BAB 1 PENDAHULUAN. Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi tidak akan lepas dari kehidupan manusia. Penyimpanan energi telah dan akan terus menjadi salah satu yang paling penting dalam teknologi karena konsumsi energi terus meningkat. Salah satu alasan meningkatrnya konsumsi energi adalah karena meningkatnya penggunaan perangkat elektronik portabel.konsumsi energi yang semakin meningkat menyebabkan sumber energi semakin menipis.oleh karena itu perlu adanya sumber energi alternatif. Salah satu upaya sumber energi alternatif adalah dengan caramengembangkan baterai. Baterai sebagai penyimpanan energi merupakan pendukung utama dalam aplikasi energi baru dan terbarukan yang saat ini sedang dikembangkan di Indonesia.Diantara banyak jenis baterai isi ulang, baterai ion lithium dinilai sebagai pilihan solusi terbaik untuk sumber energi alternatif karena baterai ion lithium memiliki kapasitas yang tinggi ( mah/g), ramah lingkungan dan memiliki lifecycle panjang ( siklus) (Armand, 2008), tidak ada memory effect sehingga kapasitas baterai relatif konstan/tetap, kapasitas listrik dan tegangannya besar, sehingga memiliki kebebasan yang lebih luas untuk pemilihan material yang lebih ramah lingkungan sebagai material pembentuknya (Linden, 2002). Baterai ion lithium terdiri dari empat komponen utama yaitu katoda, anoda, seperator dan elektrolit.pada proses pemakaian listrik (discharge) elektron dari anoda mengalir ke katoda melalui luar sistem rangkaian sedangkan ion lithium yang berada pada sistem (di dalam baterai) lepas dari anoda karena kekurangan elektron dan berpindah menuju katoda melalui elektrolit. Pada proses pengisian (charge), elektron dari katoda mengalir menuju anoda sedangkan ion lithium dalam sistem berpindah dari katoda menuju anoda melalui elektrolit dan separator yang terletak di antara anoda dan katoda berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda.

2 Pada komponen katoda material aktif, material katoda yang pertama digunakan pada baterai ion lithium adalah LiCoO 2. Kemudian muncul materialmaterial katoda lain seperti LiNiO 2, LiMnO 4, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, dan LiFePO 4. LiFePO 4 baru-baru ini secara ekstensif dipelajari sebagai material katoda untuk baterai ion lithium karena kapasitas teoritis tinggi (170 mah/g), stabil,murah karena bahan dasarnya (besi) melimpah di alam, tidak memiliki memory effect dan ramah lingkungan. (Padhi dkk, 1997).Namun material ini memiliki kekurangan yaitu konduktivitas elektronik dan koefisien difusi ion lithiumnya yang rendah dan juga memiliki konduktivitas listrik yang rendah (10-9 Scm -1 ) (Anies, 2011). Material katoda harus memiliki kapasitas spesifik yang tinggi dan harus bersifat ionik konduktif dan elektronik konduktif. Hal ini berkaitan dengan peristiwa menerima dan melepas elektron pada proses elektrokimia, sehingga diperlukan material katoda dengan konduktivitas listrik yang tinggi. Konduktivitas listrik yang tinggi merupakan salah satu indikator bahwa material yang digunakan memenuhi persyaratan sebagai bahan baterai (Triwibowo, 2011). Untuk menghasilkan baterai dengan kapasitas tinggi, salah satu kriteria yang harus dimiliki lembaran katoda yaitu laminate merekat sempurna pada lembaran (tidak mudah rontok). Hal ini sangat berkaitan dengan suhu dan waktu pencampuran pada pembuatan slurry katoda LiFePO 4 serta suhu pengeringan pada lembaran katoda yang dihasilkan. Dimana suhu dan waktu pencampuran yang baik akan menghasilkan slurry yang memiliki kehomogenitas tinggi sehingga lembaran yang dihasilkan akan optimal. Dan dengan suhu pengeringan yang baik maka lembaran akan merekat sempurna dan tidak mudah terlepas dari alumunium foil nya sehingga kapasitas yang akan dihasilkan tinggi. Penelitian ini membuat baterai coincell dengan bahan LiFePO4 : Super P : PVDF dengan komposisi 85 : 10 : 5 dan ketebalancoating 150 μm dengan variasi suhu dan waktu pencampuran pada saat pembuatan slurry serta variasi suhu pengeringan untuk melihat morfologi dari lembar katoda LiFePO 4 dan pengaruh kapasitas discharge pada baterai ion lithium.untuk itu penelitian ini diberi judul Pengaruh Variasi Waktu dan Suhu Pencampuran serta Suhu Pengeringan pada Lembar Katoda LiFePO 4 terhadap Kapasitas Baterai Ion Lithium.

