PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO
(Li
4Ti
5O
12) TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION
LITHIUM
SKRIPSI
SUCI PURNAMA SARI
110801020
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO
(Li
4Ti
5O
12) TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION
LITHIUM
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
SUCI PURNAMA SARI
110801020
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
OLEH:
Suci Purnama Sari NIM : 110801020
Disetujui Oleh: Komisi Pembimbing
Drs. Herli Ginting, MS. Slamet Priyono, S.Si., M.T. NIP :195505191986011001 NIP :198610152009121004
Diketahui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU Pusat Penelitian Fisika-LIPI Ketua, Kepala,
PERNYATAAN
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2015
PENGHARGAAN
Allah telah menurunkan air (hujan) dari langit, maka mengalirlah air di lembah-lembah menurut ukurannya, maka arus itu membawa buih yang mengembang. Dan dari apa (logam) yang mereka lebur dalam api untuk membuat perhiasan
atau alat-alat, ada (pula) buihnya seperti buih arus itu. Demikianlah Allah membuat perumpamaan (bagi) yang benar dan yang batil. Adapun buih itu, akan
hilang sebagai sesuatu yang tak ada harganya; adapun yang memberi manfaat kepada manusia, maka ia tetap di bumi. Demikianlah Allah membuat
perumpamaan-perumpamaan. (Ar-Ra’d :17)
Alhamdulillah, ucapan syukur yang tak terkira kepada Sang Pencipta alam semesta, Allah SWT yang telah memberikan begitu banyak kenikmatan berupa Iman dan Islam. Shalawat beriringkan salam ditujukan kepada baginda Rasulullah saw yang memiliki peranan besar dalam peradaban dunia dan menjadi tauladan paling sempurna hingga saat ini.
Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari partisipasi dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada :
1. Dr. Sutarman, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika & Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.
2. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku Sekertaris Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, dan seluruh staf pengajar beserta pegawai administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada penulis selama perkuliahan.
3. Drs. Herli Ginting, MS. selaku komisi pembimbing di Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan masukan dan arahan dalam penyelesaian skripsi.
4. Slamet Priyono, S.si. MT. selaku komisi pembimbing di Pusat Penelitian Fisika LIPI, yang telah memberikan banyak pengetahuan dan selalu sabar dalam membimbing penulis selama penelitian.
5. Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, Dra. Manis Sembiring, MS dan Awan Maghfirah, S.Si., M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak saran yang membuat skripsi ini lebih baik.
motivasi dan nasehat. Terima kasih telah memberikan warna indah dalam hidup ini.
7. Keluarga besar UKMI Al-Falak dan KAM Rabbani yang telah menjadi perantara kepada penulis dalam mengenal dakwah dan terus belajar tentang arti kehidupan yang sesungguhnya.
8. Perempuan-perempuan luar biasa; Kak Nana, Mbak Irma, Masyuni, Sri Handika, Fatimah Marwah Nst, Rossa dan Desy. Terima kasih atas jalinan ukhuwah yang telah diberikan.
9. Keluarga besar Laboratorium Fisika Dasar LIDA, yang telah memberikan kesempatan penulis untuk bisa mengembangan potensi dan keilmuan. Kepada Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc., Dr. Tulus Ikhsan Nst, Kak Melly, Kak Mora, Kak Pepi, Wulan. Terima kasih.
10. Keluarga baru di Serpong, Bu Neneng, Kak Ina, Teteh, Bu Eva. Terima kasih untuk semua dukungan.
11. Teman-teman satu bimbingan selama di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah membantu peneliti dalam menjalani penelitian; Arin Gudesma dan Raras.
12. Adik-adik junior dan tarbiyah; Miska, Fitri, Mona, Widya, Rahma, Nur Rahmah, Ayu, Zakia, Khodijah, Lina, Eli, Putri, Wana, Rica, Vivi, Elvi, Ria. Terima kasih atas doa dan dukungan kalian.
13. Teman-teman seperjuangan; Khairani Nasution, Yuni Aulia Umi, Meilia Krisanti, Kartika Sari, Shelly Maharani, Sri Rakhmawati dan Leni Daulay. Terima kasih atas kebersamaan yang diberikan baik dalam suka maupun duka selama menjalani penelitian.
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.
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh komposisi serbuk LTO pada pembuatan lembaran anoda. Variasi komposisi serbuk LTO:PVDF:Super P yaitu 77:15:8 , 85:10:5 dan 90:7:3 % wt. Pembuatan lembaran dengan mencampurkan bahan serbuk PVDF dengan pelarut N-N,DMAC dan kemudian ditambahkan dengan serbuk Super P dan LTO sehingga terbentuk slurry. Kemudian dilakukan pengcoatingan slurry pada Cu foil dan dikeringkan pada oven hingga terbentuk lembaran. Lembaran yang sudah jadi dilakukan analisis morforlogi/komposisi unsur dan gugus fungsi dengan SEM/EDX dan FTIR. Sedangkan performa baterai meliputi Cyclic Voltammetry (CV) dan Charge/Discharge (CD) yang dilakukan dengan Automatic battery cycler. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa pencampuran bahan pada komposisi 77:15:8 %wt homogen dikarenakan komposisi yang seimbang dari masing-masing bahan sehingga tersebar merata pada seluruh permukaan (tidak ada yang mendominasi) dan dari hasil analisis EDX menunjukan persentase unsur pada masing-masing sampel. Pengujian FTIR menunjukan bahwa tidak terjadinya reaksi kimia antara LTO dengan PVDF dilihat dari tidak adanya gugus Li-F pada wavenumber 1191 cm-1. Sifat elektrokimia sel terbaik pada komposisi 77:15:8 %wt yang dilihat dari kurva CV yaitu terbentuknya pasangan puncak redoks dan dari grafik charge/discharge didapat kapasitas dari LTO 160 mAHr/g.
