Pembuatan Lembaran Katoda LiFe0.9Ni0.1PO4 C Dengan Variasi Suhu Pengeringan

(1)

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe

0,9

Ni

0,1

PO

4

/C

DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN

SKRIPSI

KHAIRANI NASUTION

110801030

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe

0,9

Ni

0,1

PO

4

/C

DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

KHAIRANI NASUTION

110801030

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERNYATAAN

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe0.7Mn0.2Ni0.1PO4/C DENGAN

VARIASI SUHU PENGERINGAN

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Agustus 2015

(4)

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah memberikan rahmat dan karunia sehingga penulis dapat menyelasikan tugas akhir. Salawat beriring salam teruntuk Nabi besar Muhammad SAW yang menjadi teladan dalam menjalani kehidupan.

Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas penulis mengerjakan tugas akhir dengan judul : Pembuatan Lembaran Katoda LiFe0.9Ni0.1PO4/C Dengan Variasi Suhu Pengeringan. Yang dilaksanakan di

Laboratorium Baterai Lithium Indonesia dan Laboratorium material Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Serpong, Tangerang Selatan sesuai dengan waktu yang telah di tetapkan. Penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih kepada:

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.

2. Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku dosen pembimbing I, Dr. Ir Bambang Prihandoko, M.T selaku dosen pembimbing II di LIPI yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam melakukan penelitian dan penyelesaian skripsi ini.

3. Prof. Pardamean Sebayang, M.S, Slamet Priyono,M.Si dan seluruh staf peneliti baterai beserta pegawai administrasi di Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI yang telah memberikan bimbingan, dorongan dan masukan kepada penulis serta fasilitas kepada penulis selama penelitian.

(5)

serta kedua kakak penulis yang dengan segala pengorbanannya tak akan pernah penulis lupakan atas jasa-jasa mereka atas dorongan moril yang paling efektif bagi kelanjutan studi penulis hingga saat ini.

5. Meilia , Shelly , Kartika , Suci , Yuni, Sri Rahmawati, Leni dan seluruh mahasiswa Fisika angkatan 2011 yang memberikan dukungan kepada penulis..

6. Rekan-rekan kelompok baterai di Pusat Penelitian Fisika (P2F) LIPI Kak Resa, Mas Eddy, Kak Ali yang selalu siap membantu saya di laboratorium baterai.

Penulis berharap tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pengembangan ilmu pengetahuan dalam bidang baterai ion lithium. Penulis mengharapkan kritik dan masukan yang membangun atas hasil penelitian ini sebagai proses perkembangan ilmu pengetahuan.

Penulis,

(6)

PEMBUATAN LEMBARAN KATODA LiFe

0,9

Ni

0,1

PO

4

/C

DENGAN VARIASI SUHU PENGERINGAN

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian pembuatan lembaran katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C yang akan digunakan sebagai katoda pada baterai lithium. Bahan yang dipergunakan adalah serbuk material aktif LiFe0,9Ni0,1PO4/C sebagai filler, bahan polimer PVdF sebagai matrik, dan bahan aditif konduktif yaitu acetylene black. Teknik pembuatan lembaran menggunakan metoda doctor blade. Penelitian dilakukan untuk mendapatkan suhu pengeringan yang optimum dalam pembuatan lembaran katoda dengan melakukan variasi suhu pengeringan 60oC, 80oC, 100oC. Identifikasi fasa yang terbentuk dari sebuk material aktif katoda dilakukan dengan XRD. Struktur morfologi lembaran dengan SEM. Dari penelitian ini didapatkan lembaran katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C menghasilkan konduktifitas tertinggi dengan alat Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) adalah 1,8 x 10-5 S/cm. Performa baterai dilakukan dengan menggunakan pengujian kapasitas charge/ discharge. Lembaran katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C dengan suhu pengeringan 80oC mengahsilkan spesifik kapasitas discharge sebesar 28,3 mAh/g sesuai dengan hasil CV.

(7)

PREPARATION OF LiFe

0,9

Ni

0,1

PO

4

/C CATHODE SHEETS

WITH VARIOUS OF DRYING TEMPERATURE

ABSTRACT

A research on the preparation of LiFe0,9Ni0,1PO4/C cathode sheets wich will be

used as cathode of lihium battery has been conducted. The materials are active material powders of LiFe0,9Ni0,1PO4/C as filler, the polymer material PVdF as

matriks, and conduvtive additives are acetylene black. The technique of making a sheet is using doctor blade methode. Research has been done to get optimum drying temperature in the fabrication of cathode sheets by doing a variety of drying temperature is 60oC, 80oC, and 100oC. Identification phase from the active material powder of cathode was done by XRD. Morphological structure sheet with SEM. The research showed that the LiFe0,9Ni0,1PO4/C cathode sheets has a

highest conductivity was 1,8 x 10-5 S/cm. Battery performance was analyzed by charge/ discharge capacity test. The drying temperature of 80oC showed discharge specific capacity of LiFe0,9Ni0,1PO4/C is 28,3 mAh/g in accprdance with

the result of CV.

