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).
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
