LAPORAN TUGAS AKHIR PENGEMBANGAN BATERAI LITHIUM ION DENGAN MENGGUNAKAN ANODA CAMPURAN LITHIUM TITANAT (Li 4 Ti 5 O 12 ) - GRAFIT

Transkripsi

1 LAPORAN TUGAS AKHIR PENGEMBANGAN BATERAI LITHIUM ION DENGAN MENGGUNAKAN ANODA CAMPURAN LITHIUM TITANAT (Li 4 Ti 5 O 12 ) - GRAFIT Disusun Oleh: HILMAN MAULANA MA RUF I WAKID BUDIMAN I PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015

2 LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR Nama / NIM : 1. Hilman Maulana Ma ruf (I ) 2. Wakid Budiman (I ) Judul Tugas Akhir : Pengembangan Baterai Lithium ion dengan Menggunakan Anoda Campuran Lithium Titanat (Li 4 Ti )-grafit Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. Mengetahui, Ketua Program Studi DIII Teknik Kimia Surakarta, Agustus 2015 Dosen Pembimbing Mujtahid Kaaessina, S.T., M.T., Ph. D. NIP Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. NIP Dosen Penguji I Ir. Arif Jumari, M.Sc. NIP Dosen Penguji II Dr. Adrian Nur, S.T., M.T. NIP

3 LEMBAR KONSULTANSI Tugas Akhir Nama / NIM : 1. Hilman Maulana Ma ruf / I Wakid Budiman / I Judul Tugas Akhir : Pengembangan Baterai lithium ion dengan Menggunakan Anoda Campuran Lithium Titanat (Li 4 Ti 5 O 12 )-grafit Tanggal Mulai Bimbingan : Pembimbing : Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T. No Tanggal Konsultasi Paraf Keterangan Jumlah konsultasi dengan masing-masing pembimbing minimal sebanyak 8 kali untuk dapat dinyatakan selesai. Dinyatakan selesai Tanggal : Dosen Pembimbing Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T. NIP

4 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 Tiga Teknik Kimia Uniersitas 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 Kaaesina S.T., M.T., Ph.D selaku Ketua 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 2012 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, Juli 2015 Penyusun

5 DAFTAR ISI Halaman Judul... i Lembar Pengesahan... ii Lembar Konsultasi... iii Kata Pengantar... i Daftar Isi... Daftar Tabel... ii Daftar Gambar... iii Intisari... ix BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah... 1 I.2 Rumusan Masalah... 3 I.3 Tujuan... 3 I.4 Manfaat... 3 BAB II LANDASAN TEORI II.1 Tinjauan Pustaka... 4 II.1.1 Baterai Lithium ion... 5 II.1.2 Komponen Baterai Lithium... 5 II.1.3 Lithium titanat (Li 4 Ti 5 O12)... 6 II.1.4 Grafit... 7 II.1.5 Acetylene Black... 7 II.1.4 Elektrolit LiPF II.1.5 Metode Doctor Blade... 8 II.2 Kerangka Pemikiran... 9 BAB III METODOLOGI III.1 Alat dan Bahan III.2 Gambar Rangkaian Alat III.3 Lokasi III.4 Cara Kerja BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Hasil Percobaan IV.2 Hasil Analisa charge-discharge... 19

6 BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan V.2 Saran Daftar Pustaka... xi Lampiran... L-1

7 DAFTAR TABEL Tabel IV.1 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus Sebesar 1C, 2C, dan 3C Tabel IV.2 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus Sebesar 1C Tabel IV.3 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan arus sebesar 2C Tabel IV.4 Hasil pengujian Charge-Discharge dengan Arus sebesar 3C... 22

8 DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Perpindahan ion lithium dari katoda ke anoda... 4 Gambar II.2 Kedudukan atom-atom dalam 2 subsel unit kubik dari struktur spinel Li 4 Ti 5 O Gambar II.3 Diagram Alir Proses Persiapan Lembaran Anoda... 9 Gambar II.4 Diagram Alir Proses Pembuatan dan Analisa Sel Baterai... 9 Gambar III.1 Rangkaian Alat Gambar III.2 Tampilan Perintah Channel Display Gambar IV.1 Baterai Lithium Hasil Percobaan Gambar IV.2 Pengujian Charge-Discharge dengan Eight Channel Battery Analyzer Gambar IV.3 Grafik Hubungan antara Arus Charge-Discharge (C) dengan Kapasitas Discharge (mah)... 20

9 INTISARI Hilman Maulana Ma ruf, Wakid Budiman 2015, Laporan Tugas Akhir Pengembangan Baterai Lithium Ion dengan Menggunakan Anoda Campuran Litium Titanat (Li 4 Ti 5 O 12 )-Grafit. Program Studi Diploma III Teknik Kimia Fakultas Teknik. Uniersitas Sebelas Maret Surakarta. Perkembangan baterai lithium ion sekarang ini sedang menjadi perhatian karena aplikasinya yang semakin meluas pada berbagai macam peralatan elektronik portabel dan mobil elektrik. Berbagai upaya telah banyak dilakukan untuk meningkatkan performa baterai lithium ion salah satunya dengan mencoba mengganti material elekroda anoda. Kebanyakan baterai lithium ion komersil menggunakan anoda grafit. Namun, grafit juga memiliki kelemahan yaitu tidak mampu diaplikasikan dalam kondisi arus tinggi (>4C). Litium titanat (Li 4 Ti 5 O 12 ) dapat menjadi anoda yang mampu mengurangi kelemahan tersebut. Selain itu Li 4 Ti 5 O 12 juga memiliki keamanan yang tinggi dan waktu hidup yang lama. Pembuatan baterai litium ion dengan anoda campuran litium titanat-grafit tipe silinder dibuat dengan metode doctor blade. Elektroda anoda dibuat dengan mencampur material anoda sebanyak 8,8x3 gram yang dicampur dengan asetilen carbon black sebanyak 1,2 x 3 gram lalu dihaluskan dengan ballmill selama 30 menit. Setelah dihaluskan bahan tersebut ditambah dengan 14,6 x 3 gram poliinilidene flouride yang sudah dilarutkan dalam NMP dengan perbandingan PVDF:NMP = 1:10. Campuran bahan-bahan tersebut dimasukkan dalam acuum mixer agar homogen selama 1 jam. Hasilnya berupa slurry yang kemudian dilapiskan pada lembaran tembaga untuk membuat lapisan film anoda dengan ketebalan 150 µm. Film anoda kemudian di press dan dipotong dengan ukuran 40 cm x 5,5 cm lalu ditimbang dan dicatat beratnya. Film anoda selanjutnya digulung sebagai komponen anoda baterai lithium dengan katoda LiFePO 4. Persentase litium titanat yang digunakan sebagai campuran pada anoda Baterai yaitu 30%,40%,60%,75%. Baterai yang berhasil dibuat kemudian dilakukan pengujian charge-discharge capacity. Pada percobaan ini pengujian charge-discharge menggunakan arus sebesar 300 ma sebagai pengujian awal kemudian dilanjutkan dengan arus sebesar 1C,2C dan 3C dengan menggunakan eight channel baterai analizer untuk mengetahui performa baterai lthium. Anoda dengan grafit murni dipakai sebagai pembanding. Dari hasil pengujian chargedischarge pada arus 2C dan 3C menunjukkan semakin tinggi kadar litium titanat kehilangan kapasitasnya semakin kecil. Produksi baterai lithium perhari sebanyak 50 buah dengan harga jual perbuah sebesar Rp harga jual tersebut menghasilkan keuntungan Rp per buah dengan pay out time sebesar 3163 hari.