BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Baterai
Ada dua jenis baterai, yaitu baterai primer dan sekunder atau disebut juga non-isi ulang dan isi ulang. Produksi baterai primer hanya dapat digunakan untuk sekali pemakaian, habis selama penggunaan dan kemudian dibuang. Sel yang dapat diisi ulang atau sel sekunder paling sering diproduksi dalam keadaan bermuatan, dan kemudian diisi sebelum penggunaan. Sementara sel primer yang digunakan hanya selama siklus pertama (primer), sel-sel sekunder yang digunakan dalam siklus sekunder dibebankan di antara keduanya. Produk hasil reaksi dalam sel primer memiliki energi stabil untuk membalikkan proses, tidak membalikkan reaksi asli,
reaksi yang tidak diinginkan lainnya akan berlangsung sehingga sel-sel primer tidak dapat diisi ulang (Armand, 2008)
Produksi untuk baterai berbeda, tergantung pada aplikasi. Sementara susunan sel hibrida baterai membutuhkan daya yang tinggi untuk memanfaatkan energi, mobil listrik membutuhkan kepadatan energi yang tinggi untuk mendapatkan jarak tempuh yang lebih besar. Terdapat kriteria yang berbeda pada baterai tergantung pada aplikasi dan telah memberikan peluang untuk menemukan satu "solusi emas" yang terbaik untuk setiap situasi. Sebaliknya, untuk masa mendatang mungkin akan banyak baterai kimia yang berbeda dan disesuaikan dengan aplikasi bidang tertentu (Nordh, 2013).
2.1.1 Bagaimana Baterai Beroperasi
Banyak reaksi kimia yang melibatkan transfer elektron sehingga material aktif yang terlibat mengalami perubahan dalam keadaan oksidasi yang disebut reaksi redoks. Dalam reaksi redoks, salah satu material aktif teroksidasi dengan memberikan elektron sehingga bilangan oksidasi naik dan material aktif lain berkurang dengan menerima elektron dan dengan demikian mengurangi bilangan oksidasinya. Secara fisik, reaksi oksidasi terpisah dari reaksi reduksi dan membawa elektron melalui sirkuit eksternal sehingga elemen galvanik (atau sel baterai) terbentuk. Selama elektron bergerak melalui sirkuit eksternal maka akan ada arus yang dapat digunakan, sebagai contohnya kekuatan bola lampu di senter. Tujuan dari semua baterai adalah untuk mengkonversi energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik (Nordh, 2013).
Setiap reaksi redoks memiliki tegangan tertentu. Ada nilai mutlak praktis untuk potensial ini, sehingga sistem pengukuran relatif digunakan sebagai gantinya. Dalam referensi ini, potensial keseimbangan reaksi antara proton dan gas hidrogen diatur ke nol.
2H + + 2 e- → H2 (g) (2.1)
Untuk mengukur potensi reaksi lain, percobaan diatur di mana persamaan (2.1) didefinisikan sebagai anoda dan reaksi lain sebagai katoda, dan diukur
potensial antara dua reaksi ekuilibrium. Potensi reaksi tersebut tergantung pada suhu, tekanan dan aktivitas reaktan, sehingga tidak praktis untuk tabulasi semua nilai saat adanya faktor-faktor tersebut. Potensi standar diukur terhadap persamaan (2.1) di bawah satu variabel tetap seperti suhu, tekanan, dan nilai yang terukur. Kondisi ini menjelaskan bahwa potensial suhu dan tekanan normal (NTP) pada reduksi standar. Karena pada persamaan (2.1) didefinisikan sebagai anoda, berarti keseimbangan yang diukur dilambangkan sebagai katoda dan potensial elektroda diberi tanda yang sesuai (+/-) (Nordh, 2013).
potensial standar yang lebih tinggi akan bertindak sebagai katoda, dan potensial rendah sebagai anoda (Nordh, 2013).
