SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe
0.9Ni
0.1PO
4DENGAN
VARIASI PELAPISAN CARBON DARI TAPIOKA
SKRIPSI
SRI RAKHMAWATI
110801016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe
0.9Ni
0.1PO
4DENGAN VARIASI PELAPISAN CARBON DARI TAPIOKA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
SRI RAKHMAWATI
110801016
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERNYATAAN
SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe0.9Ni0.1PO4 DENGAN
VARIASI PELAPISAN CARBON DARI TAPIOKA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2015
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji syukur hanyalah bagi Allah SWT, karena atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-Nya penulis mampu menyelesaikan skripsi ini guna memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara yang berjudul “Sintesis Material Aktif Katoda LiFe0.9Ni0.1PO4
1. 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.
dengan Variasi Pelapisan Carbon dari Tapioka”. Salawat beriring salam teruntuk Nabi besar Muhammad SAW yang menjadi teladan dalam menjalani kehidupan. Penulisan skripsi ini dapat diselesaikan berkat bantuan tenaga, pikiran, sarana, dan dana dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
2. Drs. Aditia Warman, M.Si. selaku dosen pembimbing I, Dr. Ir. Bambang Prihandoko, M.T. selaku dosen pembimbing II, Dr. Anwar Dharma S., MS, Awan Maghfirah, S.Si. M.Si, dan Dr. Kerista Sebayang, MS selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik, saran, dan arahan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Kedua orangtua Bapak Maksum dan Ibu Murni, Bang Ipul, Bang Raja dan Adek Siti serta seluruh keluarga yang selalu memberikan dukungan moral, materi dan spiritual kepada penulis.
5. Teman-teman seperjuangan Leni Daulay, Wiriya Sasmita, Elmariska Khairani, Khairani Nasution, Suci Purnama Sari, Meilia Krisanti, Yuni Aulia Umi, Kartika Sari, Shelly Maharani, Tri Mala Sari dan seluruh Fisika angkatan 2011 yang selalu memberikan support dan dukungan kepada penulis.
6. Asisten Lab. Fisika Inti Andrian Anshari, Sri Handika Pratiwi, Tri Mala Sari, dan Prahmadyana yang telah memberikan banyak masukan kepada penulis.
7. Adek kost 25 Jl. Pembangunan USU Khalizah, Nurul Hidayah, Wenny Flora Juliani, Leli Yani, Tiya Maulindrianti yang telah menyemangati penulis dalam menyelesaikan skripsi.
Penulis berharap tulisan ini dapat member manfaat kepada pengembangan ilmu pengetahuan khususnya Baterai Lithium.
Medan, Juli 2015 Penulis
SINTESIS MATERIAL AKTIF KATODA LiFe
0.9Ni
0.1PO
4DENGAN VARIASI PELAPISAN CARBON DARI TAPIOKA
ABSTRAK
Sintesis material aktif katoda LiFe0.9Ni0.1PO4/C dengan metode metalurgi serbuk dan pirolisis telah dilakukan. Bahan dasar yang digunakan adalah serbuk LiOH.H2O sebagai sumber ion Li, Fe2O3 sebagai sumber Fe, Ni sebagai sumber Ni, tapioka sebagai sumber karbon dan larutan H3PO4 sebagai sumber PO4. Pada penelitian ini digunakan variasi komposisi tapioka dengan material aktif yaitu 1:4, 1:5, dan 1:6. Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan pengujian X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Hasil analisa menunjukkan masing-masing komposisi memiliki konduktifitas sebesar 0,01x10-3 S/cm untuk komposisi 1:4, 4,44x10-3 S/cm untuk komposisi 1:5 dan 1,51x10-3 S/cm untuk komposisi 1:6. Komposisi optimum berada pada komposisi 1:5. Karena dengan karbon yang cukup komposisi tersebut memiliki bidang kristal yang teratur dan juga memiliki banyak pori-pori sehingga ion lithium akan dengan mudah berdifusi dan menghasilkan konduktifitas yang cukup tinggi.
Kata kunci : katoda LiFe0.9Ni0.1PO4
SYNTHESIS ACTIVE MATERIAL CATHODE LiFe
0.9Ni
0.1PO
4THE VARIATION CARBON COATING OF TAPIOCA
ABSTRACT
Synthesis active material cathode LiFe0.9Ni0.1PO4/C with solid state methode and pyrolysis has been done. The base materials used is powder LiOH.H2O as Li-ion source, Fe2O3 as Fe source, Ni as Ni source, H3PO4 solution as PO4 source and tapioca powder as carbon source. In this observation used variation of tapioca composition with active materials 1:4, 1:5, and 1:6. Characterization using X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). This analysis result indicate each composition has a conductivity of 0,01x10-3 S/cm for composition 1:4, 4,44x10-3 S/cm for composition 1:5 and 1,51x10-3 S/cm for composition 1:6. The optimum composition is the composition of 1:5. Because with enough carbon composition has a regular crystal area, and also has many pores so that the lithium ions would easily diffuse and result high conductivity.
