Pembuatan Lembaran Katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4 C dengan Variasi Suhu Pengeringan
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan akan energi terus berkembang seiring dengan kemajuan teknologi dan
kebutuhan manusia akan teknologi tersebut. Maka penelitian dan pengembangan
terhadap segala sesuatu yang berkaitan dengan sumber energi terus mengalami
perkembangan. Pengembangan energi terbarukan baik sebagai pembangkit listrik,
transportasi maupun perangkat elektronik membutuhkan perangkat penyimpanan
energi berkapasitas besar, ringan , bahan baku mudah diperoleh,ekonomis dan
ramah lingkungan.
Baterai lithium merupakan piranti penyimpanan energi yang saat ini
banyak menjadi bahan penelitian karena mempunyai kapasitas penyimpanan yang
optimal. Baterai lithium mempunyai optimasi pemakaian sampai 80 % dari
kemampuannya, ringan, tidak ada memory effect dan tahan lama. (Linden,2002).
Pengaplikasian baterai lithium sekarang sering digunakan dalam perangkat
elektronik portabel, 57,4% pada ponsel, 31,5% pada komputer notebook dan 7,4%
pada kamera. Aplikasi baterai ion Li juga telah dikembangkan pada bidang
lainnya, termasuk kendaraan listrik hibrida, aplikasi ruang angkasa, kendaraan
militer dan lainnya ( Wu, 2011 ).
Pemilihan material katoda yang tepat sangat penting dalam pembuatan
lembaran katoda baterai lithium ion serta perlakuan yang khusus akan dihasilkan
baterai lithium dengan kapasitas tinggi, ramah lingkungan dan ekonomis. Baterai
lithium yang mudah ditemui saat ini memiliki bahan katoda dari LiCoO2 dan
LiMn2O4. LiCoO2 memiliki kapasitas tertinggi ( 275 mAh/g) ( Linden,2002).
Namun demikian, LiCoO2 tidak ramah lingkungan karena mengandung
logam berat, mudah menghasilkan gas O2 sehingga mudah terbakar. Hal ini tidak
memenuhi syarat untuk diaplikasikan pada kendaraan listrik. Material katoda
lainnya yang sedang banyak dilakukan penelitian salah satunya adalah senyawa
phosphate (LiMPO4). Contoh dari senyawa ini adalah LiFePO4. Alasan pemilihan
LiFePO4 sebagai material aktif katoda karena memiliki banyak keunggulan
Universitas Sumatera Utara
dibandingkan material katoda lain diantaranya seperti biaya pembuatan lebih
murah karena bahan pembentuknya mudah didapatkan dialam, tidak beracun,
kapasitas sedang (170 mAh/g), sangat reaktif, densitas energi yang tinggi, dan
ramah lingkungan ( Padhi, 2002 ). Namun material katoda LiFePO4 hanya
memiliki tegangan sel 3,5 V dan konduktifitas rendah yaitu 10-9 S/cm.Kelemahan
ini dapat diatasi dengan melakukan penambahan unsur lain. (Triwibowo,2011)
Senyawa phosphate lainnya adalah LiMnPO4 dan LiNiPO4.Material ini
dilaporkan mampu menghasilkan voltase yang tinggi, yaitu masing-masing 4,1
dan 5 V, lebih tinggi dibandingkan LiFePO4 (3.5 V).(Sanusi, 2010). Berdasarkan
uraian diatas, dilakukan penelitian pembuatan lembaran katoda dengan variasi
suhu pengeringan. Pemilihan material katoda pada penelitian ini yaitu serbuk
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C yang merupakan paduan LiFePO4, LiMnPO4 dan
LiNiPO4. Material katoda dengan senyawa LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C berhasil
disintesa oleh Elma (2015) melalui metalurgi serbuk. Diharapkan menghasilkan
voltase yang cukup tinggi. Dengan tingginya voltase yang dihasilkan dapat
mengurangi jumlah baterai yang dibutuhkan. Dalam proses pembuatan lembaran
elektroda ada beberapa parameter yang harus diperhatikan seperti komposisi
bahan, viskositas slurry,lama pemanasan dan suhu pengeringan. Parameterparameter ini yang mempengaruhi karakteristik lembaran elektroda.(Padhi,1997)
Dilakukan variasi suhu pengeringan diharapkan dapat diketahui suhu
optimal pada proses pembuatan lembaran dan melihat pengaruh suhu terhadap
kualitas lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C.Karakterisasi lembaran yang
digunakan dalam penelitian ini dengan alat SEM dan untuk mengetahui performa
lembaran LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C sebagai katoda baterai lithium ion dibentuk
dalam coin cell dengan anoda lithium metal dan LiPF6 sebagai elektrolit dan diuji
dengan alat Electrochemical Impedance Spectrometry, cyclic voltammetry dan
charge/discharge
1.2. Perumusan Masalah
Permasalahan penelitian ini adalah untuk mengefisiensikan jumlah baterai lithium
ion yang digunakan maka dilakukan pembuatan lembaran katoda dengan material
aktif serbuk LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan perlakuan variasi suhu pengeringan.
