SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe
0.9-xMn
xNi
0.1PO
4/C KONSENTRASI Mn 0
≤ x≤ 0.2
SKRIPSI
ELMARISKA KHAIRANI
110801004
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2
SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe
0.9-xMn
xNi
0.1PO
4/C KONSENTRASI Mn 0
≤ x≤ 0.2
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat
mencapai gelar Sarjana Sains
ELMARISKA KHAIRANI
110801004
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA
LiFe0.9-xMnxNi0.1PO4/C KONSENTRASI ANTARA Mn 0 ≤ x ≤ 0.2
Kategori : SKRIPSI
Nama : ELMARISKA KHAIRANI
Nomor Induk Mahasiswa : 110801004
Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA
Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM (MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Disetujui di
Medan, Agustus 2015
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua, Pembimbing,
PERNYATAAN
SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe0.9-xMnxNi0.1PO4 KONSENTRASI Mn ANTARA 0 ≤ x ≤ 0.2
/C
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2015
PENGHARGAAN
Syukur alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang
telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
tugas akhir. Salawat beriring salam teruntuk nabi besar Muhammad SAW yang
menjadi teladan dalam menjalani kehidupan.
Tugas akhir merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar
sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan diatas penulis mengerjakan
tugas akhir dengan judul : “ SINTESIS MATERIAL AKTIF LiFe
0.9-xMnxNi0.1PO4
Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya
penyusunan skripsi ini bayak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih
dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
/C KONSENTRASI Mn ANTARA 0 ≤ x ≤ 0.2 ”. Yang
dilaksanakan di Laboratorium Baterai Lithium Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia, Serpong, Tangerang Selatan, Banten.
1. Kedua orangtua saya yang tersayang Ayahanda Sotar Harahap dan Ibunda
Kholijah Ray S.Pd dan adik saya Nanda Mulia Riski yang tulus
menyayangi penulis dan tak henti-hentinya memberikan nasehat, doa, serta
materi maupun moril.
2. Bapak Dr. Sutarman M.Sc selaku Dekan Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Medan.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika
Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Medan.
4. Bapak Prof. Dr. Timbangen S, M.Sc. selaku Dosen pembimbing I dan
Dr.Ir. Bambang prihandoko,M.T selaku Dosen pembimbing II, Dr. Anwar
5. Sekretaris penguji yang telah memberikan kritik, saran, dan arahan kepada
penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
6. Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M. Eng, selaku Kepala Laboratorium
Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong.
7. Bapak Ibrahim Purwiardi M,Si, Bapak Abdul Majid,Bapak Slamet
Priyono M,Si, Kak Reza, selaku pembimbing lapangan yang telah
memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini.
8. Bapak Poltak Sihombing Ph.D selaku Dosen wali penulis selama
mengikuti perkuliahan.
9. Seluruh Staf dosen, Pembantu Dekan, Pegawai Departemen Fisika FMIPA
USU
10. Sahabat terbaik saya Andi S Lubis dan Wiriya Sasmita,Paulina Auliya
Lubis buat motivasi, doa dan dukungannya yang tak henti-henti kepada
penulis..
11. Sahabat-sahabat saya Leni Daulay, Sri Rakhmawati, Intan Zahar, Tri Mala
Sari, Henni Setia Ningsih, Yuni Aluia Umi, Khairani Nasution, Kartika
Sari, Sri Handika Pratiwi, Shelly Maharani, Meilia Krisanti, Suci Purnama
Sari, Nur Aliyah Pulungan, Nur Samsi Hutabarat, Sefrina, dan Lily
Fahlilah Hadifuro, Sahrina Dewi Nasution, Mutiara, Rina Windayani dan
Mas Bintang, dan Suwita Army. Yang tak henti-hentinya memberikan
semangat, doa, dukungan kepada penulis.
12. Seluruh teman – teman angkatan 2011 yang telah memberikan dukungan
dan bantuan.