INFLUENCE OF COMPOSITIONS IN MANUFACTURING ANODELTO (Li4Ti5O12) TO PERFORMANCE CELLOF LITHIUMIONBATTERY
ABSTRACT
Research has conducted on the effect of the variation composition of powder LTO in manufacturing of the laminate anode. Variations composition of powder LTO: PVDF: Super P is 77: 15: 8, 85: 10: 5 and 90: 7: 3 %wt. Manufacture of laminate by mixing the powder material PVDF with solvents N,N-DMAC and then added to the powder Super P and LTO to form a slurry. Then slurry is coating on Cu foil and dried in oven to form a laminate. Laminate which has been so finished to
analyzed morforlogi /elemental of composition and functional groups with SEM/EDX and FTIR. While the battery performance include CV and CD performed with the Automatic battery cycler. The results of SEM analysis indicated that the mixing of ingredients in the composition of 77: 15: 8 is homogeneous because balanced of composition from each material that is spread evenly on the entire surface (no one dominates) and the results of EDX analysis showed the percentage of each element in samples. FTIR testing not showed that chemical reaction between LTO with PVDF seen from the absence of Li-F group at wavenumber 1191 cm-1. Best cell electrochemical properties on the composition of 77: 15: 8 %wt as seen from the curve CV is the establishment of a redox couple and from graph charge /discharge obtained capacity of LTO is 160 mAH/g.
Keywords : Lithium Titanate, SEM-EDX, FTIR, Cyclic voltammetry,
2.5.3. Karakterisasi Cyclic Voltamettry 27
2.5.4. Karakterisasi kapasitas baterai (Charge/Discharge) 28
BAB 3. Metode Penelitian 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian 30
3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian 30
3.2.1 Bahan 30
3.2.2 Peralatan Penelitian 30
3.3. Perhitungan massa bahan 32
3.4. Tahapan Penelitian 33
3.5. Prosedur Penelitian 34
BAB 4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Sifat Fisis 35
4.1.1. Morfologi 35
4.1.2. Gugus Fungsi 44
4.2. Sifat Elektrokimia Sel Baterai 47
4.2.1. Cyclic Voltammetry (CV) 47
4.2.2. Charge/Discharge (CD) 50
BAB 5. Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan 53
5.2. Saran 53
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Tabel
2.1. Spesifikasi serbuk LTO 21
3.1. Perbandingan komposisi bahan dalam (gr) 32 4.1. Persentase unsur dengan EDS 40 4.2. Akumulasi data wavenumber dari sampel A, B dan C
menggunakan FTIR yang dicocokan berdasarkan literatur 42
4.3. Data tegangan lembaran LTO 44
DAFTAR GAMBAR
2.3. Empat desain sel umum baterai: a.silinder, b.koin, c.prismatik, dan d.datar 12
2.4. Perbandingan keunggulan dari masing-masing jenis baterai 13
2.5. Skema dari bahan elektroda dalam baterai Li-ion 15
2.6. Kemungkinan komposisi lapisan SEI pada anoda grafit dalam baterai Li-ion 16
4.2. Permukaan sampel lembaran LTO pada sampel A, B dan C dengan perbesaran 1000 kali 36
4.3. Permukaan sampel lembaran LTO pada sampel A, B dan C dengan perbesaran 10000 kali 37
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
LAMPIRAN A Perhitungan Komposisi Bahan 58
LAMPIRAN B 1. Gambar Bahan Penelitian 60
2. Gambar Peralatan Penelitian 62
PENGARUH KOMPOSISI LEMBARAN ANODA LTO (Li4Ti5O12)
TERHADAP PERFORMA SEL BATERAI ION LITHIUM
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh komposisi serbuk LTO pada pembuatan lembaran anoda. Variasi komposisi serbuk LTO:PVDF:Super P yaitu 77:15:8 , 85:10:5 dan 90:7:3 % wt. Pembuatan lembaran dengan mencampurkan bahan serbuk PVDF dengan pelarut N-N,DMAC dan kemudian ditambahkan dengan serbuk Super P dan LTO sehingga terbentuk slurry. Kemudian dilakukan pengcoatingan slurry pada Cu foil dan dikeringkan pada oven hingga terbentuk lembaran. Lembaran yang sudah jadi dilakukan analisis morforlogi/komposisi unsur dan gugus fungsi dengan SEM/EDX dan FTIR. Sedangkan performa baterai meliputi Cyclic Voltammetry (CV) dan Charge/Discharge (CD) yang dilakukan dengan Automatic battery cycler. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa pencampuran bahan pada komposisi 77:15:8 %wt homogen dikarenakan komposisi yang seimbang dari masing-masing bahan sehingga tersebar merata pada seluruh permukaan (tidak ada yang mendominasi) dan dari hasil analisis EDX menunjukan persentase unsur pada masing-masing sampel. Pengujian FTIR menunjukan bahwa tidak terjadinya reaksi kimia antara LTO dengan PVDF dilihat dari tidak adanya gugus Li-F pada wavenumber 1191 cm-1. Sifat elektrokimia sel terbaik pada komposisi 77:15:8 %wt yang dilihat dari kurva CV yaitu terbentuknya pasangan puncak redoks dan dari grafik charge/discharge didapat kapasitas dari LTO 160 mAHr/g.