Universitas Sumatera Utara
Sehingga nantinya dihasilkan lembaran katoda yang dapat meningkatkan
performa dari sel baterai lithium ion.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui dan menganalisis serbuk material aktif LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
sebagai bahan baku pembuatan lembaran katoda terhadap tegangan sel
baterai lithium ion.
2. Mengetahui dan menganalisis pengaruh suhu pengeringan dalam
pembuatan lembaran katoda terhadap karakteristik morfologi lembaran
katoda.
3. Mengetahui dan menganalis performa elektrokimia sel baterai pada katoda
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
dengan
kurva
Electrochemical
Impedance
Spectrometry, cyclic voltammetry dan charge-discharge.
1.4. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif terhadap
pengembangan baterai lithium ion diantaranya :
1. Memberikan
informasi
ilmiah
cara
pembuatan
lembaran
katoda
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C.
2. Mendapatkan suhu pengeringan optimal pada pembuatan lembaran katoda
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C.
3. Memberikan
informasi
sebagai
pengembangan
pengetahuan
pada
penelitian lanjutan khususnya bidang material energi terbarukan.
1.5. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Variasi suhu pengeringan lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C yaitu
60oC,70oC dan 80oC.
2. Karakterisasi lembaran dilakukan pengujian dengan alat SEM dan uji
performa baterai coin cell dengan alat Electrochemical Impedance
Spectrometry, Cyclic Voltammetry dan Charge/Discharge.
Universitas Sumatera Utara
1.6. Sistematika 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
pengembilan 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
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kebutuhan akan energi terus berkembang seiring dengan kemajuan teknologi dan
kebutuhan manusia akan teknologi tersebut. Maka penelitian dan pengembangan
terhadap segala sesuatu yang berkaitan dengan sumber energi terus mengalami
perkembangan. Pengembangan energi terbarukan baik sebagai pembangkit listrik,
transportasi maupun perangkat elektronik membutuhkan perangkat penyimpanan
energi berkapasitas besar, ringan , bahan baku mudah diperoleh,ekonomis dan
ramah lingkungan.
Baterai lithium merupakan piranti penyimpanan energi yang saat ini
banyak menjadi bahan penelitian karena mempunyai kapasitas penyimpanan yang
optimal. Baterai lithium mempunyai optimasi pemakaian sampai 80 % dari
kemampuannya, ringan, tidak ada memory effect dan tahan lama. (Linden,2002).
Pengaplikasian baterai lithium sekarang sering digunakan dalam perangkat
elektronik portabel, 57,4% pada ponsel, 31,5% pada komputer notebook dan 7,4%
pada kamera. Aplikasi baterai ion Li juga telah dikembangkan pada bidang
lainnya, termasuk kendaraan listrik hibrida, aplikasi ruang angkasa, kendaraan
militer dan lainnya ( Wu, 2011 ).
Pemilihan material katoda yang tepat sangat penting dalam pembuatan
lembaran katoda baterai lithium ion serta perlakuan yang khusus akan dihasilkan
baterai lithium dengan kapasitas tinggi, ramah lingkungan dan ekonomis. Baterai
lithium yang mudah ditemui saat ini memiliki bahan katoda dari LiCoO2 dan
LiMn2O4. LiCoO2 memiliki kapasitas tertinggi ( 275 mAh/g) ( Linden,2002).
