PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE

Transkripsi

1 PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SKRIPSI YUNI AULIA UMI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains YUNI AULIA UMI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

3 PERNYATAAN PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Agustus 2015 Yuni Aulia Umi

4 PENGHARGAAN Niscaya Allah akan meninggikan Orang-orang yang beriman diantara Kamu dan orang-orang yang diberi Ilmu pengetahuan beberapa derajat (QS. Al-Mujadillah: 11) Alhamdulillah, pujian tertinggi dilafazkan dalam ungkapan syukur tak terkira, kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam, Yang telah menurunkan AlQur an sebagai petunjuk dan sumber ilmu pengetahuan bagi orang-orang yang berpikir. Salam teruntuk Baginda Rasulullah SAW, sang teladan terbaik, pemimpin yang cerdas dan menginspirasi ummat dalam mengembangkan potensi agar tercapai kemaslahatan melalui ilmu pengetahuan. Paper sederhana ini dapat diwujudkan karena adanya dukungan dan fasilitas dari berbagai pihak, maka penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih kepada: 1. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku Sekretaris Departemen Fisika, dan seluruh staf pengajar beserta pegawai administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada penulis selama perkuliahan. 2. Drs. Fauzi, MS. Selaku dosen pembimbing I yang telah banyak membimbing, memberikan masukan, arahan, dan membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Fadli Rohman, M.Si. Selaku dosen pembimbing II di Pusat Penelitian Fisika LIPI, yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan masukan, arahan dan membantu penulis menghadapi berbagai hambatan selama penelitian. 4. Keluarga baru di Serpong, Bu Neneng, teteh Ilma izma dan Kak Ina yang telah menjaga dan merawat penulis selama penelitian. 5. Sahabat-sahabat seperjuangan : Khairani Nasution, Meilia krisanti, Kartika Sari, Suci Purnama Sari, Shelly Maharani, Leny Daulay, Sri Rakhmawati, Elma Riska, Wiriya Sasmita dan Trimala Sari, terima kasih untuk dukungan dan semangatnya, untuk doa dan

5 tegurannya, untuk terus bersama dalam lelahnya perjuangan dan untuk terus menjadi keluarga bagi penulis. 6. Sahabat-sahabat Stambuk 2011 khususnya Fauzi, Ichsan, Dhina, Dea, Fahmi, Adimas, Zikri untuk semangat dan doanya. 7. Adik-adik kos, Lili, Alya, Samsi dan Sefrina atas doa dan semangatnya. 8. Orang tersayang Misdi yang telah memberikan semangat, perhatian dukungan, dan doa kepada penulis. Terakhir, ungkapan terima kasih yang tak berbilang kepada orang orang tercinta, Bapak Agus suharno, Ibu Suryati, serta kedua adik ku Dian Kesuma dan Nur Azizah, untuk segala doa, pengorbanan, kasih sayang, dukungan dan semangat, karya sederhana ini aku persembahkan untuk kalian. Tersebab sadar akan keterbatasan diri, masukan dan pengembangan lanjutan akan hasil penelitian ini diharapkan hadir sebagai proses perkembangan ilmu pengetahuan. Harapan sederhana, semoga teriring manfaat dalam tulisan ini. Penulis Yuni Aulia Umi

6 PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) ABSTRAK Salah satu sistem penyimpanan energi terbarukan yang banyak digunakan adalah rechargeable lithium ion battery. Pada rechargeable lithium ion battery terdapat empat bagian utama yang salah satunya adalah bagian anoda. Material anoda yang dipakai yaitu grafit alam. Maka, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) terhadap performa baterai. Bahasan utama dalam penelitian ini adalah menganalisa pengaruh variasi pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) dengan material aktif 37,5%, 33,3% dan 30% untuk melihat kapasitas baterai dari grafit alam. Identifikasi fasa yang terbentuk dilakukan dengan XRD, struktur mikro dan ukuran partikel dengan SEM, kapasitas baterai dengan uji charge/discharge, reaksi reduksi dan oksidasi dengan uji cyclic voltammetry. Hasil galvanostatic charge/discharge didapatkan hasil terbaik pada persentase perbandingan berat material aktif natural grafit dengan pelarut DMAC 30% dengan kapasitas charge 1,9 mah dan kapasitas discharge 1,9 mah pada cycle ke tiga dengan kapasitas spesifik 31,6 mah/g. Kata kunci : Baterai ion lithium, grafit alam, kapasitas charge, kapasitas discharge, kapasitas spesifikasi.