INFLUENCE OF COMPOSITIONS IN MANUFACTURING ANODELTO (Li4Ti5O12) TO PERFORMANCE CELLOF LITHIUMIONBATTERY
ABSTRACT
Research has conducted on the effect of the variation composition of powder LTO in manufacturing of the laminate anode. Variations composition of powder LTO: PVDF: Super P is 77: 15: 8, 85: 10: 5 and 90: 7: 3 %wt. Manufacture of laminate by mixing the powder material PVDF with solvents N,N-DMAC and then added to the powder Super P and LTO to form a slurry. Then slurry is coating on Cu foil and dried in oven to form a laminate. Laminate which has been so finished to
analyzed morforlogi /elemental of composition and functional groups with SEM/EDX and FTIR. While the battery performance include CV and CD performed with the Automatic battery cycler. The results of SEM analysis indicated that the mixing of ingredients in the composition of 77: 15: 8 is homogeneous because balanced of composition from each material that is spread evenly on the entire surface (no one dominates) and the results of EDX analysis showed the percentage of each element in samples. FTIR testing not showed that chemical reaction between LTO with PVDF seen from the absence of Li-F group at wavenumber 1191 cm-1. Best cell electrochemical properties on the composition of 77: 15: 8 %wt as seen from the curve CV is the establishment of a redox couple and from graph charge /discharge obtained capacity of LTO is 160 mAH/g.
Keywords : Lithium Titanate, SEM-EDX, FTIR, Cyclic voltammetry,
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat sekarang, dunia telah mengalami krisis energi dan masalah lingkungan akibat penggunaan energi fosil untuk kendaraan konvensional, sehingga penggunaan kendaraan listrik sangat diperhitungkan untuk mengatasi masalah tersebut (Lu, 2013 ; Hu, 2010). Menurut perkiraan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.1, pada tahun 2020, penjualan HEVs, PHEVs dan EVs akan mencapai sekitar 40 juta kendaraan, yang mewakili kira-kira setengah dari total pasar. HEVs akan terus memimpin jalan, membuat sebagian besar penjualan kendaraan listrik meningkat dan menunjukkan pergeseran dari NiMH ke baterai ion lithium. Perkiraan ini jelas menyatakan bahwa setidaknya selama 10 tahun ke depan, pasar mobil akan terdiri dari beberapa jenis kendaraan (ICES, HEVs, PHEVs, EVs) serta berbagai jenis baterai (NiMH, lithium-ion, lead-acid). Sumber industri lain setuju bahwa semua kemungkinan akan berkembang secara bersama, bertahap dan pada lokasi yang berbeda, sehingga mungkin tidak ada pemenang tunggal yang jelas (Wise, 2010).
Gambar 1.1. Perkiraan global pada kendaraan listrik , 2010-2020 (PRTM, 2010) Beberapa perkiraan pasar yang lebih sederhana. Menurut Total Battery
Consulting (TBC), misalnya pasar kendaraan untuk EV dan PHEV akan
lebih sederhana, bahwa penanaman modal dan ekspansi yang didukung oleh dana Arra akan menyebabkan kelebihan kapasitas mulai tahun 2013 (Farley, 2010). Demikian pula, strategi perusahaan konsultan Roland Berger memprediksi bahwa pada awal 2015, kapasitas global untuk baterai lithium-ion akan dua kali lipat jumlah peningkatannya untuk memenuhi proyeksi permintaan 2016 (Roland Berger Strategy Consultants, 2010).
Baterai lithium ion dianggap sebagai salah satu bagian yang paling penting dalam masalah ini (Lu, 2013 ; Hu, 2010). Battery Management System (BMS) sangat penting untuk membuat penggunaan baterai dalam EVs lebih baik. Dikarenakan kapasitas baterai menurun seiring meningkatnya waktu siklus baterai, maka State Of Healt (SOH) memprioritaskan estimasi pada BMS. Kapasitas baterai baru di dapat dengan mudah, tetapi kapasitas dari usia sel harus diperkirakan sesuai dengan karakteristik siklus hidup dari baterai. Selain itu, penggunaan Remaining Useful Life (RUL) dapat dianalisis berdasarkan siklus hidup baterai (Chen, 2013).