Skema dasar baterai (menggunakan elektrolit Li-ion) ditunjukkan pada Gambar 2.1. Kedua elektroda dipisahkan oleh isolasi elektronik dan ionik yang terdapat pada elektrolit, ketika sedang terhubung dengan sebuah sirkuit eksternal maka elektron akan mengalir. Elektrolit biasanya berupa larutan garam. Jika elektrolit tidak mengalami isolasi elektronik, maka elektron akan diangkut melalui elektrolit bukan melalui sirkuit eksternal, dan baterai akan mengalami hubungan pendek, sehingga terjadi kerugian kapasitas. Namun demikian, banyak elektrolit yang memiliki beberapa konduktivitas elektronik yang rendah. Sementara penghantar ini tidak cukup untuk baterai pada sirkuit pendek dan discharge dengan cepat, kondisi ini akan menyebabkan discharge pada baterai itu sendiri lambat dari waktu ke waktu, sehingga waktu penyimpanan pada baterai terbatas. (Nordh, 2013)
Gambar 2.1. Skema sederhana dari baterai Lithium ion
mencegah kontak antara elektroda. Sehingga separator menjadi solusi untuk hal ini, polimer atau serat gelas berpori sering direndam dengan cairan elektrolit
untuk menggabungkan pemisahan fisik dan konduktivitas ionik. Elektroda bahan aktif itu sendiri merupakan konduktor elektronik yang buruk, sehingga elektroda menjadi bahan komposit dengan aditif yang meningkatkan konduktivitas. Kolektor memberikan kontak yang baik antara elektroda dan sirkuit eksternal. (Winter, 2004)
Gambar 2.2. Skema lengkap dari baterai Lithium ion
Dari Gambar 2.2. dapat dilihat dalam sebuah wadah, anoda dan katoda dipisahkan oleh separator dan direndam dalam elektrolit. Kolektor yang dihubungkan dengan kontak akan menyediakan sambungan ke sirkuit eksternal.
Berikut dua formula dari NTP potensial reduksi standar:
O2(g) + 4H+ + 4e- 2H2O E = + 1,229 V (2.2)
2H2O + 2e- H2 (g) + 2OH-(aq) E = -0.83 V (2.3)
ditunjukkan bahwa setiap baterai berisi air hanya memiliki jendela potensial stabil antara -0,83 V dan 1,229 V tanpa menghasilkan hidrogen atau oksigen gas.
Ada beberapa cara untuk menaikan spesifikasi dari baterai. Energi dapat dinyatakan dalam energi spesifik yang diukur dalam Wh/kg atau kepadatan energi diukur dalam Wh/L, juga disebut energi gravimetri dan volumetric density. Listrik
dinyatakan dalam daya spesifik (W/kg) dan kerapatan daya (W/L). Kekuatan khusus/densitas daya dan energi spesifik/kepadatan energi dari baterai dapat diubah oleh desain sel. Lapisan tebal bahan elektroda memberikan energi yang tinggi karena peningkatan jumlah bahan aktif, tapi ini juga meningatkan panjang difusi untuk ion dalam materi yang pada gilirannya dapat menurunkan daya. Begitu juga sebaliknya, lapisan tipis elektroda memberikan jalur difusi pendek dan lebih berpengaruh, tetapi mereka mengandung bahan yang kurang aktif dan akibatnya kandungan energi menurun. Dengan demikian, peningkatan satu sifat bahan sering datang dari bahan lainnya (Nordh, 2013).
2.1.2 Desain baterai
Meskipun ada banyak konfigurasi sel, pemakaian baterai yang paling umum adalah dalam bentuk sel koin, sel gulung, sel prismatik, dan sel datar (Winter, 2004 ; Dell, 2000 ; Tarascon, 2001). Desain sel koin adalah desain lurus ke depan di mana elektroda sejajar satu sama lain. Elektroda ini dipisahkan biasanya dengan lembar polietilen (separator) yang berisi elektrolit cair. Bahan-bahan ini
Gambar 2.3 (1-4 (a-d)) menyajikan empat desain sel umum dari referensi (Tarascon, 2001).