DAFTAR ISI
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Sistematika Penulisan 4
BAB 2. Tinjauan Pustaka 5
2.1 Baterai 5
2.2 Jenis-Jenis Baterai 5
2.3 Baterai Ion Lithium 6
2.4 Material Katoda 7
2.5 Lithium Ferro Phosphate (LiFePO4 2.6 Lithium Nickel Phosphate (LiNiPO
) 8
2.9 Karakterisasi Sampel 11
2.9.1 X-Ray Diffraction(XRD) 11
2.9.2 Scanning Electron Microscopy (SEM) 11 2.9.3 Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) 13
BAB 3. Metodologi Penelitian 15
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 15
3.2 Peralatan dan Bahan 15
3.2.2 Bahan dan Fungsi 16
3.3 Diagram Alir Penelitian 17
3.3.1 Sintesis Serbuk LiFe0.9Ni0.1PO4
3.3.2 Pelapisan Carbon dengan Tapioka 18
17
3.4 Prosedur Penelitian 19
3.4.1 Sintesis Serbuk LiFe0.9Ni0.1PO4
3.4.2 Pelapisan Carbon dengan Tapioka 20
19
4.2 Analisa Morfologi dengan SEM 26
(1:6) 24
4.3 Analisa Konduktivitas dengan EIS 32
(1:6) 30
BAB 5. Kesimpulan dan Saran 38
5.1 Kesimpulan 38
5.2 Saran 38
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Tabel
Tabel 3.1 Komposisi Bahan Baku 19
Tabel 3.2 Perbandingan Komposisi Bahan 21
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.3 Struktur Host Olivin dari Material Katoda LiFePO4
Gambar 2.4 Sinyal-Sinyal dalam SEM 12
8 Gambar 3.1 Diagram Alir Sintesis Serbuk LiFe0.9Ni0.1PO4
Gambar 3.2 Diagram Alir Pelapisan Carbon dengan Tapioka 18
17
Gambar 4.1 Struktur Mikro dari Permukaan Serbuk LiFe0.9Ni0.1PO4 Gambar 4.2 Hasil Mapping LiFe
/C (1:4) 27 0.9Ni0.1PO4
Gambar 4.3 Hasil SEM Serbuk LiFe
/C (1:4) 27
0.9Ni0.1PO4
5000X
/C (1:4) dengan Perbesaran 28 Gambar 4.4 Struktur Mikro dari Permukaan Serbuk LiFe0.9Ni0.1PO4
Gambar 4.5 Hasil Mapping LiFe
/C (1:5) 29 0.9Ni0.1PO4
Gambar 4.6 Hasil SEM Serbuk LiFe
/C (1:5) 29
0.9Ni0.1PO4
5000X
/C (1:5) dengan Perbesaran 30 Gambar 4.7 Struktur Mikro dari Permukaan Serbuk LiFe0.9Ni0.1PO4
Gambar 4.8 Hasil Mapping LiFe
/C (1:6) 31 0.9Ni0.1PO4
Gambar 4.9 Hasil SEM Serbuk LiFe
/C (1:6) 31
0.9Ni0.1PO4
5000X
DAFTAR GRAFIK
Nomor Judul Halaman Grafik
Grafik 2.1 Hasil Pengukuran Impedansi Komponen Sel 13 Grafik 4.1 Hasil XRD Sampel LiFe0.9Ni0.1PO4
Grafik 4.2 Hasil XRD Sampel LiFe
/C (1:4) 22
0.9Ni0.1PO4 Grafik 4.3 Hasil XRD Sampel LiFe
/C (1:5) 23
0.9Ni0.1PO4 Grafik 4.4 Hasil XRD a. LiFePO
/C (1:6) 24
4
Grafik 4.5 Hasil XRD yang Telah Diplot Pada Puncak Tertinggi 26
, b. 1:4, c. 1:5, d. 1:6 25
Grafik 4.6 Hasil Uji Konduktivitas Sampel LiFe0.9Ni0.1PO4 Grafik 4.7 Hasil Uji Konduktivitas Sampel LiFe
/C (1:4) 33
0.9Ni0.1PO4 Grafik 4.8 Hasil Uji Konduktivitas Sampel LiFe
/C (1:5) 34
0.9Ni0.1PO4
Grafik 4.9 Konduktivitas vs Perbandingan Komposisi 36
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran Judul Halaman
LAMPIRAN A Bahan-bahan Penelitian 41 LAMPIRAN B Alat-alat Proses Penelitian 42 LAMPIRAN C Alat-alat Karakterisasi Penelitian 44
LAMPIRAN D Proses Pembuatan Sampel 45
LAMPIRAN E Perhitungan Stoikiometri LiFe0.9Ni0.1PO4
LAMPIRAN F Perhitungan Konduktivitas Tiap Sampel 52 50