Baterai lithium ion terdiri lebih dari satu sel. Setiap sel terdiri dari empat komponen, yaitu: Elektroda positif (katoda), Elektroda negatif (anoda), Separator dan Elektrolit. Katoda terbuat dari bahan yang disisipkan pada aluminium foil. Pasta katoda mengandung bahan katoda, termasuk oksida logam lithium, pengikat
(Polivinilidena fluoride (PVDF)), bahan karbon (karbon black, bubuk grafit, dan
serat karbon, dll) dan pelarut (N-methyl-2-pirolidon (NMP)). Pasta dilapiskan pada aluminium foil, kemudian dikeringkan dan ditekan dengan ketebalan yang sesuai (METI, 2009b). Ada empat jenis katoda yang digunakan dalam baterai lithium-ion untuk kendaraan. LMO (Lithium Mangan Oxide) adalah yang paling umum digunakan sebagai katoda untuk HEVs, PHEVs, dan EVS. (Deutsche Bank, 2009)
Anoda terbuat dari bahan yang disisipkan pada tembaga foil. Bahan aktif anoda, seperti grafit, yang dicampur dengan binder (PVDF atau karet stirena butadiena (SBR)), pelarut (NMP atau air), dan karbon (tabung karbon dan karbon hitam) (METI, 2009b). Setelah terbentuk lapisan, anoda dikeringkan dan di press.
itu, separator memiliki fungsi keamanan yang disebut "shutdown". Jika sel sengaja dipanaskan, maka separator mencair karena suhu tinggi dan mengisi pori-pori mikro untuk menghentikan aliran lithium-ion antara anoda dan katoda (METI, 2009b) .
Elektrolit yang digunakan dalam baterai lithium-ion adalah campuran garam litium dan pelarut organik. Beberapa pelarut organik dicampur untuk mengurangi viskositas elektrolit dan meningkatkan kelarutan garam litium (METI, 2009b). Hal ini akan meningkatkan mobilitas ion lithium dalam elektrolit, sehingga kinerja baterai lebih tinggi.
Saat ini, semua studi untuk siklus hidup baterai didasarkan pada baterai lithium ion dengan anoda berbasis grafit. Namun, siklus hidup baterai lithium ion dengan anoda grafit terbatas karena terbentuknya lapisan pasif Solid Electrolyte
Interphasa (SEI) dan penebalan pada anoda grafit, terjadi lithium plating saat
pengisian di bawah suhu rendah, dan terjadi reaksi samping lainnya. Saat ini, anoda lithium titanium oksida (LTO, biasanya Li4Ti5O12) dianggap sebagai pilihan yang lebih baik daripada anoda grafit konvensional (Scrosati, 2010), karena bersifat zero-strain, tidak ada pembentukan lapisan SEI, tidak terjadi
lithium plating sehingga pengisian cepat meskipun di bawah suhu rendah, dan
stabilitas termal di bawah suhu tinggi (Belharouak, 2011). Jadi baterai ion lithium dengan anoda LTO menunjukkan siklus hidup yang sangat panjang. Hasil ini juga diverifikasi dalam banyak literatur (Lu, 2013 ; Scrosati, 2010 ; Zaghib, 2011 ; Han, 2013). Kemungkinan penurunan kapasitas baterai biasanya sangat kecil dalam kondisi siklus biasa, terutama di bawah suhu kamar (Han, 2013).
akhirnya mempengaruhi performa sel baterai. Ketepatan dalam mencampurkan bahan pada komposisi yang pas sangat perlu diperhatikan dalam hal ini, karena komposisi bahan akan menentukan morfologi lembaran anoda dan efeknya berpengaruh terhadap kinerja elektroda. Dalam penelitian ini akan dibuat lembaran anoda dengan berbahan dasar serbuk LTO yang fokus pada komposisi bahan.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan diatas, maka permasalahan dalam penelitian ini adalah mengoptimalkan variasi perbandingan komposisi bahan baku serbuk LTO dalam pembuatan lembaran anoda pada baterai ion lithium sehingga nantinya dihasilkan lembaran anoda yang dapat meningkatkan performa dari sel baterai ion lithium.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk membuat lembaran anoda dengan variasi komposisi serbuk LTO. 2. Untuk mengetahui pengaruh komposisi bahan baku dalam pembuatan
lembaran anoda terhadap karakteristik morfologi dan gugus fungsi pada komposisi lembaran anoda LTO.
3. Untuk mengetahui performa elektrokimia sel baterai pada anoda LTO dari kurva cyclic-voltammetry dan charge-discharge.
1.4 Manfaat Penelitian
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini difokuskan pada pembuatan lembaran anoda LTO.
2. Bahan baku yang digunakan adalah serbuk LTO, PVDF dan Super P dengan pelarut N,N-Dimethylacetamide.
3. Variasi yang dilakukan dalam penelitian meliputi komposisi serbuk LTO dengan perbandingan 77:15:8 , 85:10:5 , dan 90:7:3.
4. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini meliputi karakterisasi dari morfologi, gugus fungsional, reaksi kimia dan kapasitas sel baterai dengan anoda LTO.
1.6 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika dalam penulisan Skripsi ini mencakup beberapa bab dan subbab seperti dijelaskan di bawah ini:
BAB 1 : Pendahuluan
Bab ini terdiri atas latar belakang penelitian, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dalam penelitian, serta sistematika penulisan laporan penelitian.
BAB 2 : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisi dasar-dasar teori yang terkait kajian dan analisa dalam penelitian, yakni teori baterai secara umum, baterai ion lithium, karakteristik dari masing-masing bahan baku pembuatan lembaran anoda dan beberapa perbandingan baterai berbahan baku serbuk LTO dengan baterai berbahan material yang lain.
