BAB 5: KESIMPULAN DAN SARAN
4.5. Analisis Hasil Pengujian BET Semua Sampel LTO
Pengujian BET dilakukan di laboratorium Departemen Teknik Metalurgi dan Material FTUI menggunakan mesin Quantachrome Novawin. Khusus untuk pengujian BET, sebelum pengujian dilakukan ball milling pada sampel yang telah disintering. Perlakuan ball milling setelah sintering ini bertujuan untuk membantu proses degassing pada uji BET. Pada pengujian ini, nilai luas permukaan sampel LTO 1 tidak terlampir karena belum sempat dilakukan pengujian sehubungan dengan habisnya ketersediaan gas nitrogen untuk pengujian BET.
Hasil pengujian BET semua sampel dapat dilihat pada gambar 4.18 di bawah ini.
Gambar 4.18. Grafik perbandingan luas permukaan semua sampel dalam m2/gr
Dari gambar 4.18 dapat dilihat urutan sampel dari luas permukaan yang paling tinggi ke paling rendah berturut-turut adalah sampel LTO Korea, LTO 2, dan LTO 3. Dari literatur dikatakan bahwa luas permukaan yang besar dibutuhkan untuk menghasilkan senyawa Li4Ti5O12 dengan kapasitas dan kestablian siklus yang baik karena dengan luas permukaan yang besar akan meningkatkan daerah kontak antara elektrolit dan elektroda, serta memperpendek jalur difusi untuk elektron dan ion litium[18].
Perbedaan nilai luas permukaan antara sampel yang memiliki perbandingan Li:Ti sesuai stoikiometri (sampel LTO 1 dan sampel LTO Korea) dengan sampel
yang menggunakan penambahan kadar litium berlebih (LTO 2 dan LTO 3) dipengaruhi oleh kelebihan litium yang digunakan. Litium berlebih ini cenderung untuk membentuk aglomerat pengotor daripada membentuk senyawa Li4Ti5O12 sesuai dengan yang diinginkan[25]. Akibatnya, pada morfologi sampel akan teramati gumpalan-gumpalan partikel yang saling menumpuk dan menghasilkan luas bidang kontak yang kecil pada partikel. Dari pemandangan tersebut ditunjukkan bahwa keberadaan pengotor di dalam material dapat mengurangi nilai luas permukaannya.
5.1. Kesimpulan
Kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. TiO2 anatase telah berhasil disintesis pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur kristalisasinya, yaitu 300oC. Namun, kristalinitasnya lebih rendah karena belum mencapai temperatur kristalisasinya.
2. Pengujian XRD bertujuan untuk mengamati fasa dan menghitung ukuran kristalit yang terbentuk. Hasil pengujian XRD menunjukkan bahwa semua sampel berhasil membentuk senyawa Li4Ti5O12 kecuali sampel LTO 3 yang hanya membentuk Li2TiO3 karena pengaruh penambahan kadar litium berlebih. Sementara itu, urutan sampel dengan ukuran kristalit terbesar hingga paling kecil berturut-turut adalah sampel LTO Korea (8,80 nm), LTO 1 (8,27 nm), LTO 2 (8,22 nm), dan LTO 3 (4,76 nm). Semakin besar ukuran kristalit semakin besar kristalinitas yang dimiliki sampel.
3. Pengujian FESEM dilakukan untuk mengamati morfologi sampel yang berhasil dibentuk menggunakan perbesaran 1000X, 2500X, 5000X, 10000X, dan 20000X. Hasil uji FESEM menunjukkan distribusi ukuran dan bentuk partikel sampel LTO 1 dan LTO 2 telah menyerupai sampel pembanding (LTO Korea). Namun, morfologi permukaannya masih terlihat kasar dan terdapat aglomerat berukuran kecil. Sedangkan, sampel LTO 3 menghasilkan morfologi yang sama sekali berbeda dari sampel lain serta terdapat aglomerat berukuran besar. Perhitungan estimasi diameter partikel aglomerat hasil pengujian FESEM dilakukan dengan program ImageJ. Ukuran diameter sampel dari yang terbesar ke yang terkecil berturut-turut adalah LTO 2 (8,56 µm), LTO 1 (8,44 µm), LTO Korea (7,68 µm), dan LTO 3 (2,07 µm).
