PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN
AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA
DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT N,N
DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)
SKRIPSI
YUNI AULIA UMI
110801005
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN
AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA
DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT N,N
DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
YUNI AULIA UMI
110801005
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
PERNYATAAN
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF
NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI
BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2015
Yuni Aulia Umi 110801005
PENGHARGAAN
“ Niscaya Allah akan meninggikan Orang-orang yang beriman diantara
Kamu dan orang-orang yang diberi Ilmu pengetahuan beberapa derajat”
(QS. Al-Mujadillah: 11)
Alhamdulillah, pujian tertinggi dilafazkan dalam ungkapan syukur tak terkira, kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam, Yang telah menurunkan AlQur’an sebagai petunjuk dan sumber ilmu pengetahuan bagi orang-orang yang berpikir. Salam teruntuk Baginda Rasulullah SAW, sang teladan terbaik, pemimpin yang cerdas dan menginspirasi ummat dalam mengembangkan potensi agar tercapai kemaslahatan melalui ilmu pengetahuan.
Paper sederhana ini dapat diwujudkan karena adanya dukungan dan fasilitas dari berbagai pihak, maka penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih kepada:
1. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku Sekretaris Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, dan seluruh staf pengajar beserta pegawai administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada penulis selama perkuliahan.
2. Drs. Fauzi, MS. Selaku dosen pembimbing I yang telah banyak membimbing, memberikan masukan, arahan, dan membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Fadli Rohman, M.Si. Selaku dosen pembimbing II di Pusat Penelitian Fisika LIPI, yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan masukan, arahan dan membantu penulis menghadapi berbagai hambatan selama penelitian.
4. Keluarga baru di Serpong, Bu Neneng, teteh Ilma izma dan Kak Ina yang telah menjaga dan merawat penulis selama penelitian. 5. Sahabat-sahabat seperjuangan : Khairani Nasution, Meilia krisanti,
Kartika Sari, Suci Purnama Sari, Shelly Maharani, Leny Daulay, Sri Rakhmawati, Elma Riska, Wiriya Sasmita dan Trimala Sari, terima kasih untuk dukungan dan semangatnya, untuk doa dan
tegurannya, untuk terus bersama dalam lelahnya perjuangan dan untuk terus menjadi keluarga bagi penulis.
6. Sahabat-sahabat Stambuk 2011 khususnya Fauzi, Ichsan, Dhina, Dea, Fahmi, Adimas, Zikri untuk semangat dan doanya.
7. Adik-adik kos, Lili, Alya, Samsi dan Sefrina atas doa dan semangatnya.
8. Orang tersayang Misdi yang telah memberikan semangat, perhatian dukungan, dan doa kepada penulis.
Terakhir, ungkapan terima kasih yang tak berbilang kepada orang orang tercinta, Bapak Agus suharno, Ibu Suryati, serta kedua adik ku Dian Kesuma dan Nur Azizah, untuk segala doa, pengorbanan, kasih sayang, dukungan dan semangat, karya sederhana ini aku persembahkan untuk kalian.
Tersebab sadar akan keterbatasan diri, masukan dan pengembangan lanjutan akan hasil penelitian ini diharapkan hadir sebagai proses perkembangan ilmu pengetahuan. Harapan sederhana, semoga teriring manfaat dalam tulisan ini.
Penulis
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF
NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI
PERSENTASE BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)
ABSTRAK
Salah satu sistem penyimpanan energi terbarukan yang banyak digunakan adalah
rechargeable lithium ion battery. Pada rechargeable lithium ion battery terdapat
empat bagian utama yang salah satunya adalah bagian anoda. Material anoda yang dipakai yaitu grafit alam. Maka, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) terhadap performa baterai. Bahasan utama dalam penelitian ini adalah menganalisa pengaruh variasi pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) dengan material aktif 37,5%, 33,3% dan 30% untuk melihat kapasitas baterai dari grafit alam. Identifikasi fasa yang terbentuk dilakukan dengan XRD, struktur mikro dan ukuran partikel dengan SEM, kapasitas baterai dengan uji charge/discharge, reaksi reduksi dan oksidasi dengan uji cyclic voltammetry. Hasil galvanostatic charge/discharge didapatkan hasil terbaik pada persentase perbandingan berat material aktif natural grafit dengan pelarut DMAC 30% dengan kapasitas charge 1,9 mAh dan kapasitas discharge 1,9 mAh pada cycle ke tiga dengan kapasitas spesifik 31,6 mah/g.
Kata kunci : Baterai ion lithium, grafit alam, kapasitas charge, kapasitas discharge, kapasitas spesifikasi.
PREPARATION LITHIUM ION BATTERY USING NATURAL GRAPHITE (NG) AS AN ANODE ACTIVE MATERIAL WITH VARIATION IN
WEIGHT FRACTION OF N, N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SOLVENT
ABSTRACT
One of the renewable energy storage system that is widely used is a rechargeable lithium ion battery. Rechrgeable in the lithium ion battery the are four main parts ,one of the main parts is anode. In this research anode active material is using by natural graphite. Thus, this astudy aims to determine the effect N,N dimethyl acetamide (DMAC) solvent to the battery performance .The main discussion of this study was to analyzed the efect of varision N,N dimethyl Acetamide (DMAC) solvent to the active material by 37,5 %, 33,3%, 30% to see the performance battery based natural graphite . identification characterization of natural graphite of using XRD and SEM , capacity in battery is testing by charge/discharge test and cycic voltammetry test. The result of charge/discharge test obtaned the best in the 30% weight percentage solvent DMAC, when charge capacity of in 1,9 mAh and discharge capacity of in 1,9 mAh in the third cycle with specification capacity 31,6 mAh/g.