BAB 3 : Metodologi Penelitian
BAB 4 : Hasil dan Pembahasan
Bab ini mencakup pembahasan dari hasil penelitian berupa hasil karakterisasi morfologi, gugus fungsi, cyclic voltammetry
dan charge/discharge.
BAB 5 : Kesimpulan dan Saran
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)
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
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).
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).
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)
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)
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).
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
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
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.
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan selama 3 bulan, dimulai dari tanggal 05 Februari 2015 sampai 05 Mei 2015 di Pusat Penelitian Fisika (PPF) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Puspiptek Serpong.
3.2. Bahan dan Peralatan Penelitian 3.2.1. Bahan
1. LTO , berfungsi sebagai material aktif (bahan anoda).
2. PVDF (polyvinylidene fluoride), berfungsi sebagai polimer pengikat
(binder).
3. Super-P , berfungsi sebagai aditif konduktif.
4. Cu Foil , berfungsi sebagai current colector dalam lembaran anoda.
5. N,N-DMAC (N,N Dimethylacetamide) , berfungsi sebagai pelarut bahan PVDF.
6. Aseton, berfungsi untuk membersihkan peralatan penelitian.
7. Separator, berfungsi untuk mencegah terjadinya kontak / hubungan singkat antara LTO (katoda) dan metal lithium (anoda).
8. Metal lithium, berfungsi sebagai anoda pada pengujian sel baterai. 9. LiPF6, berfungsi sebagai elektrolit dalam pembuatan sel baterai.
3.2.2. Peralatan Penelitian
1. Cawan (4 buah)
Fungsi : Sebagai wadah sampel bahan. 2. Spatula (2 buah)
Fungsi : Untuk mengambil dan mengaduk bahan. 3. Neraca digital (1 buah)
Fungsi : Untuk mengukur massa dari bahan baku. 4. Gelas ukur (1 buah)
5. Pipet tetes (1 buah)
Fungsi : Untuk mengambil bahan berupa cairan. 6. Magnetic stirrer (1 buah)
Fungsi : Untukmenghomogenkan campuran bahan dengan pengadukan. 7. Hot plate (1 buah)
Fungsi : Untuk memanaskan campuran bahan sehingga mampu mempercepat proses homogenisasi.
8. Jepitan (1 buah)
Fungsi : Untuk menjepit bahan-bahan yang dibutuhkan. 9. Cruicible (1 buah)
Fungsi : Untuk mencampurkan serbuk LTO. 10.Doctor Blade
Fungsi : Untuk pelapisan slurry pada Cu foil. 11.Pisau doctor blade (1 buah)
Fungsi : Untuk mengukur ketebalan pengcoatingan. 12.Calendering
Fungsi : Untuk meratakan/menghaluskan permukaan lembaran. 13.Oven
Fungsi : Untuk mengeringkan lembaran LTO setelah dicoating. 14.Holder (3 buah)
Fungsi : Sebagai wadah untuk aktivasi sel baterai. 15.Glove box
Fungsi : Untuk melindungi terjadi kontak kulit dari bahan baku yang berbahaya.
16.Multimeter (1 buah)
Fungsi : Untuk mengukur tegangan dari sel baterai. 17.Kabel dan Penjepit buaya
Fungsi : Untuk menghubungkan multimeter dengan holder. 18.SEM-EDS
Fungsi : Untuk mengetahui struktur mikro dari lembaran anoda LTO. 19.FTIR
lembaran anoda LTO.
20.WBCS3000, Automatic Battery Cycler Ver. 3.2
Fungsi : Untuk mengetahui performa elektrokimia dan kapasitas baterai dari lembaran anoda LTO.
3.3. Perhitungan massa bahan
Tabel 3.1 Perbandingan komposisi bahan dalam (gr) Nama Sampel Perbandingan komposisi
(%wt)
Serbuk LTO (gr)
PVDF (gr)
Super-P (gr)
Sampel A 77 : 15 : 8 1,2 0,24 0,12
Sampel B 85 : 10 : 5 2 0,24 0,12
Sampel C 90 : 7 : 3 3 0,24 0,12
3.4. Tahapan Penelitian
Penelitian yang dilakukan meliputi: Pembuatan slurry, coating, pengeringan lembaran, calendering dan karakterisasi bahan. Berikut ini merupakan diagram alir tahapan penelitian yang dilakukan:
Mulai
Ditimbang bahan serbuk (LTO , PVDF, Super-P) dengan masing-masing komposisi bahan 77:15:8 , 85:10:5 dan 90:7:3 % wt dari masing-masing massa total bahan serbuk.
Dicampurkan PVDF dengan pelarut DMAC
Ditambahkan secara perlahan-lahan Super-P hingga tercampur secara merata
3.5. Prosedur Penelitian
1. Disiapkan semua bahan dan peralatan.
2. Ditimbang bahan serbuk (LTO, PVDF dan Super-P) dengan variasi komposisi (lihat Tabel 3.1).
3. Dipanaskan terlebih dahulu pelarut DMAC di hot plate pada T = 72oC dan Rpm = 320 rpm selama 15 menit.
4. Ditambahkan secara perlahan-lahan serbuk PVDF ke pelarut DMAC dengan menggunakan hot plate pada suhu 72oC dan kecepatan 320 rpm. Kemudian ditunggu selama 30 menit hingga campuran bahan homogen.