Gambar 2.3 Empat desain sel umum baterai: a. silinder, b. koin, c. prismatik, dan d. datar (Tarascon, 2001)
2.2. Baterai Ion Lithium
Baterai lithium pertama kali diusulkan pada tahun 1976 dan telah banyak digunakan dalam aplikasi portable sejak awal 1990-an. Dalam beberapa tahun terakhir, tingginya harga minyak telah memberikan inisiatif bagi para peneliti untuk melihat ke dalam teknologi baterai baru yang dapat digunakan dalam aplikasi kendaraan listrik. Di Kalangan baterai lithium, ada tiga kategori pembagian, yaitu: logam lithium, lithium polymer dan ion lithium. (Whittingham, 1976)
bahan katoda dan anoda memberikan fleksibilitas untuk merancang baterai untuk kebutuhan aplikasi yang spesifik, namun di sisi lain dalam jumlah yang besar,
kemungkinan menimbulkan kebingungan pada reaksi kimia tertentu yang dikembangkan dan berhasil diuji di lapangan. (Whittingham, 1976)
Berbagai pilihan yang tersedia untuk masing-masing komponen (manfaat dan kerugian) dijelaskan secara rinci di bawah ini. Karakteristik listrik dan kinerja baterai seperti tegangan, kapasitas, kepadatan energi, tingkat kemampuan, siklus hidup, dan lama hidup akan berubah sebagai salah satu konsekuensi dalam memilih bahan yang berbeda untuk anoda, katoda, elektrolit dan separator. Seperti yang akan ditampilkan nanti, tidak ada satu kombinasi tertentu komponen sel tersebut yang dapat memenuhi setiap kebutuhan di semua aplikasi. Harus memilih salah satu dan memodifikasi komponen sel untuk memenuhi kebutuhan aplikasi. Selain itu, kita juga dapat merubah komposisi bahan katoda dan anoda, ukuran partikel dan morfologi untuk mencapai kinerja baterai tertentu. (Whittingham, 1976)
Gambar 2.4. Perbandingan keunggulan dari masing-masing jenis baterai (Whittingham, 1976)
merah menunjukkan berbagai teknologi baterai lithium baru dengan kinerja baterai yang unik. Seperti yang dilihat bahwa baterai lithium merupakan baterai
yang memiliki aliran paling besar di antara semua teknologi penyimpanan energi. (Whittingham, 1976)
2.2.1 Spesifikasi Kimia Baterai Ion Lithium
Sejak komersialisasi baterai Lithium-ion yang dapat diisi ulang di awal tahun 1990-an, lithium berbasis kimia memiliki pangsa yang semakin meningkat dari pasar baterai global. Ini karena lithium memiliki beberapa sifat kimia dan fisik yang jauh lebih baik dari yang diinginkan. Pertama, lithium adalah unsur yang paling elektronegatif dalam pengurangan potensi standar seri NPT dengan potensial elektroda negatif -3,05 V. Hal ini memungkinkan untuk memproduksi baterai dengan tegangan hingga 6 V, meskipun 3-3,5 V adalah rentang tegangan yang paling umum untuk baterai lithium. Hasil tegangan tinggi dalam baterai mampu melakukan lebih banyak pekerjaan dengan jumlah pembawa muatan yang sama, baterai memiliki energi spesifik yang lebih tinggi dari sel yang setara dengan tegangan yang lebih rendah. Kedua, lithium adalah salah satu unsur yang paling ringan dan terkecil dalam tabel periodik. Hal ini lebih mempermudah untuk membuat desain baterai yang lebih ringan dan lebih kecil, dan akibatnya lithium
memiliki kepadatan energi gravimetri dan volumetrik yang lebih tinggi dari sel yang setara dengan elemen yang lebih berat. Jari-jari ionik yang kecil juga membuat baterai lithium relatif lebih mudah untuk menemukan bahan interkalasi yang baik (Nordh, 2013).
demikian terjadi arus pendek pada baterai, dalam skenario kasus terburuk mungkin terjadi ledakan. Masalah keamanan ini terlalu besar untuk diabaikan, dan
karena itu alternatif sumber lithium perlu digunakan. Ketika memecahkan masalah dengan dendrit yang berhubungan dengan lithium logam, banyak jalan alternatif yang dieksplorasi, dan hasil yang paling menjanjikan berasal dari senyawa interkalasi. Suatu senyawa interkalasi bekerja sebagai matriks tempat di mana ion lithium disimpan. Struktur host materi secara keseluruhan tidak berubah ketika dimasukkan lithium dalam senyawa interkalasi; lithium sebaliknya menemukan lubang dalam struktur di mana ia dapat disimpan (Nordh, 2013).
