TINJAUAN PUSTAKA
2.10. Karakterisasi Serbuk dan Elektrokimia 1 X-Ray Diffraction (XRD)
X-Ray Diffraction memberikan informasi tentang susunan atom dalam padatan
diterapkan pada struktur kristal. Dalam kristal, atom diatur dalam pola yang teratur, yang membuat bahwa volume kecil dapat diidentifikasi, bahwa dengan pengulangan dalam tiga dimensi menggambarkan seluruh kristal. Volume kecil ini disebut sel satuan dan dapat dijelaskan oleh tiga sumbu: a, b dan c, dan sudut α,β,
dan γ. Posisi puncak dan puncak intensitas yang berbeda dari pola difraksi
digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal atau fase bahan (Wolf, R.D. 2012).
Gambar 2.6. Difraksi sinar-x hukum Bragg (Sun, Xiangcheng.2015)
Hukum Bragg adalah salah satu yang paling hukum penting yang digunakan untuk menafsirkan data difraksi sinar-X. Untuk himpunan bidang kisi dengan jarak antar-bidang d, kondisi interferensi konstruktif, sehingga puncak difraksi, dapat hanya ditulis sebagai
nλ = 2d sin θ (2.3)
Dimana λ adalah panjang gelombang sinar X-ray, θ merupakan sudut antara balok insiden X-ray dan bidang kristalografi, dan n bilangan bulat yang mewakili urutan puncak difraksi. Ketika sinar X-ray berinteraksi dengan atom dalam sampel, sebagian kecil dari kristal dengan bidang kristalografi berorientasi dengan Bragg sudut θ, di mana difraksi Bragg dapat berlangsung. Dengan sampel tahap berputar sehubungan dengan insiden sinar X-ray, pola XRD mengandung difraksi karakteristik dapat direkam oleh detektor. Pola difraksi XRD tersebut berguna untuk mengidentifikasi karakteristik kristal seperti ukuran, kristalinitas, parameter kisi dan fasa dengan database XRD komprehensif (Sun, X. 2015).
2.10.2 Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM digunakan untuk memperoleh informasi kualitatif dan kuantitatif tentang morfologi atau komposisi sampel dengan tujuan untuk mengoptimalkan hubungan mikroskopis dengan data kromatografi. Pada prinsipnya, analisa SEM harus mengekstrak jumlah maksimum informasi yang diperoleh per fitur dan meminimalkan baik kompleksitas dan waktu yang dibutuhkan untuk analisis (J. I. Goldtein, D. E. Newbury, P. Enchin, D. C. Joy, C.Fiori, E. Lifshing., 1981).
Dalam SEM, berkas elektron dilewatkan melalui ruang dan dievakuasi kemudian difokuskan oleh lensa elektromagnetik ke permukaan sampel. Balok dipulihkan selama proses spesimen dan kemudian disinkronkan dengan sinar tabung katoda (CRT). Setelah dilakukan pelampiasan pada elektron sampel elektron sekunder secara inelastic dipancarkan dari sampel dan dikumpulkan oleh sintilator. Sinyal yang dihasilkan digunakan untuk memodulasi kecerahan tabung sinar katoda untuk membentuk tampilan layar CRT. Pencitraan SEM diperbesar dengan manipulasi yang dikendalikan sepenuhnya secara terkomputerisasi dari berkas elektron (M. Postek, K. Howard, A. Johnson, K. Mcmchael., 1980).
2.10.3 Cyclic Voltammetry (CV)
CV adalah jenis pengukuran elektrokimia potensio dinamik,dan merupakan salah satu metode elektrokimia yang paling sering digunakan karena relatif sederhana dan isi informasi yang tinggi. Selama pengujian CV, pada gambar 2.7 (a) potensi linear pemindaian siklik (yaitu, elektroda potensial landai linear terhadap waktu) dikenakan ke elektroda dan arus yang dihasilkan dicatat.