5. Ditambahkan secara perlahan-lahan serbuk Super-P dengan menggunakan hot plate pada suhu 72oC dan kecepatan 320 rpm. Kemudian ditunggu selama 30 menit hingga campuran bahan homogen.
6. Ditambahkan serbuk LTO secara perlahan-lahan secara manual hingga tercampur merata (slurry).
7. Diukur ketebalan 0.15 µm untuk pengcoatingan lembaran dengan menggunakan pisau doctor blade.
8. Dilakukan pengcoatingan slurry pada Cu foil dengan menggunakan alat
Doctor Blade pada kecepatan pengcoatingan 6 (lembaran anoda).
9. Dikeringkan lembaran pada oven yang terdapat pada alat Doctor Blade
dengan suhu 80oC selama 1 jam.
10.Dicalendering lembaran anoda dengan alat calendaring.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dari sampel yang diuji memiliki dimensi dengan panjang 25 cm dan lebar 15 cm. Sampel memiliki daya rekat yang baik, dapat dilihat dari tidak rontoknya slurry dari lembaran setelah dikeringkan di oven dan tidak terdapat bintik-bintik pori pada lembaran.
Sampel A, LTO 1,2 gr Sampel B, LTO 2 gr
Sampel C, LTO 3 gr
Gambar 4.1. Hasil lembaran anoda LTO pada sampel A, B dan C
4.1 Sifat fisis
Dalam penelitian ini, sifat fisis yang diamati pada sampel meliputi morfologi lembaran anoda dan gugus fungsional.
4.1.1 Morfologi
SU3500 di Pusat Penelitian Fisika-LIPI. Pengamatan ini dilakukan untuk menetahui pencampuran sampel homogen atau tidak. Sampel yang diamati adalah sampel A, B, dan C yang dapat dilihat pada gambar 4.2.
Sampel A, LTO 1,2 gr
Sampel C, LTO 3 gr
Gambar. 4.2 Permukaan sampel lembaran LTO pada sampel A, B dan C dengan perbesaran 1000 kali
Dari Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa hasil dari SEM diperoleh gambar hitam putih/gelap terang, hasil gambar hitam putih/gelap terang ini dipengaruhi oleh unsur penyusunnya. Diketahui dari variasi komposisi dalam penelitian ini unsur yang paling menonjol adalah serbuk LTO dengan PVDF. Unsur penyusun dengan massa molekul lebih tinggi akan menghasilkan warna terang/putih dari pada unsur penyusun dengan massa molekul lebih rendah. Massa molekul dari serbuk LTO adalah 459,49 g/mol dan massa molekul dari PVDF adalah 64,0.3 g/mol Jadi dapat diketahui bahwa senyawa LTO akan menghasilkan gambar putih/terang dan PVDF akan menghasilkan gambar hitam/gelap.
dilakukan perbesaran SEM hingga 10.000 kali. Hasil perbesaran SEM untuk 10.000 kali dapat dilihat pada gambar 4.3.
Sampel A, LTO 1,2 gr
Sampel C, LTO 3 gr
Gambar 4.3 Permukaan sampel lembaran LTO pada sampel A, B dan C dengan perbesaran 10.000 kali
Dari Gambar 4.3 terlihat bahwa ukuran butir cukup besar dengan penyebaran butir yang tidak merata. Campuran komposit pada sampel lembaran LTO tidak homogen, karena terlihat butiran-butiran kecil yang bergabung menumpuk pada tempat tertentu atau terjadi penggumpalan. Bagian putih merupakan serbuk LTO yang tidak tercampur secara merata karena pengadukan secara manual. Pada Sampel A, B dan C terlihat adanya perbedaan yaitu, pada Sampel A terlihat penyebaran serbuk merata dan pada Sampel B mulai terlihat penyebaran serbuk yang tidak merata karena ada butiran-butiran yang mendominasi sedangkan pada Sampel C sangat terlihat penyebaran serbuk yang mendominasi pada permukaan.
Sampel A, LTO 1,2 gr
Sampel B, LTO 2 gr
Sampel C, LTO 3 gr
Spektrum yang dihasilkan dari sampel A dapat dilihat dari Gambar 4.5. dibawah ini.
Gambar 4.5. Spektrum pengamatan EDS pada sampel A dengan LTO 1,2 gr
Spektrum yang dihasilkan dari sampel C dapat dilihat dari Gambar 4.7. dibawah ini.
Gambar 4.7. Spektrum pengamatan EDS pada sampel C dengan LTO 3 gr
Tabel 4.1 Persentase Unsur dengan EDS
Unsur LTO 1,2 gr LTO 2 gr LTO 3 gr
%weight %atomic %weight %atomic %weight %atomic
C 23.29 34.23 20.64 31.31 31.02 44.75
O 38.71 46.67 23.13 50.27 29.42 35.83
Ti 29.94 11.49 28.23 10.97 30.77 12.05
F 7.64 7.26 7.47 7.18 7.91 7.14
Cu 0.56 0.16 0.26 0.07 0.2 0.05
Al 0.24 0.17 0.25 0.17 0.22 0.15
Unsur karbon didapat dari serbuk PVDF (C2H2F2), unsur titanium dan oksigen didapat dari serbuk LTO, unsur flour didapat dari serbuk PVDF, unsur tembaga didapat dari cu foil dan unsur alumunium didapat dari bahan TiO2 yang merupakan bahan dalam pembuatan serbuk LTO (Slamet, 2011). Sedangkan unsur H (dari PVDF) dan Li (dari LTO) tidak terdeteksi oleh EDS karena merupakan unsur ringan.
