rendah, kemampuannya menurun pada temperatur rendah dan sangat rentan
terhadap hubungan singkat yang dapat menyebabkan hilangnya energi. Sedangkan
elektrolit cair dapat menembus celah – celah atau pori – pori dari bahan elektroda,
baik anoda maupun katoda. Karena elektrolit berupa larutan, maka elektrolit sangat
mudah mencapai permukaan serbuk elektroda.Untuk penerapan elektrolit padat
persyaratan yang harus dipenuhi adalah adanya pertemuan permukaan serbuk
elektroda dengan elektrolit.Oleh karena itu komponen elektroda dibuat dengan
komposisi yang mengandung bahan elektrolit atau garam lithium, sehingga reaksi
redoks dapat berlangsung tepat di permukaan serbuk elektroda.(Prihandoko, 2008).

2.6 Separator
Separator adalah suatu material berpori yang terletak di antara anoda dan katoda
berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara
katoda dan anoda. Separator dapat berupa elektrolit yang berbentuk gel, atau plastik
film microporous (nano pori), atau material inert berpori yang diisi dengan
elektrolit

cair. Sifat listrik separator ini mampu dilewati oleh ion tetapi juga

mampu memblokir elektron, jadi bersifat konduktif ionik sekaligus tidak konduktif
elektron.(Subhan, 2011).
Beberapa hal yang penting untuk memilih material agar diplih sebagai
separator antara lain material tersebut bersifat insulator, memiliki hambatan listrik
yang kecil, kestabilan mekanik (tidak mudah rusak), tidak mudah terdegradasi
dengan elektrolit serta memiliki ketebalan lapisan yang seragam atau sama di

Universitas Sumatera Utara

seluruh permukaan. Struktur pori dan penyerapan elektrolit berpengaruh terhadap
konduktivitas ion. Separator dengan porositas yang tinggi dapat menyerap lebih
banyak elektrolit liquid. Sehingga besarnya penyerapan elektrolit pembawa muatan
ion sangat dibutuhkan (H. Li, 2011). Beberapa material yang dapat digunakan
sebagai separator antara lain polyolefins(PE dan PP), PVdF(Polyvinylidene
fluodire), PTFE, PVC, dan poly ethylene oxide(Manjunatha, 2011).

2.7 Komponen Tambahan Penyusun Katoda Baterai
2.7.1. Super P
Super P adalah campuran superplasticizing yang dapat mengurangi jumlah air yang
dibutuhkan tanpa mempengaruhi konsistensi campuran.Super P berfungsi untuk
meningkatkan daya tahan dan kekuatan, menghilangkan unit retak dan membuat
permukaan halus pada campuran.(Safety Data Sheet)

2.7.2. Polyvinylidene Fluoride (PVDF)
PVDF (poly vinylidene fluoride) merupakan binder (pengikat) antara elektroda dan
material lain. Tanpa PVDF material akan berantakan. Dalam keluarga floropolimer,
PVDF memiliki proses leleh yang lebih mudah karena titik lelehnya yang relatif
rendah.

Selain

itu,

ia

juga

memiliki

densitas

yang

relatif

rendah

dibandingkanfloropolimerlainnya.Wilayah amorf di PVDF adalah matrik yang baik
untuk molekul polar, dan ion lithium dapat melewati lapisan tipis PVDF.
(Tsunemi,K et al,1983)

Gambar 2.4 Ilustrasi PVDF dengan material aktif (Yoshio, 2000)

Universitas Sumatera Utara

2.7.3. N-N Dimethyl Acetamide (DMAC)
DMAC adalah pelarut industri yang kuat dan serbaguna yang memiliki kelarutan
terhadap bahan organik dan anorganik yang tinggi, titik didih tinggi, titik beku yang
rendah, dan stabilitas yang baik. Selain itu DMAC tidak reaktif dalam reaksi kimia.
DMAC larut dalam air, eter, ester, keton dan senyawa aromatik. DMAC umumnya
larut dalam senyawa alifatik tidak jenuh dan kestabilannya bagus.