Keywords: LiFe0,9Ni0,1PO4/C, cathode, drying temperature, electrical

(8)

DAFTAR ISI

(9)

2.2.2 Material Anoda 10

2.3 Bahan Elektrolit 11

2.4 Material Komposit 12

2.4.1 Polyvinylidene fluoride (PVdF) 13

2.4.2 Acetylene Black (AB) 13

2.4.3 Pelarut DMAC (N-Dimethylactamide) 14

2.5 Pengujian Material 15

2.5.1 X-Ray Diffraction (XRD) 15

2.5.2 Scanning Elektron Microscope (SEM) 16

2.5.3 Electrochemical Impedance (EIS) 18

2.5.4 Cyclic Voltammetry (CV) 20

2.5.5 Charge/ Discharge (CD) 21

3.3.1 Pembuatan Slurry Material Aktif LiFe0,9Ni0,1PO4/C 24 3.3.2 Cetakan Lembaran Katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C 26

3.3.3 Proses Calendering dan Cutting 27

3.3.4 Proses Pembuatan Coin Cell 28

3.4 Diagram Alir Penelitian 29

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 30

(10)

4.3 Hasil dan Analisa EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) 34 4.4 Hasil dan Analisa CV (Cyclic Voltammetry) 39 4.5 Hasil dan Analisa CD (Charge/ Discharge) 43

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 48

5.1Kesimpulan 48

5.2 Saran 48

(11)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman Tabel

Tabel 2.1 Karakteristik Elektrokimia Tiga Kelas dalam Penyisipan 9 Senyawa

Tabel 2.2 Sifat Umum Polyvinylidene Fluoride (PVdF) 13 Tabel 2.3 Sifat Umum Actylene Black (AB) 14

Tabel 2.4 Sifat Fisik dan Kimia DMAC 15

Tabel 4.1 Perbandingan Hasil Analisis XRD sampel LiFe0,9Ni0,1PO4/C 31 dan LiFePO4 (ICCD/ PDF 4 # 01-078-7909) sebagai

Pembanding

Tabel 4.2 Hasil Konduktifitas dengan Suhu Pengeringan 60oC 35 Tabel 4.3 Hasil Konduktifitas dengan Suhu Pengeringan 80oC 36 Tabel 4.4 Hasil Konduktifitas dengan Suhu Pengeringan 100oC 37 Tabel 4.5 Massa Material Aktif Lembaran Katoda LiFe0,9Ni0,1PO4/C 43 Tabel 4.6 Parameter Pengujian Charge/ Discharge Sel Baterai 44 LiFe0,9Ni0,1PO4/C // LiPF6// Li Metal pada Suhu

Pengeringan 60oC

Tabel 4.7 Parameter Pengujian Charge/ Discharge Sel Baterai 45 LiFe0,9Ni0,1PO4/C // LiPF6// Li Metal pada Suhu Pengeringan 80oC

(12)

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.4 Ilustrasi Skematis pada Struktur Kristal dari 9 (a) LiCo02 (Struktur Layered), (b) LiMn2O4 (Struktur Spinel), dan (c) LiFePO4 (Struktur Olivine) Gambar 2.5 Ikatan Partikel Komposit Baterai Ion Lithium 12 Gambar 2.6 Pola Difraksi Sinar-X yang Terhambur oleh Kisi dalam 15 Bidang Kristal Gambar 2.7 Interaksi Antara Elektron dengan Permukaan Sampel 17

Gambar 2.8 Skema Scanning Elektron Microscope (SEM) 18 Gambar 2.9 Hasil Pengukuran Impedansi Komponen Sel. 19

Gambar 2.10 Voltamogram Siklik dengan Arus sebagai Fungsi Potensial 21

(13)

Gambar 4.2 Hasil SEM Lembar Katoda Berupa Komposit 33

Keramik LiFe0.9Ni0.1PO4/C sebagai Filler, PVdF sebagai Binder, dan AB sebagai Zat Aditif Gambar 4.3 Grafik Cole-cole Plot untuk Suhu Pengeringan 60oC 35 Gambar 4.4 Grafik Cole-cole Plot untuk Suhu Pengeringan 80oC 36 Gambar 4.5 Grafik Cole-cole Plot untuk Suhu Pengeringan 100oC 37 Gambar 4.6 Hubungan Suhu Pengeringan dengan Hasil Konduktifitas Total 38

Gambar 4.7 Cyclic Voltammtery pada Suhu Pengeringan 60oC 40

Gambar 4.10 Charge/ Discharge pada Suhu Pengeringan 60oC 44

Gambar 4.11 Charge/ Discharge pada Suhu Pengeringan 80oC 45

(14)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran Judul Halaman

A Alat-Alat Percobaan L1

B Bahan-bahan Percobaan L4

C Sampel Pengujian L6

D Alat Pengujian L7

E Perhitungan Data Pengujian L8

F Hasil SEM L12

G Hasil EIS L14