4.1.2 Gugus fungsi
Pengamatan gugus fungsi pada sampel dilakukan dengan menggunakan alat FTIR
(Fourier Transform Infrared) merk Thermo Scientific Tipe Nicolet iS10 yang
Gambar 4.8 Spektrum Inframerah sampel A, B dan C
Dari Gambar 4.8 dapat dilihat puncak-puncak yang terbentuk pada masing-masing sampel A, B dan C akibat dari serapan oleh sinar infra merah. Puncak-puncak tersebut mengkonfirmasi ada atau tidaknya gugus fungsi yang
terbentuk pada sampel yang diamati dari wavenumber. Untuk mengkonfirmasi data-data dari wavenumber pada sampel maka digunakan wavenumber referensi seperti yang dapat dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Akumulasi data wavenumber dari sampel A, B dan C menggunakan FTIR yang dicocokan berdasarkan literatur.
Wavenumber (cm-1) Wavenumber
Referensi (cm-1) Designated Sampel 588,39 591,33 591,33 550-650 [Aurbarch,
1987] 991,66 991,66 991,66 980-1040 [Aurbarch,
1987]
CH2 bending
1121,18 1124,12 1118,23 1128 [Shu Jie, 2008] C═O stretching 1221,26 1224,20 1224,20 1202 [Aurbarch, 1987] CO stretching 1344,89 1344,89 1341,95 1340 [Aurbarch, 1987] CO2 sym, stretching 1439,08 1430,25 - 1430 [Aurbarch, 1987] CH, CH3 asym. Bending
2928,54 2928,54 2913,82 2920 [Aurbarch, 1987] CH stretching 3314,15 3305,31 - 3100-3600 [Aurbarch,
1987]
Dari Tabel 4.2 dapat dilihat pada wavenumber 553,07 cm-1 dan 558,95 cm -1
terbentuk gugus Ti–O yang berasal dari unsur TiO6 oktahedral yang merupakan bahan dasar pembuatan serbuk LTO. Pada wavenumber 1789,37 cm-1 terbentuk gugus C=CF2 yang menandakan adanya unsur PVDF. Dari spektrum ketiga sampel tidak menunjukan adanya gugus Li-F yaitu pada wavenumber 1191 cm-1 (Shu Jie, 2008), ini berarti tidak terjadinya reaksi kimia antara LTO dengan PVDF dalam proses pembuatan lembaran sehingga dapat disimpulkan bahwa proses pencampuran komposisi pada komposit sampel berhasil. Serapan terhadap luar dapat dilihat pada wavenumber 3314,15 cm-1 dan 3305,31 cm-1 yang menunjukan terbentuknya gugus OH, hal ini menandakan bahwa sampel menyerap uap air dan uap air ini ada karena proses pengeringan lembaran yang kurang lama (suhu 80oC selama 1 jam). Puncak gugus OH yang terbentuk pada sampel A terlihat lebih tajam karena komposisi serbuk LTO yang lebih sedikit yaitu 1,2 gr sehingga menghasilkan slurry yang tidak begitu kental dan kandungan uap air yang lebih banyak.
4.2 Sifat Elektrokimia Sel Baterai
Perilaku elektrokimia sel dapat diketahui dari pengujian Cyclic Voltammetry dan
Charge/Discharge. Pengujian Cyclic Voltammetry dilakukan untuk mengetahui
reaksi redoks yang terjadi pada elektroda dan pengujian Charge/Discharge
dilakukan untuk mengetahui nilai kapasitas dari elektroda.
4.2.1 Cyclic Voltammetry (CV)
Analisa Cyclic Voltammetry (CV) menggunakan alat WBCS3000, Automatic Battery Cycler Ver. 3.2 yang dilakukan di Pusat Penelitian Fisika-LIPI. Data-data yang diperoleh dari pengujian cyclic voltammetry berupa kurva potensial (V) – arus (A). Pada saat proses discharging terjadi reaksi oksidasi pada anoda LTO (Li4Ti5O12) yaitu:
Li7Ti5O12↔ Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3e- (4.1) Sedangkan saat charging terjadi reaksi reduksi pada anoda yaitu :
Pada pengujian cyclic voltammetry, LTO berperan sebagai katoda yang dipasangkan dengan lithium metal yang berperan sebagai anoda karena memiliki tegangan yang lebih rendah. Pada saat discharging terjadi proses interkalasi yaitu ion lithium bergerak dari anoda (metal lithium) ke katoda (LTO) atau disebut juga proses reduksi. Sebaliknya pada saat charging terjadi proses de-interkalasi yaitu ion lithium bergerak dari katoda (LTO) ke anoda (metal lithium) atau disebut juga proses oksidasi.
Sampel yang diuji memiliki tegangan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.3. Tegangan yang muncul pada tes awal ini mengindikasikan bahwa sampel akan memberikan performa yang baik. Tegangan awal yang baik untuk material LTO Vs Li adalah diatas 2,5 V. Jika kondisi ini tidak dipenuhi maka hasil pengukuran akan buruk.