4. Pengujian UV-Vis spectroscopy bertujuan untuk menghitung estimasi nilai energi celah pita semua sampel. Semakin kecil energi celah pita yang dimilikinya, maka sampel tersebut akan semakin konduktif. Urutan sampel dari
nilai energi celah pita paling kecil ke yang terbesar berturut-turut adalah sampel LTO Korea (3,84 eV), LTO 1 (3,88 eV), LTO 2 (4,02 eV), dan LTO 3 (4,12 eV).
5. Pengujian BET dalam penelitian ini dilakukan untuk menghitung luas area permukaan semua sampel. Semakin tinggi luas permukaannya, maka akan semakin bagus kapasitas dan kestabilan siklusnya. Urutan sampel dengan luas permukaan tertinggi ke yang terendah berturut-turut adalah sampel LTO Korea (33,455 m2/gr), LTO 2 (22,529 m2/gr), dan LTO 3 (16,804 m2/gr).
6. Pengaruh kadar penambahan Litium berlebih pada sampel akan memicu terbentuknya pengotor seperti TiO2 rutile dan Li2TiO3 yang mempengaruhi karakteristik Li4Ti5O12 yang terbentuk.
5.2. Saran
Saran-saran untuk kepentingan selanjutnya antara lain:
1. Melakukan sistesis Li4Ti5O12 berpedoman pada diagram fasa Li2O-TiO2 untuk mengurangi resiko terbentuknya pengotor akibat litium yang hilang atau ditambahkan berlebih.
2. Mengeliminasi TiO2 rutile dan Li2TiO3 dapat dilakukan dengan cara:
- Meningkatkan temperatur sintering (biasanya 800oC) untuk menghasilkan fasa murni Li4Ti5O12. Namun konsekuensinya dalah terjadinya graingrowth sehingga luas permuakaan Li4Ti5O12 menurun.
- Impregnasi litium dengan cara menggunakan air (H2O) untuk melarutkan Li2CO3 dan kemudian baru mencampurkan dengan TiO2 xerogel yang dilanjutkan dengan proses hidrotermal untuk eliminasi pelarut. Sehingga, kemungkinan TiO2 bereaksi dengan Li2CO3 semakin besar.
1) Ojolo SJ, Oke SA, Dinrifo RR, Eboda FY. A survey on the effects of vehicle
emissions on human health in Nigeria. University of Lagos. Journal of Rural
and Tropical Public Health 6: 16-23, 2007
2) A.D. Tri Wibowo, D. Wahjudi. Desain Perangkat Pengisian Baterai Mobil
Listrik dengan Pendekatan Efisiensi Lahan dan Fleksibilitas Produk. ITB.
Jurnal Tingkat Sarjana Senirupa dan Desain (2012)
3) Wen, Ru. Nanostructured Li4Ti5O12 as Anode Material for Lithium Ion Batteries, Master of Science, Faculty of Science, School of Materials
Science and Engineering, (2012)
4) Baohua Li, Feng Ning, Yan-Bing He, Hongda Du, Quan-Hong Yang, Jun Ma, Feiyu Kang, Chin-Tsau Hsu. Synthesis and Characterization of Long
Life Li4Ti5O12/C Composite Using Amorphous TiO2 Nanoparticles.
Tsinghua University. International Journal Electrochem. Science, 6 (2011) 3210 – 3223.
5) Dan Wang, Xiaoyan Wu, Yaoyao Zhang, JinWang, PengYan, Chunming Zhang, Dannong He. The Influence of The TiO2 Particle Size on The
Properties of Li4Ti5O12 Anode Material for Lithium Ion Battery. Shanghai,
China. Ceramics International 40 (2014) 3799–3804.
