LAPORAN TUGAS AKHIR PEMANFAATAN PASIR BESI UNTUK BAHAN PEMBUATAN LITHIUM FERRO PHOSPHATE (LiFePO4) 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 2016 i
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR Nama / NIM : 1. Bagas Surya Utama (I8313009) 2. Poerwoko Darmawan (I8313043) Judul Tugas Akhir : Pemanfaatan pasir besi untuk bahan pembuatan Lithium Ferro Phosphate (LiFePO4) sebagai material katoda. Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. Mengetahui, Kepala Program Studi DIII Teknik Kimia Surakarta, Juli 2016 Dosen Pembimbing Mujtahid Kaavessina, S.T., M.T., Ph. D. NIP. 19790924 200312 1 002 Dr. Eng. Agus Purwanto, S.T., M.T. NIP. 19750411 199903 1 001 Dosen Penguji I Ir. Arif Jumari, M.Sc. NIP.19650315 199702 1 001 Dosen Penguji II Inayati, S.T., M.T., Ph.D. NIP. 19710829 199903 2 001 ii
LEMBAR KONSULTANSI Tugas Akhir Nama / NIM : 1. Bagas Surya Utama / I 8313009 2. Poerwoko Darmawan / I 8313043 Judul Tugas Akhir : Pemanfaatan Pasir Besi untuk bahan pembuatan Lithium Ferro Phosphate (LiFePO4) sebagai material katoda Tanggal Mulai Bimbingan : Pembimbing : Dr. Eng. Agus Purwanto S.T., M.T. No Tanggal Konsultasi Paraf Keterangan Mahasiswa Dosen 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. 19750411 199903 1 001 001 iii
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 Penyusun iv
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 IV.2 Hasil Analisa XRD... 14 v
IV.3. Uji Kapasitas Charge dan Discharge... 16 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 18 V.1. Kesimpulan... 18 V.2. Saran... 18 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi
DAFTAR TABEL Tabel IV.1 Kapasitas Charge dan Discharge pada Baterai Li-Ion dari hasil LiFePO4... 16 vii
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 o C, 700 o C dan 800 o C... 14 Gambar IV.2 Hasil serbuk LiFePO4 pada temperatur 700 o C... 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 viii
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 Fe 3+ /Fe 2+. 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 %. ix