2.8 Pencampuran (Mixing)
Pencampuran (mixing) yaitu suatu proses pencampuran bahan sehingga dapat
bergabung menjadi suatu homogen. Ada dua macam pencampuran yaitu
pencampuran basah (wet mixing) dan pencampuran kering (dry mixing).
Pencampuran basah (wet mixing) yaitu proses pencampuaran dimana serbuk matrik
dan filler dicampur terlebih dahulu dengan pelarut. Sedangkan pencampuran kering
(dry mixing) yaitu proses pencampuran yang dilakukan tanpa menggunakan pelarut.
Faktor

penentu

kehomogenandistribusi

partikel,

antara

lain

kecepatan

pencampuran, lamanya waktu pencampuran dan ukuran partikel.

2.9 Karakterisasi dan Pengujian
Pengujian karakteristik serbuk LiFePO 4 dilakukan dn yaituengan alat uji X-Ray
Difraction(XRD) dan lembaran katoda LiFePO 4 dengan mikroskop optik dan
Scanning Electron Microscopy(SEM) untuk melihat struktur morfologi lembaran
katoda

LiFePO 4 serta

pengujian

kapasitas

discharge

baterai

dengan

charge/discharge.

2.9.1 Uji X-Ray Difraction(XRD)
Difraksi sinar – X digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu padatan
dengan membandingkan nilai jarak d (bidang kristal) dan intensitas puncak difraksi
dengan data standar. Sinar-X pertama kali ditemukan oleh Wilhelm Rontgen pada
tahun 1895. Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang
gelombang (λ ≈ 0,1 nm) yang lebih pende k dibanding gelombang cahaya (λ=400-

Universitas Sumatera Utara

800nm) (Smallman, 2000). Panjang

gelombang sinar-X ini merupakan dasar

digunakannya teknik difraksi sinar-X (X-Ray Difraction) untuk mengetahui struktur
mikroskopis suatu bahan. Teknik X-Ray Diffraction (XRD) berperan penting dalam
proses analisis padatan kristalin. XRD adalah metode karakterisasi yang digunakan
untuk mengetahui ciri utama kristal, seperti parameter kisi dan tipe struktur. Selain
itu, juga dimanfaatkan untuk mengetahui rincian lain seperti susunan berbagai jenis
atom dalam kristal, kehadiran cacat, orientasi, dan cacat kristal (Smallman, 2000).
Sinar-X dihasilkan dari penembakan target (logam anoda) oleh elektron
berenergi tinggi yang berasal dari hasil pemanasan filamen dari tabung sinar-X
(Rontgen). Tabung sinar-X tersebut terdiri atas empat komponen utama, yakni
filamen (katoda) yang berperan sebagai sumber elektron, ruang vakum sebagai
pembebas hambatan, target sebagai anoda dan sumber tegangan listrik.
Peralatan X-Ray Diffractometer (XRD) dapat digunakan untuk identifikasi
mineralogi material, termasuk batuan piroklastika secara cepat dan akurat.Data
semikuantitatif hasil uji XRD adalah jenis dan jumlah mineral pembentuk Kristal
yang dijumpai di dalam suatu percontohan batuan (Klug, 1974).
Pada penelitian ini pengujian XRD dilakukan untuk melihat struktur kristal
pada serbuk LiFePO 4 yang dipakai pada percobaan. Dan menganalisis nilai chi2
(nilai perbandingan antara intensitas observasi dan intensitas referensi) dan wrp
(Residu Weight Persent) yang ideal berdasarkan standart ICDD.