Keywords: Lithium ion battery, natural graphite, charge capacity, discharge capacity,
DAFTAR ISI Halaman Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak v Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Grafik xi
Daftar Lampiran xii
BAB 1. PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 3 1.3 Batasan Masalah 3 1.4 Tujuan Penelitian 4 1.5 Manfaat Penelitian 4 1.6 Sistematika Penulisan 4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Baterai 6
2.1.1 Pengertian Baterai 6
2.1.2 Jenis-jenis Baterai 6
2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium 7
2.2.2 Bagian Utama pada Lithium Ion Battery 7
2.2.3 Prinsip Kerja Baterai Lithium 10
2.3 Karbon Sebagai Bahan Anoda 12
2.3.1 Grafit 13
2.4 Bahan Katoda Untuk Baterai Lithium 15
2.4.1 Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) 15
2.5 Komponen Tambahan Penyusun Anoda Baterai 15
2.5.1 Binder Polyvinilidene Flouride (PVDF) 15
2.5.2 Zat aditif Acetylene Black (AB) 16
2.5.3 Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) 16
2.6 Prosedur Pengujian 17
2.6.1 Analisa Struktur kristal dengan XRD 17
2.6.2 Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopi) 18
2.6.3 Pengujian Charge-Discharge 20
2.6.4 Pengujian Cyclic Voltammetry 21
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 23
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 23
3.2 Peralatan dan Bahan 23
3.2.1 Peralatan 23
3.2.2 Bahan 24
3.3 Variabel penelitian 25
3.4 Prosedur Penelitian 25
3.4.1 Diagram alir 26
3.4.3 Pembuatan Slury 27
3.4.4 Pembuatan Lembaran Anoda 27
3.4.5 Calendering dan Pemotongan Lembaran Anoda NG 28
3.4.6 Asembly Baterai 29
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 30
4.1 Pembuatan Lembaran Anoda Berbasis NG Baterai Lithium 30
4.2 Analisa XRD 32
4.3 Analisa SEM 33
4.4 Analisa Cyclic Voltammetry 35
4.5 Analisa Charge-discharge 38
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 46
5.1 Kesimpulan 46
5.2 Saran 46
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Tabel
Tabel 2.1 Beberapa Material yang Dipakai Untuk Anoda 8
Tabel 2.2 Beberapa Material yang Dipakai Untuk katoda 9
Tabel 3.1 Komposisi Pencampuran Bahan Baku 25
Tabel 4.1 Parameter pada sampel sel anoda NG kalsinasi dan NG tanpa 31 Kalsinasi
Tabel 4.2 Analisa struktur kristal untuk NG tanpa kalsinasi 33
Tabel 4.3 Hasil Peak list graphite 33
Tabel 4.4 Hubungan hasil charge-discharge dan cyclic voltammetry 38 Tabel 4.5 Performa baterai pada charge-discharge siklus pertama 43 Tabel 4.6 Performa baterai pada charge-discharge siklus kedua 43 Tabel 4.7 Performa baterai pada charge-discharge siklus ketiga 44
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman Gambar
Gambar 2.1 Proses Charging Pada Baterai Lithium 11
Gambar 2.2 Proses Discharging Pada Baterai Lithium 11
Gambar 2.3 Grafit yang Dibentuk oleh Tumpukan Lembaran Graphene 14
Gambar 2.4 Struktur Kimia PVDF 16
Gambar 2.5 Difraksi sinar-x oleh atom-atom pada bidang kristal 18
Gambar 2.6 Diagram SEM 20
Gambar 2.7 Sinyal Eksitasi Untuk Voltametri Siklik 22
Gambar 2.8 Voltamogram 22
Gambar 3.1 Lembaran Anoda Natural Graphite yang Dikeringkan 28
Gambar 3.2 Desain Lembaran Anoda Natural Graphite 28
DAFTAR GRAFIK
Nomor Judul Halaman Grafik
Grafik 4.1 Grafik hubungan sudut difraksi (2θ(˚)) terhadap Intensitas (Cps) 32 Pada hasil XRD natural graphite
Grafik 4.2 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada 35 hasil uji Cyclic voltammetry Sampel A
Grafik 4.3 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada 36 hasil uji Cyclic voltammetry Sampel B
Grafik 4.4 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada 37 hasil uji Cyclic voltammetry Sampel C
Garfik 4.5 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada 37 hasil uji Cyclic voltammetry Sampel D
Grafik 4.6 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap 39 Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel A
Grafik 4.7 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap 40 Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge Sampel B
Grafik 4.8 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap 41 Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel C
Grafik 4.9 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap 42 Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel D
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran Judul Halaman
LAMPIRAN A Bahan dan alat percobaan 49
LAMPIRAN B Proses Pembuatan Baterai Lithium Prismatik 54
LAMPIRAN C Pengujian Serbuk 56
LAMPIRAN D Pengujian Performa Baterai 62