Tabel 4.3. Data Tegangan Lembaran LTO
Sampel Tegangan awal Battery Cycler
A, LTO 1,2 gr 3.62 V 2,8 V
B, LTO 2 gr 3,49 V 2,8 V
C, LTO 3 gr 1,89 V 1,6 V
Sampel yang diuji dengan kecepatan scan rate 0,2 mV/s. Hasil pengujian CV pada ketiga sampel dapat dilihat dari grafik voltamogram siklik pada Gambar 4.9.
Sampel A, LTO 1,2 gr Reduksi
Sampel B, LTO 2 gr
Sampel C, LTO 3 gr
Gambar 4.9. Grafik Voltamogram Siklik pada sampel A, B dan C
Dari Gambar 4.9 dapat dilihat bahwa pada sampel A terdapat puncak redoks yang mengindikasikan bahwa ion lithium berinterkalasi dan de-interkalasi dengan baik, yaitu puncak oksidasi pada tegangan dan arus 1,85 V dan 0,8 mA, puncak reduksi pada tegangan dan arus 1,3 V dan -1,1 mA, sehingga jarak antara puncak oksidasi dengan reduksi sebesar 0,55 V. Pada sampel B, puncak oksidasi tidak terbentuk secara sempurna sedangkan puncak reduksi terbentuk pada
tegangan dan arus 1,0 V dan -1,1 mA. Pada sampel C tidak terbentuk puncak redoks yang menunjukkan sifat baterai tidak ada.
Dari Gambar 4.9 dapat dilihat tegangan kerja pada grafik, pada sampel A dan B tegangan kerjanya 1,6 volt, sedangkan tegangan kerja pada sampel C tidak tampak. Dari ketiga sampel dapat dibuat perbandingan bahwa semakin besar komposisi serbuk LTO maka grafik voltamogram siklik semakin tidak terbentuk puncak redoksnya, sehingga dapat disimpulkan reaksi kimia yang terjadi tidak sempurna atau bahkan tidak terbentuk reaksi kimia. Hal ini dikarenakan komposisi yang kurang tepat dalam pembuatan lembaran anoda. Dari Tabel 4.3 dapat dilihat tegangan yang dihasilkan pada masing-masing sampel, semakin besar komposisi serbuk LTO maka tegangan yang dihasilkan semakin rendah.
4.2.2 Charge/Discharge (CD)
Pengujian charge/discharge dilakukan untuk mengetahui kemampuan suatu baterai dalam menyimpan energi. Kapasitas energi atau muatan dinyatakan dalam satuan mAh/gram atau Ah/gram. Pengujian charge-discharge dilakukan dengan alat WBCS di Pusat Penelitian Fisika-LIPI. Pada pengujian charge-discharge
terjadi proses mekanisme reaksi baterai ion lithium dimana pada saat charging di anoda, ion Li berinterkalasi masuk ke host anoda sedangkan saat proses
discharging terjadi de-interkalasi ion lithium yang artinya ion Li keluar dari host
anoda.
Tabel 4.4. Massa material aktif lembaran LTO Sampel Massa material aktif (gr)
A, LTO 1,2 gr 0.003388
B, LTO 2 gr 0.006885
C, LTO 3 gr 0.00693
Dari pengujian charge/discharge pada ketiga sampel didapatkan kurva seperti pada Gambar 4.11.
Sampel A, LTO 1,2 gr
Sampel B, LTO 2 gr
Charge
Discharg
Charge
Sampel C, LTO 3 gr
Gambar 4.10. Kurva charge/discharge pada sampel A, B dan C.
Dari Gambar 4.10 dapat dilihat bahwa tegangan operasi pada masing-masing sampel yaitu 1,6 V. Pada sampel A diperoleh kapasitas charge dan discharge sebesar 130 mAHr/g dan 160 mAHr/gr. Pada sampel B diperoleh kapasitas charge dan discharge sebesar 70 mAHr/g dan 130 mAHr/gr. Pada sampel C diperoleh kapasitas charge dan discharge sebesar 3.9 mAHr/g dan 5.4 mAHr/gr.
Dari hasil pengujian charge/discharge tersebut diindikasikan bahwa kapasitas dari suatu baterai sangat bergantung pada komposisi bahan dalam pembuatan lembaran. Jika massa dari PVDF lebih sedikit maka lembaran akan mudah rontok dari Cu foil dan jika massa dari Super P lebih sedikit maka lembaran kurang bersifat konduktif yang mengakibatkan sifat kebateraian berkurang. Hal ini dapat dikaitkan dengan variasi komposisi LTO pada masing-masing sampel, semakin banyak massa serbuk LTO yang dicampurkan maka kapasitas dari suatu sel baterai semakin menurun. Dapat dilihat dari hasil SEM, morfologi lembaran pada sampel A terlihat bahwa campuran antara LTO, PVDF dan Super P tersebar secara merata, tidak ada warna putih/terang atau hitam/gelap yang mendominasi. Pada sampel B terlihat warna putih/terang yang agak lebih sedikit mendominasi yang mengindikasikan bahwa massa dari Super P terlihat lebih sedikit dari LTO. Pada sampel C terlihat bahwa warna putih/terang sangat mendominasi yang mengindikasikan bahwa massa dari Super P sangat sedikit sehingga konduktifitasnya menurun.
Charge