Namun demikian, LiCoO2 tidak ramah lingkungan karena mengandung
logam berat, mudah menghasilkan gas O2 sehingga mudah terbakar. Hal ini tidak
memenuhi syarat untuk diaplikasikan pada kendaraan listrik. Material katoda
lainnya yang sedang banyak dilakukan penelitian salah satunya adalah senyawa
phosphate (LiMPO4). Contoh dari senyawa ini adalah LiFePO4. Alasan pemilihan
LiFePO4 sebagai material aktif katoda karena memiliki banyak keunggulan
Universitas Sumatera Utara
dibandingkan material katoda lain diantaranya seperti biaya pembuatan lebih
murah karena bahan pembentuknya mudah didapatkan dialam, tidak beracun,
kapasitas sedang (170 mAh/g), sangat reaktif, densitas energi yang tinggi, dan
ramah lingkungan ( Padhi, 2002 ). Namun material katoda LiFePO4 hanya
memiliki tegangan sel 3,5 V dan konduktifitas rendah yaitu 10-9 S/cm.Kelemahan
ini dapat diatasi dengan melakukan penambahan unsur lain. (Triwibowo,2011)
Senyawa phosphate lainnya adalah LiMnPO4 dan LiNiPO4.Material ini
dilaporkan mampu menghasilkan voltase yang tinggi, yaitu masing-masing 4,1
dan 5 V, lebih tinggi dibandingkan LiFePO4 (3.5 V).(Sanusi, 2010). Berdasarkan
uraian diatas, dilakukan penelitian pembuatan lembaran katoda dengan variasi
suhu pengeringan. Pemilihan material katoda pada penelitian ini yaitu serbuk
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C yang merupakan paduan LiFePO4, LiMnPO4 dan
LiNiPO4. Material katoda dengan senyawa LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C berhasil
disintesa oleh Elma (2015) melalui metalurgi serbuk. Diharapkan menghasilkan
voltase yang cukup tinggi. Dengan tingginya voltase yang dihasilkan dapat
mengurangi jumlah baterai yang dibutuhkan. Dalam proses pembuatan lembaran
elektroda ada beberapa parameter yang harus diperhatikan seperti komposisi
bahan, viskositas slurry,lama pemanasan dan suhu pengeringan. Parameterparameter ini yang mempengaruhi karakteristik lembaran elektroda.(Padhi,1997)
Dilakukan variasi suhu pengeringan diharapkan dapat diketahui suhu
optimal pada proses pembuatan lembaran dan melihat pengaruh suhu terhadap
kualitas lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C.Karakterisasi lembaran yang
digunakan dalam penelitian ini dengan alat SEM dan untuk mengetahui performa
lembaran LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C sebagai katoda baterai lithium ion dibentuk
dalam coin cell dengan anoda lithium metal dan LiPF6 sebagai elektrolit dan diuji
dengan alat Electrochemical Impedance Spectrometry, cyclic voltammetry dan
charge/discharge
1.2. Perumusan Masalah
Permasalahan penelitian ini adalah untuk mengefisiensikan jumlah baterai lithium
ion yang digunakan maka dilakukan pembuatan lembaran katoda dengan material
aktif serbuk LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C dengan perlakuan variasi suhu pengeringan.
Universitas Sumatera Utara
Sehingga nantinya dihasilkan lembaran katoda yang dapat meningkatkan
performa dari sel baterai lithium ion.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui dan menganalisis serbuk material aktif LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
sebagai bahan baku pembuatan lembaran katoda terhadap tegangan sel
baterai lithium ion.
2. Mengetahui dan menganalisis pengaruh suhu pengeringan dalam
pembuatan lembaran katoda terhadap karakteristik morfologi lembaran
katoda.
3. Mengetahui dan menganalis performa elektrokimia sel baterai pada katoda
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C
dengan
kurva
Electrochemical
Impedance
Spectrometry, cyclic voltammetry dan charge-discharge.
1.4. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif terhadap
pengembangan baterai lithium ion diantaranya :
1. Memberikan
informasi
ilmiah
cara
pembuatan
lembaran
katoda
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C.
2. Mendapatkan suhu pengeringan optimal pada pembuatan lembaran katoda
LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C.
3. Memberikan
informasi
sebagai
pengembangan
pengetahuan
pada
penelitian lanjutan khususnya bidang material energi terbarukan.
1.5. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Variasi suhu pengeringan lembaran katoda LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C yaitu
60oC,70oC dan 80oC.
2. Karakterisasi lembaran dilakukan pengujian dengan alat SEM dan uji
performa baterai coin cell dengan alat Electrochemical Impedance
Spectrometry, Cyclic Voltammetry dan Charge/Discharge.
Universitas Sumatera Utara
1.6. Sistematika 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
pengembilan 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