2.9.2

Uji Mikroskop Optik

Pengujian mikrroskop optik bertujuan untuk melihat morfologi dari lembaran
katoda LiFePO 4. Mikroskop

optik

adalah salah satu jenis mikroskop yang

menggunakan cahaya tampak dan sebuah sistem lensa untuk memperbesar gambar
spesimen yang kecil. Prinsip penting dari mikroskop adalah bahwa lensa objektif
dengan panjang fokus yang sangat pendek (sering hanya beberapa mm saja)
digunakan untuk membentuk perbesaran bayangan nyata dari objek.
Lensa objektif adalah sebuah kaca pembesar bertenaga

sangat tinggi

dengan panjang fokus yang sangat pendek. Lensa ini diletakkan sangat dekat
dengan spesimen yang akan diteliti sehingga cahaya dari spesimen jatuh ke fokus

Universitas Sumatera Utara

sekitar 160 mm di dalam tabung mikroskop sehingga menciptakan perbesaran
sebuah gambar dari subjek. Gambar yang dihasilkan terbalik dan dapat dilihat
dengan menghapus lensa okuler dan menempatkan secarik kertas kalkir di ujung
tabung.
Di kebanyakan mikroskop, lensa okuler merupakan lensa majemuk, dengan
satu lensa komponen di dekat bagian depan dan satu di dekat bagian belakang
tabung lensa okuler. Dalam beberapa desain, gambar virtual menuju ke sebuah
fokus antara dua lensa okuler. Lensa pertama membawa gambar nyata dan lensa
kedua memungkinkan matauntuk fokus pada gambar virtual.Untuk pengujian
mikroskop optik ini diperlukan permukaan spesimen yang rata dan halus (Kahn,
2002).

2.9.3

Uji Scanning Electron Microscope (SEM)

Mikroskop adalah alat optik yang dapat digunakan untuk mengamati benda ukuran
kecil (mikro). Secara garis besar mikroskop elektron dapat dibagi menjadi dua
bagian yaitu Tranmision Electron Microscope (TEM) dan Scanning Electron
Microscope (SEM).Scanning Electron Microscope (SEM) adalah sebuah
mikroskop elektron yang didesain untuk mengamati permukaan objek solid secara
langsung. SEM memiliki perbesaran 10 – 3.000.000 kali, depth of field 4 – 0.4 mm
dan resolusi sebesar 1 – 10 nm. Kombinasi dari perbesaran yang tinggi, depth of
field yang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui komposisi dan
informasi kristalografi membuat SEM banyak digunakan untuk keperluan
penelitian dan industri (Prasetyo, 2011).
SEM mempunyai prinsip kerja bahwa suatu berkas insiden elektron yang
sangat halus di-scan menyilangi permukaan sampel dalam sinkronisasi dengan
berkas tersebut dalam tabunng sinar katoda. Elektron-elektron yang terhambur
digunakan untuk memperoduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar
dan penampakan yang hampir tiga dimensi. Dalam penelitian morfologi permukaan
SEM terbatas pemakainnya, tetapi memberikan informasi yang bermanfaat
mengenai topologi permukaan dengan resolusi skitar 100 Å.

Universitas Sumatera Utara

SEM memiliki tiga komponen pokok yaitu kolom elektron, ruang sampel,
sistem pompa vakum, kontrol elektron dan sistem lensa magnetik.Di dalam kolom
elektron terdapat penembak elektron yang terdiri dari katoda dan anoda.Elektron
yang terlepas dari katoda bergerak ke arah anoda yang dalam perjalananya berkas
elektron ini dipengaruhi oleh lensa magnetik hingga didapatkan berkas elektron
yang terfokus ke arah sampel. Saat elektron menumbuk sampel, akan terjadi
beberapa fenomena yaitu terbentuknya dua jenis hamburan/ scattering, sinar X dan
foton.
Pada SEM digunakan berkas elektron yang dibangkitkan dari filamen, lalu
diarahkan pada sampel.Untuk elektron yang energinya dibawah 50kV berinteraksi
langsung dengan elektron pada atom sampel dipermukaan.Akibatnya elektron –
elektron yang ada di kulit terluar atom permukaan sampel terlempar keluar dan oleh
detektor dikumpulkan dan dihasilkan gambar topografi permukaan sampel.