Salah satu elektroda negatif yang paling umum digunakan dalam baterai saat ini adalah grafit. Atom-atom karbon dalam grafit tersusun dalam lapisan halus dengan ikatan van der waals. Atom lithium kemudian dapat bergerak antara lapisan tersebut dan disimpan (lihat Gambar 2.5). Di tengah lapisan terdapat cincin karbon yang memungkinkan satu atom lithium dapat disimpan dalam enam karbon dan membentuk LiC6. Masalah keamanan dapat diatasi karena bahan
interkalasi yang umumnya tidak mengalami pembentukan dendrit, namun berpengaruh pada energi dan daya spesifik (Nordh, 2013).
Gambar 2.5. Skema dari bahan elektroda dalam baterai Li-ion (Nordh, 2013)
Baterai yang paling umum, lithium-ion memiliki grafit sebagai anoda, bekerja pada -2.5 V vs elektroda hidrogen standar, dan bahan interkalasi lain,
umumnya oksida logam transisi, sebagai katoda bekerja sekitar 1,0 V. Memiliki satu elektroda yang bekerja pada -2.5 V dan yang lainnya di 1,0 V, sehingga total potensial di mana baterai beroperasi adalah 3,5 V. Potensial ni memang cukup besar untuk membuat elektrolit tetap stabil secara kimiawi dari kedua reaksi, oksidasi dan reduksi. Bahkan, sebagian besar elektrolit tidak stabil dalam potensial yang ada dalam baterai lithium (Xu, 2004). Yang paling sering terjadi adalah anoda akan bertindak sebagai katalis dan garam organik dalam elektrolit bereaksi membentuk zat baru pada permukaan anoda. Layer baru ini bersifat pasif pada permukaan elektroda, sehingga mencegah reaksi lebih lanjut dalam elektrolit. Lapisan ini disebut Solid Electrolyte Interface (atau SEI) (Nordh, 2013).
Gambar 2.6. Kemungkinan komposisi lapisan SEI pada anoda grafit dalam baterai Li-ion (Nordh, 2013).
Pada Gambar 2.6 dapat dilihat kemungkinan kombinasi bahan di lapisan
terjadi berulang-ulang, maka perlahan-lahan akan mengurangi kapasitas dari baterai (Winter, 2004 ; Palacin, 2009).
2.2.2 Bahan Dalam Baterai Ion Lithium
Untuk penggunaan akhir, mungkin kadang-kadang tampak seperti hanya ada satu jenis baterai ion lithium, tetapi kenyataannya ada beberapa sel kimia yang berbeda dari sel ion lithium. Anoda standar di sebagian besar sel komersial saat ini adalah grafit. Namun, bahan katoda dan elektrolit bervariasi secara substansial dalam sel, bersama-sama dengan formulasi komposit elektroda, ukuran partikel bahan aktif, dan lain-lain (Nordh, 2013).
Elektrolit dalam sel komersial memiliki sejumlah aditif untuk meningkatkan kinerja baterai dan keselamatan, resep khusus untuk sebagian besar elektrolit komersial menjadi rahasia yang dijaga ketat. Secara umum, kebanyakan elektrolit komersial mengandung karbonat organik dan garam lithium, di mana LiPF6 adalah garam yang paling umum digunakan (Nordh, 2013).
Grafit umumnya digunakan untuk kinerja yang cukup baik, dengan biaya rendah, tetapi untuk memenuhi kebutuhan baterai kedepannya, semakin banyak penelitian yang sedang dilakukan pada bahan anoda alternatif untuk meningkatkan kinerja keseluruhan baterai Li-ion. Salah satu anoda yang mungkin
adalah Li4Ti5O12: Lithium-Titanat Oxide, LTO. Bahan LTO telah dikenal untuk
2.3. Baterai Lithium Titanium Oksida (Li4Ti5O12)
Baterai dengan anoda lithium titanat telah dikenal sejak 1980-an. Li-titanate
menggantikan grafit di anoda baterai lithium-ion yang khas dan bentuk-bentuk materi dalam struktur spinel.
