Pengaruh Variasi Waktu Dan Suhu Pencampuran Serta Suhupengeringan Pada Lembar Katoda LiFePO4 Terhadap Kapasitasbaterai Ion Lithium

PENGARUH VARIASI WAKTU DAN SUHU PENCAMPURAN

SERTA SUHUPENGERINGAN PADA LEMBAR KATODA

LiFePO

4

LITHIUM

TERHADAP KAPASITASBATERAI ION

SKRIPSI

SHELLY MAHARANI

110801011

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PENGARUH VARIASI WAKTU DAN SUHU PENCAMPURAN

SERTA SUHUPENGERINGAN PADA LEMBAR KATODA

LiFePO

4

LITHIUM

TERHADAPKAPASITAS BATERAI ION

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai

gelar Sarjana Sains

SHELLY MAHARANI

110801011

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PERNYATAAN

PENGARUH VARIASI WAKTU DAN SUHU PENCAMPURAN

SERTA SUHU PENGERINGAN PADA LEMBAR KATODA

LiFePO4

LITHIUM

TERHADAP KAPASITAS BATERAI ION

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri.Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2015

PENGHARGAAN

Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya

sesudah kesulitan itu ada kemudahan (Q.S Ash-Sharh : 5-6).

Bismillahirahmanirrohim

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat, karunia dan segala kemudahan yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul “Pengaruh Variasi Waktu dan Suhu Pencampuran serta Suhu Pengeringan pada Lembar Katoda LiFePO4

Penulis menyadari skripsi ini terselesaikan tidak terlepas dari dukungan, bantuan, bimbingandan saran-saran yang berharga dari semua pihak. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:

terhadap Kapasitas Baterai Ion Lithium.”

1. Kedua orangtua, Papa Syahril, Mama Henita dan Adik (Devi Zahara) serta seluruh Keluarga, terima kasih atas kasih sayang, doa dan semua dukungan yang telah kalian berikan kepada penulis.

2. Dr. Marhaposan Situmorangselaku 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. Dr. Kerista Sebayang, MS. selaku dosen pembimbing I danIr.Joko Triwibowo, M.Sc., M.T. selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan kritik, saran, dan arahan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

5. Ibu Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc selaku penguji I, Bapak Drs. Aditia Warman, M.Si selaku penguji II dan Bapak Dr. Kurnia Sembiring, MS selaku penguji III yang telah memberikan kritik dan saran.

6. Sahabat-sahabat seperjuangan Rani, Tika, Meme, Ucik, Yuni dan kelompok Baterai yang selama ini bersama-sama berbagi suka duka dan selalu memberikan dukungan kepada penulis serta seluruh mahasiswa Fisika angkatan 2011.

7. Sahabat tercinta Arde, Vhe, Aisyah, Dyan, Endang, Fauzi terima kasih dukungannya semoga kalian segera menyusul.

8. Semua pihak yang membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Terima kasih, semoga Allah SWT membalas semua kebaikan kalian.

Saran dan kritik yang membangun senantiasa penulis harapkan dan semoga skripsi ini dapat memberi manfaat kepada penulis dan pembaca serta perkembangan ilmu pengetahuan.

Medan, Agustus 2015 Penulis,

PENGARUH VARIASI WAKTU DAN SUHU PENCAMPURAN SERTA SUHU PENGERINGAN PADA LEMBAR KATODA LiFePO

TERHADAP KAPASITAS BATERAI ION LITHIUM

4

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian pembuatan baterai coin dengan variasi suhu dan waku pencampuran pada slurry katoda LiFePO4 serta variasi suhu pengeringan lembar

katoda LiFePO4. Material katoda merupakan campuran dari LiFePO4 : Super P :

PVDF dengan komposisi 85 : 10 : 5 dan DMAC 20 mL. Waktu dan suhu pencampuran divariasikan yaitu 3, 5 dan 7 jam pada suhu 29˚C dan 29, 50 dan 60˚C selama 3 jam dan variasi suhu pengeringan 80, 100 dan 120˚C selama 5 jam.

Lembaran katoda dibuat dengan menggunakan doctor blade. Pengujian karakteristik serbuk LiFePO4 dengan XRD, mikroskop optik dan SEM-EDX untuk

melihat morfologi lembaran katoda LiFePO4 dan pengujian kapasitas discharge

dengan charge/discharge. Hasil analisis menunjukkan bahwa variasi waktu pencampuran yang memiliki kapasitas tertinggi adalah sampel 7 jam yaitu 3,74 mAh/g. Sementara pada variasi suhu pencampuran, kapasitas tertinggi terdapat pada sampel 50˚C yaitu 5,81 mAh/g. Pada variasi suhu pengeringan kapasitas tertinggi terdapat pada sampel 80˚C yaitu 5,70 mAh/g.