2.9.4 Uji Charge/Discharge
Kapasitas baterai adalah ukuran muatan yang disimpan suatu baterai, yang
ditentukan oleh masa aktif material didalamnya.Kapasitas menggambarkan
sejumlah energi maksimum yang dapat dikeluarkan dari sebuah baterai dengan
kondisi tertentu.Tetapi kemampuan penyimpanan baterai dapat berbeda dari
kapasitas nominalnya, diantaranya karena kapasitas baterai bergantung pada umur
dan keadaan baterai, parameter charge/discharge, dan temperatur.
Kapasitas baterai juga tergantung pada jenis aktif material yang digunakan
dan kecepatan reaksi elektrokimia saat beterai digunakan atau diisi.Luasnya kontak
permukaan material aktif juga akan memperbesar kapasitas baterai. Kontak
permukaan yang luas dapat dicapai dengan menggunakan material aktif berukuran
nano dan berpori. Kecepatan reaksi elektrokimia tergantung pada:
1. Suhu ruang/ lingkungan dimana sistem baterai itu bekerja.
2. Konsentrasi metal ion pada larutan elektrolit.
3. Konduktivitas elektron pada elektroda.
4. Konduktivitas ionik pada elektrolit.

Universitas Sumatera Utara

Dalam baterai ion lithium material katoda memegang peranan penting
dalam pencapaian kapasitas baterai. Material ini yang nantinya harus dapat
melepaskan lithium ion bergerak menuju anoda saat charging. Makin besar jumlah
lithium ion yang dapat dipindahkan ke anoda, maka makin besar pula arus listrik
yang dihasilkan saat discharging nantinya.
Besar kapasitas baterai secara teoritik tergantung dari jumlah material aktif
terkandung. Sebagai contoh, menghitung kapasitas material katoda LiFePO 4
seberat 1 gram adalah sebagai berikut :
Berat atom Li = 7, Fe = 56 , P = 31 dan O = 16
1 gram LiFePO 4 setara dengan mol

��

��

1

=

158

= 0,0063mol

Dari bilangan Avogardo diketahui 1 mol material mengandung 96.500
Coloumb.
Maka 1 gram LiFePO 4 memiliki spesifik kapasitas sebesar = 0,0063 x 1 x
96.500/3600 = 0,169 Ah/g = 169 mAh/g.
Kapasitas baterai sering dinyatakan dalam Ampare hours (Ah), ditentukan
sebagai waktu dalam jam yang dibutuhkan baterai untuk secara kontinu
mengalirkan arus atau nilai discharge pada tegangan nominal baterai. Satuan
Ampere hours (Ah) sering digunakan ketika tegangan baterai bervariasi selama
siklus chargedan discharge. Nilai charge dalam ampere adalah sejumlah muatan
yang diberikan pada baterai persatuan waktu. Sedangkan discharge dalam ampere
adalah sejumlah muatan yang digunakan kerangkaian luar (beban).
Nilai charge/discharge ditentukan dengan mambagi kapasitas baterai
dengan

jam

yang

dibutuhkan

untuk

charge/discharge

baterai.

Nilai

charge/discharge berpengaruh terhadap nilai kapasitas baterai. Jika baterai di
discharge sangat cepat (arus discharge tinggi), maka sejumlah energi yang
digunakan oleh baterai menjadi berkurang sehingga kapasitas baterai menjadi lebih
rendah. Hal ini dikarenakan kebutuhan suatu materi/komponen untuk reaksi yang
terjadi tidak mempunyai waktu yang cukup untuk bergerak keposisi seharusnya.
Hanya sejumlah reaktan yang diubah kebentuk lain sehingga energi yang tersedia
menjadi berkurang. Jadi seharusnya arus discharge yang digunakan sekecil
mungkin sehingga energi yang digunakan kecil dan kapasitas baterai menjadi lebih
tinggi (Triwibowo, 2011).

Universitas Sumatera Utara