2.3.1. Spinel Lithium Titanium Oksida
2.3.1.1. Gambaran struktural
Spinel Lithium Titanium Oksida (Li4Ti5O12) digunakan sebagai anoda pada
baterai ion lithium pada satu fase dalam sistem terner Li-Ti-O. Ini terdapat pada satu titik akhir yang berhubungan dengan fase spinel LiTi2O4. Dalam spinel
Li4Ti5O12, 1/6 dari ion Ti disubstitusi oleh ion Li+. Dengan demikian, dalam
notasi spinel, rumus empiris Li[Li1/3Ti5/3]O4 dimana kation dalam kurung
merupakan kation pada situs oktahedral (Harrison, 1985).
2.3.1.2. Pembuatan Li4Ti5O12 (LTO)
Banyak kelompok yang telah melaporkan produksi bahan ini. Pada intinya, dua rute telah dieksplorasi. Rute pertama adalah reaksi solid-state antara TiO2 dan
garam Li. Reaksi solid-state menggunakan campuran prekursor menyeluruh yang dipanaskan sampai sekitar 800oC di udara selama 24 jam. Bahan yang dihasilkan
2.3.1.3. Karakteristik elektrokimia
Li4Ti5O12 biasanya digunakan sebagai elektroda anoda dan memiliki kapasitas
teoritis 175 mAh/g. Dengan menggunakan rumus empiris Li4Ti5O12, spinel ini
dapat menerima hingga 3 mol atom Li untuk membentuk Li7Ti5O12 pada charge.
Penurunan ini reversibel setelah pengisian dan bahan teroksidasi kembali ke Li4Ti5O12. Persamaan (2.4) menggambarkan reaksi reduksi dan oksidasi (Simon,
2007).
Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3e-↔ Li7Ti5O12 (2.4)
Kinerja elektrokimia bahan ini agak unik, jika dibandingkan dengan bahan interkalasi lainnya. Salah satu fitur uniknya adalah potensi datar (sekitar 1.55 V vs logam Li) lebih dari 90% untuk kapasitas saat interkalasi dan deinterkelasi ion Li+. Polarisasi juga kurang penting jika dibandingkan dengan elektroda oksida logam lainnya pada rapat arus yang sama. Hal ini diyakini bahwa rata-rata potensi region substansial terdiri dari dua tahap, yaitu Li4Ti5O12 dan Li7Ti5O12, yang
selalu hadir pada charge dan discharge (Colbow, 1989 ; Ohzuku, 1995).
Fitur unik yang lain adalah perubahan volume sangat kecil ketika material ion Li+ ini mengalami interkalasi dan deinterkalasi sebagai sel discharge dan charge. (Ohzuku, 1995)
2.3.2. Keuntungan dan Kerugian anoda Li4Ti5O12 (LTO)
LTO menawarkan keuntungan dalam hal kekuasaan dan stabilitas kimia, tetapi baterai berbasis LTO memiliki tegangan rendah: 2.5 V vs LiCoO2 dan 1.9 V vs
dengan generator. Perubahan volumetrik selama pengisian dan pengosongan sangat kecil dibandingkan dengan karbon dan memberikan siklus hidup lebih
lama. Baterai berbasis LTO memberikan kinerja yang jauh lebih baik pada suhu rendah dibandingkan dengan baterai berbasis karbon. Kehidupan siklus besar dan kemampuan tingkat tinggi baterai berbasis LTO juga membawa keuntungan unik dalam aplikasi di mana keandalan kisi rendah. Ketika jaringan listrik tersedia, baterai dapat diisi dengan cepat dan dikosongkan dengan lambat. Ini akan menghemat sejumlah besar biaya dalam hal diesel dan sering penggantian baterai VRLA. Untuk kendaraan listrik, kemampuan mengisi ulang cepat membuat perbedaan besar dalam waktu mengisi ulang dibandingkan dengan bahan kimia lainnya. 10 menit untuk baterai berbasis LTO dibandingkan dengan 8 jam untuk bahan kimia tertentu. (Whittingham, 1976)
2.4. Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan lembaran anoda adalah sebagai berikut:
2.4.1. Serbuk Li4Ti5O12 (LTO)
Sifat fisik dan kimia dari serbuk LTO adalah: berbentuk padat (serbuk), berwarna
putih, tidak berbau, titik lelehnya > 1,000 °C (> 1,832 °F).