3 1.2 Rumusan Masalah Untuk menghasilkan baterai coin cell yang memiliki kapasitas discharge tinggi, maka perumusan masalah pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana morfologi dari lembaran katoda LiFePO 4 yang dihasilkan terhadap kapasitas discharge baterai ion lithium? 2. Bagaimana pengaruh variasi waktu dan suhu pencampuran saat pembuatanslurry pada lembaran katoda LiFePO discharge baterai ion lithium? 3. Bagaimana pengaruh variasi suhu pengeringan pada lembaran katoda LiFePO4 terhadapkapasitas discharge baterai ion lithium? 4 terhadap kapasitas 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : 1. Pembuatan material katoda merupakan campuran dari LiFePO 4 sebagai material aktif, Super P sebagai zat aditif, PVDF sebagai matriks dan DMAC sebagai pelarut. Perbandingan komposisi antara LiFePO 4 : Super P : PVDF yaitu 85 : 10 : 5 dengan DMAC 20 ml pada saat pembuatan slurry. 2. Membuat slurry dengan variasi waktu pencampuran 3 jam, 5 jam dan 7 jam pada suhu ruangan (29 C) dan variasi suhu pencampuran 29 C, 50 C dan 60 C dengan waktu pencampuran selama 5 jam dan dikeringkan dengan suhu 120 C selama 3 jam. 3. Membuat lembaran katoda LiFePO 4 dengan variasi suhu pengeringan 80 C, 100 C dan 120 C selama 3 jam. 4. Membuat baterai coin cell dengan bahan katoda LiFePO sebagai anoda serta LiPF6 sebagai elektrolit. 5. Pengujian karakteristik serbuk LiFePO4 dengan XRD dan lembaran katoda LiFePO 4 dengan mikroskop optik dan SEM-EDX serta pengujian kapasitas discharge baterai dengan charge/discharge. 4 dan lithium metal

4 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk menghasilkan lembaran katoda LiFePO 4 yang akan dimanfaatkan sebagai bahan dalam pembuatan baterai ion lithium. 2. Untuk mengetahui pengaruh variasi suhu dan waktupencampuran pada pembuatanslurry katoda LiFePO4terhadap kapasitas discharge baterai ion lithium. 3. Untuk mengetahui pengaruh variasi suhu pengeringan pada lembaran katoda LiFePO4 terhadap kapasitas discharge baterai ion lithium. 1.5 Manfaat Penelitian. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif terhadap: 1. Memberikan informasi ilmiah mengenai cara pembuatan lembaran katoda dengan material aktif LiFePO 4, zat aditif adalah Super P dan PVDF sebagai matriks. 2. Menghasilkan lembaran katoda LiFePO4 yang akan dimanfaatkan sebagai bahan dalam pembuatan baterai ion lithium.

5 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 TinjauanPustaka Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengembilan data, analisa data serta pembahasan. Bab 3 MetodologiPenelitian Bab ini membahas tentang rancangan penelitian, tempat dan waktu penelitian, peralatan dan bahan penelitian, prosedur penelitian serta diagram alir penelitian. Bab 4 Hasil dan PembahasanPenelitian 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.