THE EFFECT OF TIME VARIATION, MIXING TEMPERATURE AND DRYING TEMPERATURE ON LiFePO4

LITHIUM ION BATTERIES CAPACITY

CATHODE SHEETS OF

ABSTRAC

A research on the fabrication of coin battery with the variation of mixing time and temperature at slurry cathode LiFePO4 and variation of drying temperature at

cathode sheets. The material of cathode was using a powder of LiFePO4 : Super P :

PVDF with composition 85 : 10 : 5 and 20 mL of DMAC. The mixing time was varied at 3, 5, 7 hour at 29˚C and the mixing temperature was varied at 29, 50, 60˚C for 3 hour and the drying temperature was varied of 80, 100, 120˚C for 5 hour. The sheets of cathode are made by using doctor blade process. The powder of LiFePO4

was analyzed by XRD. Morphology of the LiFePO4 cathode sheets was analyzed

by Microscope Optic and SEM. Discharge capacity was analyzed by charge/discharge. The result of this research showed that the variation of mixing time has the highest capacity at 7 hour-sampel is 3,75 mAh/g. Meanwhile, the variation of mixing temperature has the highest capacity at 50˚C sampel is 5,81 mAh/g. The variation of drying temperature has the highest capacity at 80˚C sampel is 5,70 mAh/g.

DAFTAR ISI 1.4. Tujuan Penelitian 4 1.5. Manfaat Penelitian 4 1.6. Sistematika Penulisan 5 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Baterai 6 2.1.1 Sejarah Baterai 6 2.1.2 Pengertian Baterai 7 2.1.3 Jenis – Jenis Baterai 7

2.2 Baterai Ion Lithium 9 2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium 9 2.2.2 Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium 9 2.2.3 Jenis – Jenis Baterai Ion Lithium 10

2.4 Material Anoda 14

2.5 Elektrolit 15

2.6 Separator 15

2.7 Komponen Tambahan Penyusun Katoda Baterai 16

2.7.1 Super P 16

2.7.2 Polyvinylidene Fluoride (PVDF) 16 2.7.3 N-N Dimethyl Acetamide (DMAC) 17

2.8 Pencampuran (mixing) 17

2.9 Karakterisasi dan Pengujian 17 2.9.1 Uji X - Ray Difractionn (XRD) 17

2.9.2 Uji Mikroskop Optik 18

2.9.3 Uji Scanning Electron Microscope (SEM) 19

2.9.4 Uji Charge/Discharge 20

BAB 3. METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian 22 3.2. Peralatan dan Bahan Penelitian 22

3.2.1 Peralatan Penelitian 22

3.2.2 Peralatan Karakterisasi 23

3.2.3 Bahan 24

3.3 Diagram Alir 25

3.3.1 Diagram Alir untuk Variasi Waktu Pencampuran 25 3.3.2 Diagram Alir untuk Variasi Suhu Pencampuran 26 3.3.3 Diagram Alir untuk Variasi Suhu Pengeringan 27

3.4 Prosedur Penelitian 28

3.4.1 Persiapan 28

3.4.2 Pembuatan Slurry 29

3.4.3 Penyetakan Lembaran/Sheet Casting 30

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Hasil XRD 32

4.2 Analisa Hasil Pengujian Mikroskop Optik 33

4.3 Analisa Hasil SEM 34

4.3.1 Hasil analisa morfologi lembar katoda LiFePO4

SEM

dengan 34

4.3.2 Hasil analisa SEM cross-section 37 4.4 Hasil Pengujian Charge/Discharge 39 4.4.1 Analisa charge/discharge dengan variasi waktu 39

pencampuran

4.4.2 Analisa charge/discharge dengan variasi suhu 41 pencampuran

4.4.3 Analisa charge/discharge dengan variasi suhu 42 pengeringan

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 45

5.2. Saran 45

DAFTAR PUSTAKA 46

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman Tabel 2.1 Sejarah Perkembangan Baterai 6 Tabel 2.2 Perbandingan jenis material yang digunakan untuk 13

katoda

Tabel 2.3 Karakteristik LiFePO4

Tabel 3.1 Nama sampel pada lembaran alumunium foil 28 14

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar 2.1 Jenis-jenis Baterai/ Sel, a) baterai primer 8 berbentukslinder, b) baterai sekunder dengan

elektrolit cair

Gambar 2.2 Proses charge dan discharge pada baterai lithium 10 Gambar 2.3 Jenis-jenis desain baterai sekunder a) baterai slinder 12

b) baterai kancing (coin) c) Baterai prismatik d) Baterai Kantung

Gambar 2.4 Ilustrasi PVDF dengan material aktif 16 Gambar 4.1 Hasil pengujian XRD serbuk LiFePO4

Gambar 4.2 Hasil mikroskop optik lembaran katoda LiFePO

32

(b)5000 kali (c) 10000kali (d) Hasil mappingmixing

pada sampel

Gambar 4.4 Hasil SEM cross-section pada lembaran LiFePO4

sampel suhu pencampuran (a) 29˚C, (b) 50˚C dan

dengan 37

(c) 60˚C

Gambar 4.5 Grafik tegangan vs spesifik kapasitas discharge 40 (a)tmix= 3 jam (b)tmix= 5 jam dan (c)tmix

Gambar 4.6 Grafik tegangan vs spesifik kapasitas discharge 42 = 7 jam

(a)Tmix=29˚C (b)Tmix =50˚C, (c)Tmix

Gambar 4.7 Grafik tegangan vs spesifik kapasitas discharge 43 = 60˚C

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

Lampiran A Bahan dan Peralatan 49

Lampiran B Pembuatan Baterai Ion Lithium Coin 52

Lampiran C Hasil Uji Morfologi 53

Lampiran D Perhitungan 57