Efek terhadap kesehatan jika terjadi kontak terhadap bahan ini adalah jika terkena kulit dapat menyebabkan iritasi kulit, kerusakan mata serius / iritasi mata, mungkin berbahaya bila terhirup yang dapat menyebabkan iritasi saluran pernafasan dan berbahaya jika tertelan. Gejala paling penting dari efek kesehatan tersebut adalah pusing, iritasi, batuk dan sesak nafas.
Tabel 2.1 Spesifikasi serbuk LTO
Kapasitas pada pemakaian 0.5C mAh/g >161.2 Tingkat coulomb pada siklus pertama % 95.5
Kapasitas pada pemakaian 1C mAh/g >150.2
Kapasitas pada pemakaian 10C mAh/g >126.1
Kapasitas pada pemakaian 1C dibagi dengan kapasitas pada pemakaian 0.5C
% 93.2
2.4.2. PVDF
Polyvinylidene fluoride atau Polyvinylidene difluorida (PVDF) adalah bahan
polimerisasi yang berbahaya dengan rumus kimia C2H2F2. PVDF memiliki
karakteristik kimia dan fisika sebagai berikut: berbentuk pellet, berwarna putih dan tidak berbau, berat jenis 1,76 - 1,80, kelarutan dalam air dapat diabaikan, Hidrogen Fluorida (HF) memiliki NAB 3 ppm, titik lelehnya 165 °C (329 °F), tekanan uap 20 hPa (15 mmHg) pada 32°C (90°F) , densitasnya 1,78 g/mL pada 25°C (77°F).
Bahan ini stabil secara kimiawi di bawah kondisi penyimpanan dan penanganan yang normal serta dapat diantisipasi. Meskipun tidak begitu
Hasil dekomposisi dari Hidrogen Fluorida (HF) tersebut sangat korosif dan dapat menyebabkan luka bakar parah yang mungkin tidak segera terlihat atau
menyakitkan. Paparan HF dapat berakibat fatal jika diserap melalui kulit, terhirup atau tertelan. Dalam semua kasus paparan hidrogen fluorida utama (termasuk luka bakar pada kulit pada telapak tangan) mengakibatkan hipokalsemia. Pasien dengan luka bakar pada leher atau wajah, atau dengan tanda-tanda iritasi pernafasan, harus dipantau untuk edema paru, dan edema saluran napas pada pernafasan obstruksi. Perawatan pernapasan harus diawasi secara teliti dan lebih lanjut diberikan sebesar 2,5% kalsium glukonat oleh nebulization. Jika rasa sakit terus berlanjut lebih dari 30 menit, pertimbangkan untuk menyuntikkan kalsium glukonat (5%) ke dalam jaringan kulit di sekitar daerah yang terkena. Pada saat proses pemakaian produk, diharuskan pada ruangan yang memiliki ventilasi memadai. Simpan pada wadah tertutup rapat. Hindari dari menghirup asap atau uap pengolahan. (MSDS PVDF)
2.4.3. Super-P
Super P adalah campuran superplasticizing yang dapat mengurangi jumlah air yang dibutuhkan tanpa mempengaruhi konsistensi campuran. Aplikasi utama yang dibuat yaitu di pabrik perkerasan, beton dan lembaran. Manfaat dari penggunaan
bahan Super-P adalah meningkatkan campuran plastisitas untuk penanganan lebih mudah dan cepat, meningkatkan daya tahan dan kekuatan, mengurangi penyusutan, membuatnya lebih mudah untuk mendapatkan permukaan halus dan mengurangi permeabilitas. Pemakaian bahan Super-P harus pada saat yang sama dengan agregat kering. Campur selama satu menit untuk memastikan dispersi lengkap. Super-P harus ditambahkan secara terpisah dari admixtures lainnya.