Medan, Agustus 2015
SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe
0.9-xMn
xNi
0.1PO
4/C KONSENTRASI Mn 0
≤
x
≤
0.2
ABSTRAK
Salah satu komponen dalam sistem sel baterai Lithium adalah kathoda. Sintesa
material katoda dapat dilakukan dalam berbagai methode, salah satunya adalah
metalurgi serbuk. Metalurgi serbuk adalah methoda yang paling mudah, namun
prosesnya memakan banyak waktu dan energi. Dalam penelitian ini dilakukan
sintesa material katoda LiFeMnNiPO4/C melalui route metalurgi serbuk. Bahan
yang digunakan adalah serbuk LiOH.H2O, Fe2O3, MnO2, Ni, cairan H3PO4 dan
Tepung tapioka. Proses sintesa diawali dengan dengan proses kalsinasi pada suhu
700℃ selama 2 jam. Setelah bahan setengah jadi ini menjadi serbuk, kemudian di
sintering pada suhu 800℃ selama 8 jam. Material katoda LiFeMnNiPO4/C yang
didapat selanjutnya direduksi menjadi serbuk melalui penggerusan dengan mortar
dan ayakan berukuran 200 mesh atau ball milling selama 3 jam. Untuk
menentukan methoda yang homogen dalam serbuk, dilakukan analisa besar
serbuk dengan X-ray Diffraction (XRD). Fasa yang terbentuk dari proses sinter
dikarakterisasi dengan XRD, sementara morfologi serbuk dan kandungan serbuk
dianalisa dengan SEM. Konduktifitas material kathoda diuji dengan alat
Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Dari penelitian ini didapat serbuk
katoda LiFeMnNiPO4/C dengan konduktifitas tertinggi sebesar 3 x 98 10-3 S/cm.
SYNTHESIS OF CHATODE ACTIVE MATERIAL
LiFe
0.9xMn
xNi
0.1PO
4/C CONSENTRACION Mn 0
≤
x
≤
0.2
ABSTRACT
Cathode is a component of the Lithium Battery. Cathode material can be
synthesized by different methods, i.e. powder metallurgy. This method is simple,
but it consumes much time and energy as well. Cathode material LiFeMnNiPO4/C
was synthesized in this research using a powder of LiOH.H2O, Fe2O3, MnO2, Ni,
liquid H3PO4 and carbon as the start materials. Calcination, powder, and sintering
are steps in powder metallurgy. Variasi of sintering time and temperature had
been exercised in this reserach to get an optimum sinter condition. The phases
resulted from this method were analyzed by XRD. The size of the cathode
material was further reduced by ball milling for 3 hours or crushing manually in a
mortar and sieved 200 mesh. The powder homogenisation was analyzed by X-Ray
Diffraction (XRD) equipment. Morphology and the element content of the powder
were analyzed by SEM. Conductivity of this sheet is observed by Electrochemical
Impedance Spectroscopy (EIS) equipment. showed highest conductivity, i.e. 3 x
98 103 S/cm.