Gambar 2.7. Tipikal Cyclic Voltammogram untuk proses redoks reversibel (Sun, Xiangcheng.2015)
Gambar 2.7 (b) dikenal sebagai scan rate (V/s). Kurva arus-tegangan (untuk voltamogram siklik) menunjukkan respon arus sebagai fungsi dari tegangan daripada waktu, yang dapat memberikan informasi tentang kinetika dan termodinamika reaksi elektroda. Sistem yang paling sederhana melibatkan reaksi redoks reversibel dengan transfer elektron tunggal dalam media solusi di mana tingkat maju dan mundur reaksi yang dekat dengan keseimbangan. CV sering digunakan untuk menampakkan proses difusi pengontrol di mana spesies
electroactive masukkan ke elektroda. Koefisien difusi kimia lithium ion di
elektroda dihitung dari data CV. Singkatnya, CV adalah alat yang nyaman untuk memperoleh informasi kualitatif tentang proses transfer elektron, serta metode cepat untuk memperoleh perkiraan yang baik dari potensi pengurangan dan
konstanta pembentukan (Sun, Xiangcheng.2015).
2.10.4 Charge Discharge (CD)
Charge-discharge adalah teknik elektrokimia yang paling umum digunakan untuk
karakterisasi perangkat penyimpanan energi. Dalam pengujian ini sebuah cell diisi dan dikosongkan dengan menggunakan arus konstan di antara tegangan atas dan tegangan bawah. Batas tegangan atas dan bawah ditentukan oleh energi bebas Gibbs dari bahan elektroda.
Jenis paduan elektroda negatif, secara praktik batas bawah berkisar 10 mV sampai 50 mV dan batas atas berkisar 1 V sampai 2 V, Batas bawah yang dipilih lebih rendah dari 0 V vs Li/Li+ karena pada potensi rendah lithium cenderung untuk deposit (penyetor) pada permukaan elektroda yang akhirnya menyebakan pertumbuhan dendrit lithium.Arus yang diterapkan secara langsung berkaitan dengan outpit daya elektroda. Biasanya “laju C” digunakan untuk menetukan tingkat cycle LIBs, dimana xC didefinisikan sebagai 1/x jam per charge atau discharge (Juchuan, 2012).
2.10.5 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)
Electrochemical Impedance Spectroscopy adalah alat yang sangat ampuh untuk analisis sistem yang kompleks elektrokimia. Alat yang digunakan yaitu LCR meter, HIOKI 3522 Autolab tahun 2012. Parameter yang dihasilkan yaitu
impedansi ril, impedansi imaginer, pergeseran sudut fasa, dan impedansi total, dengan variasi spektrum frekuensi dalam skala logaritmik. Spektrum frekuensi dibangkitkan dari 4 Hz- 1 MHz. Metode EIS digunakan untuk mengamati interkasi elektron maupun ion yang berpindah pada komponen sel pada saat reaksi elektrokimia. Spektrum frekuensi yang dinaikkan akan mengidentifikasi perubahan impedansi komplek yang terkait dengan reaksi elektrokimia yang terjadi, menginterprestasikan gejala dinamika internal reaksi elektrokimia. Pada pengukuran dilakukan menggunakan signal pertubasi AC ditumpangkan pada tegangan DC bias, sehingga tidak terganggu kesetimbangan dari reaksi elektrokimia. Interaksi signal dalam sampel menghasilkan signal yang tereduksi mengalami pergeseran sudut fasa. bentuk respon gelombang dikorelasikan pada komponen impedansi ril, impedansi imaginer, pergeseran sudut fasa (Subhan, 2011). Pada gambar 2.8 Impedansi real diplot pada sumbu X dan impedansi
imaginery diplot pada sumbu Y sehingga terbentuk grafik "Nyquist plot. Metode
EIS telah secara luas diterapkan untuk menyelidiki interkalasi reversibel lithium ke elektroda untuk baterai ion lithium yang terkait dengan kinetika difusi ion lithium di elektroda (Sun, Xiangcheng.2015). Kelebihan pada EIS adalah memiliki arus listrik AC, bukan DC, sehingga dapat mengukur impedansi elektrokimia pada kondisi equilibrium, kondisi setimbang tanpa mengganggu atau membebani sel sehingga impedansi yang terukur lebih baik dibandingkan cara uji arus DC. Namun kekurangan EIS adalah sampel memunculkan kurva yang kurang ideal dari bentuk komponen impedansi RLC (Subhan, 2011).
Gambar 2.8. Tipikal Nyquist plot pada sistem elektrokimia (Sun, Xiangcheng.2015).