Efek terhadap kesehatan dapat menyebabkan iritasi mata atau iritasi kulit, berpotensi pada efek kesehatan choronic: studi pada hewan menunjukkan bahwa
dietilen glikol monobutil eter memiliki efek reversibel pada organ manusia seperti hati, ginjal, sistem darah.
Pertolongan pertama jika terjadi kontak mata yaitu basuh segera dengan air selama minimal 15 menit, jika kontak dengan kulit: cuci dengan sabun dan bilas dengan air, segera hubungi dokter jika iritasi berkembang. Jika terjadi inhalasi pindahkan ke udara segar, jika napas terhenti, berikan napas buatan. (MSDS Super-P)
2.4.4. N,N-DMAC (N,N-Dimethylacetamide)
N,N-DMAC merupakan bahan kimia yang umumnya digunakan dalam penyusunan formula kimia untuk aplikasi industri, pembuatan zat kimia lain (digunakan sebagai perantara), dan sebagai pelarut dalam proses industri.
Sifat fisik dan kimia dari N,N DMAC adalah bahan ini berupa cairan tak berwarna hingga kuning dan memiliki bau amonia lemah, memiliki titik beku -20°C dan titik didih 165-166°C, non-eksplosif namun dianggap sebagai cairan yang tidak mudah terbakar. Nilai pH 4 (200g/l , 20°C), titik lebur -20°C, flash point 64.0°C. Batas ledakan bawah 5-15°C dibawah titik nyala. Batas ledakan atas
nyala pada suhu 345°C. Tekanan uap 2,0 mbar (20°C), densitas 0.94 g/cm3 (20°C), kepadatan relatif 0.94. Koefisien Partisi noctanol/air (log Pow) -0.77 (25°C) , dekomposisi termal 420°C, > 120 kJ/kg. Viskositas dinamis 0,92 mPa.s (25°C). Kelarutan dalam air > 1.000 g/l (20°C), massa molar 87.12 g/mol.
2.4.5. Cu Foil
Sifat fisik dan kimia dari Cu foil yaitu: berbentuk padat dalam lembaran,
berwarna keemasan, tidak berbau dan memiliki densitas 8.9 g/cm3. Adhesive acrylic bersifat konduktif, ketebalan berkisar 1,4 mil (0,04mm) dan tebal total (ASTM D1000) 3,5 mils (0,088mm). Pertambahan panjang 5%. Kekuatan adhesi (ASTM D3330) 35 oz (3.8 N / 10 mm). Rentang suhu -40ºC sampai +130ºC.
Efek kesehatan yang dapat merugikan manusia yaitu: debu pada proses inhalasi dapat menyebabkan iritasi. Jika terjadi kontak dengan debu dari bahan maka dapat menyebabkan iritasi pada mata.
Perlindungan tangan dapat dilakukan dengan menggunakan sarung tangan untuk melindungi tangan dari tepi lembaran tembaga yang tajam selama penanganan material. Perlindungan Pernapasan: Jika ada debu atau asap, menggunakan respirator sesuai dengan standar NIOSH/MSHA. Perlindungan mata: dapat mengunakan kacamata pengaman. Perlindungan kulit dan tubuh dengan memakai pakaian bersih atau sarung tangan pelindung. Simpan jauh dari
kelembaban dan tetap di bawah suhu 25oC & 60% RH untuk mencegah dari
oksidasi.
2.5. Karakterisasi
Karakterisasi yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi:
2.5.1. Karakterisasi morfologi komposit lembaran anoda dengan SEM-EDS
Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut:
1. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan
anoda.
2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.
3. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai.
4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).
