TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Material Katoda
2.4.5 Asam Phospat
2.4.3 Mangan Oksida
Mangan dioxide adalah senyawa anorganik dengan rumus MnO2. Kengunaan utama dari MnO2 adalah untuk sel baterai kering , seperti baterai alkaline dan baterai seng - karbon. Mangan dioxide memiliki kemurnian 100%.
Gambar 2.5 Serbuk Mangan dioxide (http://id.wikipedia.org/wiki/ManganDioxide)
2.4.4 Nikel (Ni)
Nikel memiliki kemurnian hamper 100%. Nikel biasa digunakan sebagai bahan pembuat paduan. Logam paduan nikel memiliki karakteristik kuat, tahan panas, serta tanan korosi.
Gambar 2.6 Serbuk Nikel
2.4.5 Asam Phospat
Asam phospatbiasa disebut dengan yaitu asam yang paling umum digunakan dalam industri, seperti industri pupuk yang memiliki kemurnian 85%. (E.Meyer, 1989).
Gambar 2.7 Cairan Phosphoric Acid
2.5 XRD (X-Ray Diffraction)
XRD (X-Ray Diffraction) merupakan alat yang digunakan untuk mengkarakterisasi struktur kristal, dan ukuran kristal dari suatu bahan padat. Semua bahan yang mengandung kristal tertentu ketika dianalisa menggunakan XRD akan memunculkan puncak – puncak yang spesifik. Sehingga kelemahan alat ini tidak dapat untuk mengkarakterisasi bahan yang bersifat amorf. Metode difraksi umumnya digunakan untuk mengidentifikasi senyawa yang belum diketahui yang terkandung dalam suatu padatan dengan cara membandingkan dengan data difraksi dengan database yang dikeluarkan oleh International Centre
for Diffraction data berupa PDF Powder Diffraction File (PDF).
Gejala difraksi akan ditunjukkan oleh sinar X disaat sinar yang merupakan gelombang elektromagnetik ini jatuh pada permukaan sampel dengan panjang gelombang kira-kira sama dengan jarak antar atom sampel. Atom-atom yang berjarak teratur ini akan berfungsi sebagai pusat penghambur sinar X. Percobaan yang dilakukan pertama kali ini adalah oleh Laue pada tahun 1912, dikembangkqn oleh Bragg untuk mendapatkan persamaan matematis. Sinar yang menumbuk atom akan didifraksikan, dengan demikian sinar yang sefase akan diperkuat sementara yang berbeda fase akan saling menghilangkan. Prinsip dasar difraksi sinar X diperlihat kan pada gambar 2.2.
Sinar X (sinar 1) yang datang membentuk sudut � terhadap permukaan sampel dan menumbuk atom, akan dipantulkan dengan sudut yang sama. Begitu pula dengan sinar X (sinar 2) yang jatuh pada bidang dibawahnya yang berjarak d. Sinar ini akan dipantulkan dengan sudut �, namun memiliki beda fase. Jika perbedaan fasa ini sama dengan kelipatan panjang gelombang, maka akan didapatkan persamaan Bragg :
2d Sin �= n λ...(2.2) Setiap senyawa memiliki struktur kristal yang unik, baik itu fasa tunggal atau beberapa fasa. Oleh karenanya difraksi sinar yang didapat sangat karakteristik untuk senyawa tertentu. Informasi yang dihasilkan dari pola difraksi sinar X adalah posisi puncak (2�) dalam satuan derajat, jarak antar bidang (d) dalam Angmstrong, intensitas (I) dalam counts/second, lebar penuh pada setengah puncak (Full Width at Half Maximum FWHM).(Triwibowo,2011)
2.6 SEM ( Scanning Electrochemical Microscopy)
Analisa SEM dilakukan untuk mengetahui permukaan serbuk hasil sinter terkait dengan fasa-fasa yang terbentuk, porositas dan besar butir. Analisa SEM juga dilakukan pada lembar kathoda. Hal ini dilakukan untuk mengetahui distribusi serbuk pada matriks, porositas dan kemampuan basahan serbuk terhadap matriks.
SEM mempunyai prinsip kerja bahwa suatu berkas insiden elektron yang sangat halus di-scan menyilangi permukaan sampel dalam sinkronisasi dengan berkas tersebut dalam tabung sinar katoda. Elektron-elektron yang terhambur digunakan untuk memproduksi sinyal yang memodulasi berkas dalam tabung sinar katoda, yang memproduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar dan penampakan hampir tiga dimensi.
Sampel baik berupa serbuk maupun lembar kathoda tidak perlu di-coating terlebih dahulu dengan unsur Au,Pd, karena sampel sudah cukup konduktif untuk menghantarkan elektron dengan baik.
SEM memiliki tiga komponen pokok yaitu kolom elektron, ruang sampel, sistem pompa vakum, kontrol elektron dan sistem lensa magnetik. Didalam kolom elektron dapat penembak elektron yang terdiri dari katoda dan anoda. Katoda umumnya terbuat dari Wolfram (W). Elektron yang terlepas dari katoda bergerak ke arah anoda yang dalam perjalanannya berkas elektron ini dipengaruhi oleh lensa magnetik hingga didapatkan berkas elektron yang terfokus ke arah sampel. Saat elektron menumbuk sampel, akan terjadi beberapa fenomena yaitu terbentuknya dua jenis hamburan/scattering, sinar X dan foton.