6) Sirisaksoontorn, Weekit. Preparation of N-doped TiO2 to Use as Catalysts in Photodegradation Reaction of PAHs and Phenol. Master of Science
(Chemistry), Graduate School, Kasetsart University (2009)
7) Kheamrutai Thamaphat, Pichet Limsuwan, Boonlaer Ngotawornchai.
Phase Characterization of TiO2 Powder by XRD and TEM. Bangkok,
Thailand. Kasetsart Journal (Nat. Sci.) 42 : 357 - 361 (2008)
8) Xin Su, QingLiu Wu , Xin Zhan, Ji Wu, Suying Wei, Zhanhu Guo. Advance
Titania Nanostructures and Composites for Lithium-ion Battery. University
of Kentucky, Lexington, USA. Journal Mater Sci (2012) 47:2519–2534 9) Achmad subhan. Fabrikasi dan Karakterisasi Li4Ti5O12 untuk Bahan Anoda
Baterai Lithium Keramik. Thesis S-2, Fakultas Teknik Jurusan Metalurgi
10) Priyono, Bambang. Proses Pembuatan Aerogel Vanadia/Titania Pengaruh
Parameter Sol-Gel pada Sifat Fisiknya, Thesis S-2, Fakultas Teknik
Jurusan Metalurgi, Kekhususan Teknologi Gas, (1995)
11) Akhmad Herman Yuwono, Junmin Xue, John Wang, Hendry Izaac Elim · Wei Ji. Titania-PMMA nanohybrids of enhances nanocrystallinity. National University of Singapore Journal Electroceram (2006) 16:431–439
12) M. A. Holland, et al. Synthesis, Characterisation and Performance of
(TiO2)0.18(SiO2)0.82 Xerogel Catalysts. University of Kent, Canterbury,
UK (2000)
13) O. Lev, et al. Sol-Gel Materials in Electrochemistry. The Hebrew University of Jerusalem, Israel (1997)
14) S. Achmad, P. Bambang, Z. Anne. Pembuatan Komposit Anoda Li4Ti5O12
dan Soda Lime Silica. Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH
Volume 29, Mei 2011
15) Maulana, Angga. Preparasi Aerogel TiO2 dengan Teknik Ekstraksi Super Kritis dan Kalsinasi Bertahap untuk Aplikasi Sl Surya Tersensitasi Zat Pewarna, Skripsi S-1, Fakultas Teknik Jurusan Metalurgi dan Material UI,
(2013)
16) Seung-Woo Han, Ji Heon Ryu, Joayoung Jeong, Dang-Hyok Yoon.
Solid-state synthesis of Li4Ti5O12 for high power lithium ion battery application.
Journal of Alloys and Compounds 570 (2013) 144–149
17) Yi-Jie Gua, Zhen Guo, Hong-Quan Liu. Structure and electrochemical
properties of Li4Ti5O12 with Li excess as an anode electrode material for
Li-ion batteries. Electrochimica Acta 123 (2014) 576–581
18) Nordh, Tim. Li4Ti5O12 as an anode material for Li ion batteries in situ XRD and XPS studies. Thesis, UPPSALA universitet (2013)
19) Http://nano.indiana.edu/documents/MPatterson.pdf (diakses pada 22 Juni 2014 pukul 10.40 WIB)
20) Akhmad Herman Yuwono, Donanta Dhaneswara, Alfian Ferdiansyah, Arif Rahman. Sel Surya Tersensitasi Zat Pewarna Berbasis Nanopartikel TiO2
Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Jurnal Material dan Energi Indonesia Vol. 01, No. 03 (2011) 127 – 140.
