Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan lithium ferro phosphate (lifepo4) sebagai material katoda COVER

commit to user

i

LAPORAN TUGAS AKHIR

PEMANFAATAN PASIR BESI UNTUK BAHAN PEMBUATAN

LITHIUM FERRO PHOSPHATE (LiFePO

4

) SEBAGAI

MATERIAL KATODA

Disusun Oleh:

BAGAS SURYA UTAMA I 8313009

POERWOKO DARMAWAN I 8313043

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

commit to user

commit to user

commit to user

iv

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 III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta. Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil sebagai hasil percobaan. Penyusun menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah menbantu sehingga dapat menyelesaikan laporan ini :

1. Bapak Mujtahid Kaavesina S.T., M.T., Ph.D selaku Kepala Program Studi Diploma III Teknik Kimia UNS.

2. Bapak Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., 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 2013 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, Juni 2016

commit to user

v

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 ... 1

I.1. Latar Belakang Masalah ... 1

I.2. Rumusan Masalah ... 2

I.3. Tujuan ... 2

I.4. Manfaat ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3

II.1. Pasir besi ... 3

II.2 Material Katoda ... 4

II.3 Metode Pembuatan Material Katoda ... 4

II.3.1 Solid state synthesis ... 4

II.3.2 Sintesis Kopresipitasi ... 5

II.4 Baterai Lithium ion ... 5

BAB III METODOLOGI ... 7

III.1. Alat dan Bahan ... 7

III.2. Diagram Alir Proses Percobaan... 9

III.3. Lokasi Penelitian ... 11

III.4. Cara Kerja ... 12

III.5. Uji Performa Baterai ... 13

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 14

IV.1 Hasil serbuk LiFePO4 ... 14

commit to user

vi

IV.3. Uji Kapasitas Charge dan Discharge ... 16

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 18

V.1. Kesimpulan ... 18

V.2. Saran ... 18 DAFTAR PUSTAKA

commit to user

vii

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1 Kapasitas Charge dan Discharge pada Baterai Li-Ion dari hasil

commit to user

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1. Proses Interkalasi baterai Lithium Ion ... 6 Gambar III.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk LiFePO4 dengan metode

Solid State ... 9

Gambar III.2 Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk LiFePO4 dengan metode

Kopresipitasi ... 10

Gambar III.3 Diagram Alir Proses Pembuatan Baterai Lithium ion ... 11 Gambar IV.1 Hasil serbuk LiFePO4 pada beberapa temperatur 600 oC, 700 oC dan

800 oC ... 14 Gambar IV.2 Hasil serbuk LiFePO4 pada temperatur 700 oC ... 14

Gambar IV.3 Grafik Hasil XRD temperatur 600°C, 700 °C dan 800 °C

lapisan katoda dengan membandingkan LiFePO4 teoritis... 15

Gambar IV.4Grafik Kapasitas Pengisian (Charge) dengan nomor siklus ... 16 Gambar IV.5Grafik Kapasitas Pengisian (Discharge) dengan nomor siklus ... 17

commit to user

ix

INTISARI

Bagas Surya Utama, Poerwoko Darmawan 2016, “Laporan Tugas Akhir

Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan Lithium Ferro Phosphate

(LiFePO4) sebagai material katoda”. Program Studi Diploma III Teknik

Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Material katoda yang sedang menjadi perhatian adalah senyawa lithium

ferro phosphate (LiFePO4). Material ini sebagai material pembentuk katoda

menunjukan bahwa keduanya memenuhi kriteria sebagai material katoda pada baterai lithium ion, dimana keduanya memiliki reversibility yang baik untuk pasangan redoks Fe3+/Fe2+. Oleh karena itu diperlukan bahan katoda lain yang lebih stabil dan lebih ramah lingkungan. Salah satu bahan katoda yang dapat menggantikan penggunaan LiCoO2 adalah LiFePO4 yang memiliki stabilitas yang

baik dan ramah lingkungan.

Sintesis partikel Fe3O4 dengan bahan dasar pasir besi dilarutkan HCl (12

M) dan NH4OH (6,5 M) menggunakan metode kopresipitasi, kemudian didapat

Fe2O3 dengan suhu 750 °C selama 5 jam setelah pemanasan. Fe2O3 tersebut

dicampur dengan LiOH dan NH4H2PO4 untuk dipanaskan menggunakan alat

furnace kembali agar menghasilkan LiFePO4 dengan suhu 700 °C selama 4 jam.

Sintesis LiFePO4 dengan bahan dasar pasir besi kemudian dicampurkan LiOH dan

NH4H2PO4 menggunakan ball mill dan selanjutnya dilanjutkan dengan metode

solid state reaction dengan suhu variasi 600 °C, 700 °C dan 800 °C dengan

pemanasan selama 4 jam menggunakan perbandingan mol berat antara Fe2O3,

LiOH dan NH4H2PO4 adalah 1:2:2.

Hasil LiFePO4 dianalisa mengunakan XRD untuk mengetahui

pembentukan LiFePO4 dan jenis kristal yang dihasilkan. Pengujian XRD dengan

hasil LiFePO4 pada suhu pemanasan 600 °C, 700 °C dan 800 °C. Hasil analisa

XRD ketiga pemanasan tersebut pada suhu 700 °C karena peak yang dihasilkan memiliki kesamaan dengan referensi JCPDS nomor 00-040-1499.