Hamburan terbagi menjadi dua jenis yaitu hamburan elastis dan non elastis. Hamburan elastis dihasilkan dari tumbukan berkas elektron dengan inti atom sampel tanpa terjadi perubahan energi. Gejala ini disebut juga Back
Scaterred Electron/BSE. Kebalikannya dengan BSE, hamburan non elastis
ditimbulkan dari berkas elektron yang dipancarkan oleh penembak elektron menumbuk elektron sampel hingga terjadi perpindahan energi dari elektron asal ke elektron sampel yang lebih rendah.
2.7 EIS ( Electrochemical Impedance Spectrometry)
Pergerakan elektron dan ion dalam baterai lithium dapat diamati secara elektrokimia dengan menggunakan metode EIS (Electrochemical Impedance
Spectrometry). Impedansi elektrokimia biasa diukur dengan menggunakan sebuah
tegangan AC (U) pada sebuah sel elektrokimia dan mengukur arus listrik yang melalui sel. Arus massa dalam elektrolit dipengaruhi oleh besaran frekuensi, dimana kontrol kinetik sangat menonjol ketika frekuensi masih tinggi.
Kontrol arus akan dipengaruhi oleh transfer massa saat frekuensi rendah.
Impedance Spectroscopy merupakan tekhnik yang sangat penting untuk
karakterisasi elektroda baterai ion Li. Pertama, impedansi merupakan partikel tunggal yang rendah perpindahan ion Li pada permukaan lapisan (Solid Electroyte
Sebuah sel elektrokimia mirip dengan sebuah hambatan.Contohnya larutan elektrolit berkelakuan sebagai sebuah hambatan ohmik.Kapasitor juga merupakan elemen penting dalam impedansi elektrokimia spektroskopi electrochemical
impedance spectroscopy (EIS).
Ruang diantara elektroda dan larutan secara ideal berkelakuan sebagai sebuah kapasitor yang disebut kapasitansi keping ganda elektrik-elecrical double layer
capacitance.Besar impedansi kapasitor adalah 1/w C, dan sudut fasa 90° dimana
impedansi merupakan pembagian antara tegangan potensial dan arus listrik.
Pengujian EIS dilakukan untuk mengetahui perilaku impedansi material serbuk LiFe0.9-xMnxNi0.1PO4
Pemilihan skala log (f) penting dilakukan untuk menghasilkan sebaran f pada frekuensi rendah.Gambar 2.9. Skema dan peralatan pengukuran EIS.
.alat yang digunakan adalah LCR meter, HIOKI 3532-50 Chemical Impedance Meter. Parameter yang dapat dihasilkan adalah:impedansi ril, impedansi imaginer, pergeseran sudut fasa, dan impedansi total, dengan variasi spektrum frekuensi dalam skala logaritmik.(Subhan,2011)
Gambar 2.9. (a) Skematik setup pengukuran EIS. (b)Peralatanpengujian
electrochemical impedance spectroscopy (EIS).
Salah satu parameter yang terpenting dari sistem baterai adalah konduktifitasdari tiap-tiap komponennya.Lembar kathoda tunggal dapat diukur konduktifitasnya dengan metoda Four Point Probe. Namun mengingat lembaran ini disusun menjadi satu dengan lembaran komponen baterai lainnya, maka akan terbentuk antarmuka/interface diantara lembaran-lembarannya. Interface yang terbentuk memiliki sifat sebagai kondensator yaitu memiliki kapasitas dan impedance. Secara normal sebuah sel elektrokimia mirip dengan sebuah
hambatan. Ruang diantara elektroda dan elektron kolektor membentuk ruang yang bersifat sebagai kapasitor.
Adapun prosedur dari pengukuran konduktifitas adalah sebagai berikut:
1. lembar kathoda yang berupa komposit digunting dengan ukuran 35mm x 30 mm.
2. Sampel dijepit pada alat uji (sample holder) berbentuk pelat konduktor. 3. Atur rentang frekuensi yang digunakan pada pengujian (10Hz-100kHz),
kemudian start dan mulailah pengujian.
4. Alat uji konduktifitas akan menghasilkan data-data dari hasil respon bahan terhadap rentang frekuensi yang diberikan berupa nilai impedansi reel (Z’) dan impedansi imajiner (Z’’).
5. Jika diplot diantara Z’ dan Z’’ maka akan dihasilkan kurva nyquist 6. Tentukan Rtot
Kapasitas dari double layer secara umum dituliskan seperti dibawah ini:
dari grafik nyquist ini dengan melakukan ektrapolasi berupa garis setengah lingkaran.
Z = 1
��...(2.2)
Untuk mendapatkan nilai Rtot maka kita harus mendapatkan Z” = 0 dengan cara melakukan ekstrapolasi membentuk setengah lingkaran. Dari nilai Z = Rtot
R = � ��...(2.3) kita dapat menentukan konduktivitas bahan dengan menggunakan persamaan :
Dimana :� = Hambatan jenis bahan [ohm.m] R = Resistivitas bahan [ohm] t = Tebal bahan [m]
A = Luas penampang bahan [m2 Dikarenakan � = 1
� maka rumus persamaannya adalah :
]
� = �
��...(2.4)
Dimana :� adalah Konduktivitas [Ω-1
m-1] atau [S/m].
BAB 1
PENDAHULUAN