vii
Daftar Tabel viii
Daftar Gambar x
Daftar Grafik xi
Daftar Lampiran xiii
BAB 1. PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan Penelitian 2
1.4 Manfaat Penelitian 2
1.5 Batasan Masalah 3
1.6 Sistematika Penulisan 4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 Pengertian Baterai 5
2.1.1 Baterai Primer 5
2.1.2Baterai Sekunder 5
2.2 Baterai Lithium 6
2.3.1 Lithium Mangan Oxide (LiMnO2 2.3.2 Lithium Iron Phospate (LiFePO
) 10
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 19
3.3.1 Tahap Persiapan Komposisi Bahan Baku 20
3.3.2Tahap Proses Penimbangan 21
3.3.3 Tahap Proses Pencampuran 21
3.3.4 Tahap Proses Pengeringan 22
3.3.5 Tahap Proses Pembakaran (Sintering) 22
3.4 Diagram Alir Penelitian 23
3.4.1 Tahap Penelitian 23
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 24
4.1 Karakterisasi Materia Aktif dengan XRD 24 4.1.1 Hasil XRD LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4
4.3 Konduktivitas EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) 33
/C 31
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 39
/C 36
5.1 Kesimpulan 39
5.2 Saran 39
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
Tabel 3.1 Komposisi Sampel LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4
Tabel 3.2 Komposisi Sampel LiFe
/C 20
0.8Mn0.1Ni0.1PO4 Tabel 3.3 Komposisi Sampel LiFe
/C 22
0.9Ni0.1PO4 Tabel 4.1 Material Aktif LiFe
/C 22
0.7Mn0.2Ni0.1PO4 Tabel 4.2 Material Aktif LiFe
/C 24
0.8Mn0.1Ni0.1PO4 Tabel 4.3 Material Aktif LiFe
/C 26
0.9Ni0.1PO4 Tabel 4.4 X-Vs-Rs Material Aktif dari LiFe
/C 27
0.7Mn0.2Ni0,1PO4 Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Konduktivitas LiFe
/C 33
0.7Mn0.2Ni0.1PO4 Tabel 4.6 X-Vs-Rs Material Aktif dari LiFe
/C 34
0.8Mn0.1Ni0.1PO4 Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Konduktivitas LiFe
/C 35
0.8Mn0.1Ni0.1PO4 Tabel 4.8 X-Vs-Rs Material Aktif dari LiFe
/C 36
0.9Ni0.1PO4 Tabel 4.9 Hasil Pengukuran Konduktivitas LiFe
/C 37
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 2.1 Struktur Sel Sebuah Baterai 8
Gambar 2.2 Serbuk Lithium Hydroxida 12
Gambar 2.3Serbuk Hematite 12
Gambar 2.4 Serbuk Mangan dioxide 13
Gambar 2.5 Serbuk Nikel 13
Gambar 2.6 Cairan Phosporic Acid 14
Gambar 2.7 Difraksi Sinar X oleh Atom-Atom Pada Bidang Kristal 14
Gambar 2.8 Skema sebuah peralatan SEM 15
Gambar 2.9 Skemati setup pengukuran EIS 19
Gambar 4.1 Hasil Mapping LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4
Gambar 4.2 Hasil SEM LiFe
/C 28
0.7Mn0.2Ni0.1PO4 Gambar 4.3 Hasil Mapping LiFe
/C 29
0.8Mn0.1Ni0.1PO4 Gambar 4.4 Hasil SEM LiFe
/C 29
0.8Mn0.1Ni0.1PO4 Gambar 4.5 Hasil Mapping LiFe
/C 31
0.9Ni0.1PO4 Gambar 4.6 Hasil SEM LiFe
/C 31
DAFTAR GRAFIK
Nomor Judul Halaman
Grafik
Grafik 4.1 Hasil XRD Material Aktif LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4
Grafik 4.2 Hasil XRD Material Aktif LiFe
/C 24
0.8Mn0.1Ni0.1PO4 Grafik 4.3 Hasil XRD Material Aktif LiFe
/C 25
0.9Ni0.1PO4 Grafik 4.4 Grafik Cole-Cole Material Aktif LiFe
/C 26
0.7Mn0.2Ni0.1PO4 Grafik 4.5 Grafik Cole-Cole Material Aktif LiFe
/C 33
0.8Mn0.1Ni0.1PO4 Grafik 4.6 Grafik Cole-Cole Material Aktif LiFe
/C 35
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran Judul Halaman
LAMPIRAN A Alat dan Bahan 42
LAMPIRAN B Proses Pembuatan Serbuk LiFeMnNiPO4
LAMPIRAN C Perhitungan Stoikiometri Secara Manual 48
/C 46
LAMPIRAND Pengamatan SEM 53