21) D. Rana Sahin, Dominika A. Ziolkowska, Monika Michalska, Ludwika Lipinska, Krzysztof P. Korona. Optical properties of lithium titanium oxide
nanocrystals. Faculty of Physics, University of Warsaw. National Science
Centre DEC-2011/03/N/ST5/04389 and PBS1/A1/4/2012
22) Vincenzo Augugliaro, Salvatore Coluccia, Elisa Garcı´a-Lo´ peza, Vittorio Loddo, Giuseppe Marcı, Gianmario Martra, Leonardo Palmisano, and Mario Schiavello. Comparison of different photocatalytic systems for
acetonitrile degradation in gas–solid regime. Topics in Catalysis Vol. 35,
Nos. 3–4, July 2005
23) C. A. Ruslimie, Hasmizam Razali & Wan M. Khairul. Catalytic Study on
TiO2 Photocatalyst Synthesised Via Microemulsion Method on Atrazine.
Sains Malaysiana 40(8)(2011) page 897–902.
24) Yun-Ho Jin, Kyung-Mi Min, Hyun-Woo Shim, Seung-Deok Seo, In-Sung Hwang, Kyung-Soo Park and Dong-Wan Kim. Facile synthesis of nano-Li4
Ti5O12 for high-rate Li-ion battery anodes. Jin et al. Nanoscale Research
Letters 2012, 7:10
25) Daisuke Yoshikawa, Yoshihiro Kadoma, Jung-Min Kim, Koichi Ui, Naoaki Kumagaia, Naoto Kitamura, Yasushi Idemoto. Spray-drying synthesized
lithium-excess Li4+xTi5−xO12−ı and its electrochemical property as negative
electrode material for Li-ion batteries. Electrochimica Acta 55 (2010) page
1872–1879
26) Funda Sayilkan, Meltem Asilturk, Hikmet Sayilkan,Yunus Onal, Murat Akarsu and Ertugrul Arpac. Characterization of TiO2 Synthesized in Alcohol by a Sol-Gel Process: The Effects of Annealing Temperature and Acid Catalyst. Turk J Chem 29 (2005) , page 697-706
27) I. Veljković, D. Poleti, Lj. Karanović, M. Zdujić, G. Branković. Solid State Synthesis of Extra Phase-Pure Li4Ti5O12 Spinel. Science of Sintering, 43 (2011) page 343-351 doi: 10.2298/SOS1103343V
28) H. Kleykamp. Phase Equilibria In The Li-Ti-O System And Physical
Properties Of Li2TiO3. Fusion Engineering and Design 61-62 (2002) page
Perhitungan Perbandingan Litium dan Titanium yang Digunakan
Persamaan reaksi pembentukan litium titanat dari pencampuran Li2CO3 dan TiO2 xerogel dapat dilihat dari persamaan L.1:
2Li2CO3 + 5TiO2 → Li4Ti5O12 + 2CO2 ↑ (L.1)
Untuk massa sampel total 5 gram dibutuhkan:
Mol Li4Ti5O12 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑀𝑟 =459,165 𝑔𝑟 = 0,010889 𝑚𝑜𝑙 Massa TiO2 yang diperlukan:
Mol TiO2 = 5 x mol Li4Ti5O12 = 5 x (0,010889 mol) = 0,054445 mol Massa TiO2 =mol x Mr = 4,35 gram
Massa Li2CO3 yang diperlukan:
Mol Li2CO3 = 2 x mol Li4Ti5O12 = 2 x (0,010889 mol) = 0,021778 mol Massa Li2CO3 = mol x Mr = 0,021778 mol x 73,89 gr/mol = 1,61 gram Perbandingan Li:Ti yang digunakan dalam sampel:
- Perbandingan sesuai stoikiometri (sampel LTO 1) Li:Ti= 1,61 gram : 4,35 gram
- Perbandingan dengan kelebihan kadar Li2CO3 sebesar 50% dari stoikiometri
Li:Ti= 1,61+(50% x 1,61) gram : 4,35 gram = 2,41 gram : 4,35 gram - Perbandingan dengan kelebihan kadar Li2CO3 sebesar 100% dari
stoikiometri