Pada pengujian battery analyzer diperoleh hasil bahwa kapasitas baterai tertinggi didapat pada suhu 700 °C yaitu sebesar 72,7 mAh/g pada kapasitas (siklus ke-2). Kapasitas terendah pada sampel 2 HCl dan NH4OH sebesar 18,9

mAh/g (siklus ke-5) dan efisiensi tertinggi terjadi pada sampel 1 HCl dan NH4OH

commit to user

iv

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 III Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta. Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data-data yang diambil sebagai hasil percobaan. Penyusun menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah menbantu sehingga dapat menyelesaikan laporan ini :

1. Bapak Mujtahid Kaavesina S.T., M.T., Ph.D selaku Kepala Program Studi Diploma III Teknik Kimia UNS.

2. Bapak Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., 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 2013 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, Juni 2016

commit to user

v

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 ... 1

I.1. Latar Belakang Masalah ... 1

I.2. Rumusan Masalah ... 2

I.3. Tujuan ... 2

I.4. Manfaat ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3

II.1. Pasir besi ... 3

II.2 Material Katoda ... 4

II.3 Metode Pembuatan Material Katoda ... 4

II.3.1 Solid state synthesis ... 4

II.3.2 Sintesis Kopresipitasi ... 5

II.4 Baterai Lithium ion ... 5

BAB III METODOLOGI ... 7

III.1. Alat dan Bahan ... 7

III.2. Diagram Alir Proses Percobaan... 9

III.3. Lokasi Penelitian ... 11

III.4. Cara Kerja ... 12

III.5. Uji Performa Baterai ... 13

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 14

IV.1 Hasil serbuk LiFePO4 ... 14

commit to user

vi

IV.3. Uji Kapasitas Charge dan Discharge ... 16

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 18

V.1. Kesimpulan ... 18

V.2. Saran ... 18 DAFTAR PUSTAKA

commit to user

vii

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1 Kapasitas Charge dan Discharge pada Baterai Li-Ion dari hasil

commit to user

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1. Proses Interkalasi baterai Lithium Ion ... 6 Gambar III.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk LiFePO4 dengan metode

Solid State ... 9 Gambar III.2 Diagram Alir Proses Pembuatan Serbuk LiFePO4 dengan metode

Kopresipitasi ... 10 Gambar III.3 Diagram Alir Proses Pembuatan Baterai Lithium ion ... 11 Gambar IV.1 Hasil serbuk LiFePO4 pada beberapa temperatur 600 oC, 700 oC dan

800 oC ... 14 Gambar IV.2 Hasil serbuk LiFePO4 pada temperatur 700 oC ... 14 Gambar IV.3 Grafik Hasil XRD temperatur 600°C, 700 °C dan 800 °C

lapisan katoda dengan membandingkan LiFePO4 teoritis... 15 Gambar IV.4 Grafik Kapasitas Pengisian (Charge) dengan nomor siklus ... 16 Gambar IV.5 Grafik Kapasitas Pengisian (Discharge) dengan nomor siklus ... 17

commit to user

ix

INTISARI

Bagas Surya Utama, Poerwoko Darmawan 2016, “Laporan Tugas Akhir Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan Lithium Ferro Phosphate

(LiFePO4) sebagai material katoda”. Program Studi Diploma III Teknik Kimia Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Material katoda yang sedang menjadi perhatian adalah senyawa lithium ferro phosphate (LiFePO4). Material ini sebagai material pembentuk katoda menunjukan bahwa keduanya memenuhi kriteria sebagai material katoda pada baterai lithium ion, dimana keduanya memiliki reversibility yang baik untuk pasangan redoks Fe3+/Fe2+. Oleh karena itu diperlukan bahan katoda lain yang lebih stabil dan lebih ramah lingkungan. Salah satu bahan katoda yang dapat menggantikan penggunaan LiCoO2 adalah LiFePO4 yang memiliki stabilitas yang baik dan ramah lingkungan.

Sintesis partikel Fe3O4 dengan bahan dasar pasir besi dilarutkan HCl (12 M) dan NH4OH (6,5 M) menggunakan metode kopresipitasi, kemudian didapat Fe2O3 dengan suhu 750 °C selama 5 jam setelah pemanasan. Fe2O3 tersebut dicampur dengan LiOH dan NH4H2PO4 untuk dipanaskan menggunakan alat furnace kembali agar menghasilkan LiFePO4 dengan suhu 700 °C selama 4 jam. Sintesis LiFePO4 dengan bahan dasar pasir besi kemudian dicampurkan LiOH dan NH4H2PO4 menggunakan ball mill dan selanjutnya dilanjutkan dengan metode solid state reaction dengan suhu variasi 600 °C, 700 °C dan 800 °C dengan pemanasan selama 4 jam menggunakan perbandingan mol berat antara Fe2O3, LiOH dan NH4H2PO4 adalah 1:2:2.

Hasil LiFePO4 dianalisa mengunakan XRD untuk mengetahui pembentukan LiFePO4 dan jenis kristal yang dihasilkan. Pengujian XRD dengan hasil LiFePO4 pada suhu pemanasan 600 °C, 700 °C dan 800 °C. Hasil analisa XRD ketiga pemanasan tersebut pada suhu 700 °C karena peak yang dihasilkan memiliki kesamaan dengan referensi JCPDS nomor 00-040-1499.

Pada pengujian battery analyzer diperoleh hasil bahwa kapasitas baterai tertinggi didapat pada suhu 700 °C yaitu sebesar 72,7 mAh/g pada kapasitas (siklus ke-2). Kapasitas terendah pada sampel 2 HCl dan NH4OH sebesar 18,9 mAh/g (siklus ke-5) dan efisiensi tertinggi terjadi pada sampel 1 HCl dan NH4OH yaitu sebesar 81,42 %.