7 PREPARATION LITHIUM ION BATTERY USING NATURAL GRAPHITE (NG) AS AN ANODE ACTIVE MATERIAL WITH VARIATION IN WEIGHT FRACTION OF N, N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SOLVENT ABSTRACT One of the renewable energy storage system that is widely used is a rechargeable lithium ion battery. Rechrgeable in the lithium ion battery the are four main parts,one of the main parts is anode. In this research anode active material is using by natural graphite. Thus, this astudy aims to determine the effect N,N dimethyl acetamide (DMAC) solvent to the battery performance.the main discussion of this study was to analyzed the efect of varision N,N dimethyl Acetamide (DMAC) solvent to the active material by 37,5 %, 33,3%, 30% to see the performance battery based natural graphite. identification characterization of natural graphite of using XRD and SEM, capacity in battery is testing by charge/discharge test and cycic voltammetry test. The result of charge/discharge test obtaned the best in the 30% weight percentage solvent DMAC, when charge capacity of in 1,9 mah and discharge capacity of in 1,9 mah in the third cycle with specification capacity 31,6 mah/g. Keywords: Lithium ion battery, natural graphite, charge capacity, discharge capacity, specification capacity.

8 DAFTAR ISI Halaman Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Grafik Daftar Lampiran i ii iii v vi vii ix x xi xii BAB 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan 4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA Baterai Pengertian Baterai Jenis-jenis Baterai Baterai Ion Lithium 7

9 2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium Bagian Utama pada Lithium Ion Battery Prinsip Kerja Baterai Lithium Karbon Sebagai Bahan Anoda Grafit Bahan Katoda Untuk Baterai Lithium Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) Komponen Tambahan Penyusun Anoda Baterai Binder Polyvinilidene Flouride (PVDF) Zat aditif Acetylene Black (AB) Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) Prosedur Pengujian Analisa Struktur kristal dengan XRD Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopi) Pengujian Charge-Discharge Pengujian Cyclic Voltammetry 21 BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Peralatan dan Bahan Peralatan Bahan Variabel penelitian Prosedur Penelitian Diagram alir Penyiapan Serbuk Grafit Alam 27

10 3.4.3 Pembuatan Slury Pembuatan Lembaran Anoda Calendering dan Pemotongan Lembaran Anoda NG Asembly Baterai 29 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Lembaran Anoda Berbasis NG Baterai Lithium Analisa XRD Analisa SEM Analisa Cyclic Voltammetry Analisa Charge-discharge 38 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 46 DAFAR PUSTAKA 47

11 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel Tabel 2.1 Beberapa Material yang Dipakai Untuk Anoda 8 Tabel 2.2 Beberapa Material yang Dipakai Untuk katoda 9 Tabel 3.1 Komposisi Pencampuran Bahan Baku 25 Tabel 4.1 Parameter pada sampel sel anoda NG kalsinasi dan NG tanpa 31 Kalsinasi Tabel 4.2 Analisa struktur kristal untuk NG tanpa kalsinasi 33 Tabel 4.3 Hasil Peak list graphite 33 Tabel 4.4 Hubungan hasil charge-discharge dan cyclic voltammetry 38 Tabel 4.5 Performa baterai pada charge-discharge siklus pertama 43 Tabel 4.6 Performa baterai pada charge-discharge siklus kedua 43 Tabel 4.7 Performa baterai pada charge-discharge siklus ketiga 44

12 DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar Gambar 2.1 Proses Charging Pada Baterai Lithium 11 Gambar 2.2 Proses Discharging Pada Baterai Lithium 11 Gambar 2.3 Grafit yang Dibentuk oleh Tumpukan Lembaran Graphene 14 Gambar 2.4 Struktur Kimia PVDF 16 Gambar 2.5 Difraksi sinar-x oleh atom-atom pada bidang kristal 18 Gambar 2.6 Diagram SEM 20 Gambar 2.7 Sinyal Eksitasi Untuk Voltametri Siklik 22 Gambar 2.8 Voltamogram 22 Gambar 3.1 Lembaran Anoda Natural Graphite yang Dikeringkan 28 Gambar 3.2 Desain Lembaran Anoda Natural Graphite 28 Gambar 4.1 Foto SEM Morfologi Natural Graphite 34

13 DAFTAR GRAFIK Nomor Judul Halaman Grafik Grafik 4.1 Grafik hubungan sudut difraksi (2θ( )) terhadap Intensitas (Cps) 32 Pada hasil XRD natural graphite Grafik 4.2 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (ma) pada 35 hasil uji Cyclic voltammetry Sampel A Grafik 4.3 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (ma) pada 36 hasil uji Cyclic voltammetry Sampel B Grafik 4.4 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (ma) pada 37 hasil uji Cyclic voltammetry Sampel C Garfik 4.5 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (ma) pada 37 hasil uji Cyclic voltammetry Sampel D Grafik 4.6 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mah) terhadap 39 Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel A Grafik 4.7 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mah) terhadap 40 Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge Sampel B Grafik 4.8 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mah) terhadap 41 Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel C Grafik 4.9 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mah) terhadap 42 Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel D

14 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran Judul Halaman LAMPIRAN A Bahan dan alat percobaan 49 LAMPIRAN B Proses Pembuatan Baterai Lithium Prismatik 54 LAMPIRAN C Pengujian Serbuk 56 LAMPIRAN D Pengujian Performa Baterai 62 LAMPIRAN E Perhitungan Komposisi Sampel dan Analisa 68