Secara lengkap skema SEM dijelaskan oleh gambar dibawah ini:
Gambar 2.7. Prinsip kerja SEM (Sumber: Encyclopedia Britannica, Inc, 2008)
Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan inelastis didapatkan sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X sedangkan dari pantulan elastis didapatkan sinyal backscattered electron.
secara kunatitatif dari persentase masing – masing elemen. (materialcerdas.wordpress.com)
2.5.2. Karakterisasi gugus fungsional dengan FTIR (Fourier Transform
Infrared)
Spektrofotometri infra-merah merupakan alat rutin dalam penemuan gugus fungsional, pengenalan senyawa, dan analisa campuran. Kebanyakan gugus, seperti C-H, O-H, C=N, dan C=N, menyebabkan pita absorpsi infra-merah, yang berbeda sedikit dari satu molekul ke yang lain tergantung pada substituen yang lain (Day dan Underwood,1990).
Pancaran infra-merah pada umumnya mengacu pada bagian spektrum elektromagnet yang terletak di antara daerah tampak dan daerah gelombang mikro. Bagi kimiawan organik, sebagian besar kegunaannya terbatas di antara 4000 cm-1 dan 666 cm-1 (2,5 – 15,0 μm). Akhir-akhir ini muncul perhatian pada
daerah infra-merah dekat, 14.290 – 4000 cm-1 (0,7 – 2,5 μm) dan daerah infra -merah jauh, 700 – 200 cm-1 (14,3 –50 μm) (Silverstein, dkk., 1986).
Spektrofotometri infra-merah juga digunakan untuk penentuan struktur, khususnya senyawa organik dan juga untuk analisis kuantitatif, seperti analisa kuantitatif pencemaran udara, misalnya karbon monoksida dalam udara dengan teknik non-dispersive (Khopkar, 2003).
Pada dasarnya Spektrofotometri FT-IR (Fourier Trasform Infra Red) adalah sama dengan spektrofotometri IR dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistim optiknya sebelum berkas sinar infra-merah melewati sampel.
Cara Kerja Alat Spektrofotometer FTIR
Sistem optik Spektrofotometer FT-IR seperti pada gambar dibawah ini
terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistem optik dari Spektrofotometer IR yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai sistem optik Fourier Transform Infra Red.
Gambar 2.8. Skema sistem kerja dari FTIR (Sumber:http://persembahanku.wordpress.com)
Pada sistem optik FT-IR digunakan radiasi LASER (Light Amplification
by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang
diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra-merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik.
Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer FT-IR adalah TGS (Tetra Glycerine Sulphate) atau MCT (Mercury Cadmium Telluride). Detektor
MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekwensi modulasi
tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra-merah
(http://id.wikipedia.org/wiki/Spektrofotometer_FTIR).
2.5.3. Karakterisasi Cyclic Voltamettry
Dalam teknik voltametri siklik, pemindaian potensial dilakukan dalam arah
Pada voltamogram siklik tersebut, pemindaian kearah potensial negatif
menghasilkan reaksi reduksi dengan arus puncak katodik pada potensial ,
sedangkan pemindaian kea rah sebaliknya menghasilkan arus puncak anodik
pada potensial puncak .
Gambar 2.9. Profil voltamogram siklik suatu reaksi redoks.
Untuk reaksi redoks yang berlangsung secara reversibel, karakteristik voltametri siklik yang dapat diamati adalah:
1. Pemisahan potensial antara dua arus puncak (∆E) adalah mV.
2. Posisi potensial puncak tidak dipengaruhi oleh laju pemindaian potensial.
3. Rasio arus puncak, , sama dengan satu.
4. Arus puncak berbanding lurus dengan akar laju pindai.
dan ∞ √
5. Seperti yang terjadi pada LSV, variasi laju pindai berpengaruh pada variasi tinggi arus puncak, tetapi tidak menggeser potensial puncak. (Bard, 2001)
2.5.4. Karakterisasi kapasitas baterai (Charge/Discharge)
Untuk mendapatkan performasi sebuah baterai maka diperlukan pengujian charge/discharge sehingga akan didapatkan besar kapasitas sel baterai. Baterai
sebagai sebuah sumber tegangan. Gambar 2.10 menunjukkan profil I-V pengisian baterai lithium ion rechargeable.
Gambar 2.10 Profil tegangan yang harus dipenuhi selama mengisi ulang sebuah baterai lithium.
