Pembuatan Baterai Lithium Meggunakan Bahan Aktif Natural Graphite (NG) Sebagai Anoda Dengan Variasi Persentase Berat Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC)

(1)

PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN

AKTIF

NATURAL GRAPHITE

(NG) SEBAGAI ANODA

DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT

N,N

DIMETHYL ACETAMIDE

(DMAC)

SKRIPSI

YUNI AULIA UMI

110801005

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN

AKTIF

NATURAL GRAPHITE

(NG) SEBAGAI ANODA

DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT

N,N

DIMETHYL ACETAMIDE

(DMAC)

SKRIPSI

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

YUNI AULIA UMI

110801005

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERNYATAAN

PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF

NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)

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, pujian tertinggi dilafazkan dalam ungkapan syukur tak terkira, kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam, Yang telah menurunkan AlQur’an sebagai petunjuk dan sumber ilmu pengetahuan bagi orang-orang yang berpikir. Salam teruntuk Baginda Rasulullah SAW, sang teladan terbaik, pemimpin yang cerdas dan menginspirasi ummat dalam mengembangkan potensi agar tercapai kemaslahatan melalui ilmu pengetahuan.

Paper sederhana ini dapat diwujudkan karena adanya dukungan dan fasilitas

dari berbagai pihak, maka penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih

kepada:

1. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika

Universitas Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku

Sekretaris 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. Fauzi, MS. Selaku dosen pembimbing I yang telah banyak

membimbing, memberikan masukan, arahan, dan membantu

penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Fadli Rohman, M.Si. Selaku dosen pembimbing II di Pusat

Penelitian Fisika LIPI, yang telah banyak meluangkan waktu untuk

memberikan masukan, arahan dan membantu penulis menghadapi

berbagai hambatan selama penelitian.

4. Keluarga baru di Serpong, Bu Neneng, teteh Ilma izma dan Kak

Ina yang telah menjaga dan merawat penulis selama penelitian.

5. Sahabat-sahabat seperjuangan : Khairani Nasution, Meilia krisanti,

Kartika Sari, Suci Purnama Sari, Shelly Maharani, Leny Daulay,

Sri Rakhmawati, Elma Riska, Wiriya Sasmita dan Trimala Sari,

(5)

tegurannya, untuk terus bersama dalam lelahnya perjuangan dan

untuk terus menjadi keluarga bagi penulis.

6. Sahabat-sahabat Stambuk 2011 khususnya Fauzi, Ichsan, Dhina,

Dea, Fahmi, Adimas, Zikri untuk semangat dan doanya.

7. Adik-adik kos, Lili, Alya, Samsi dan Sefrina atas doa dan

semangatnya.

8. Orang tersayang Misdi yang telah memberikan semangat, perhatian

dukungan, dan doa kepada penulis.

Terakhir, ungkapan terima kasih yang tak berbilang kepada orang orang

tercinta, Bapak Agus suharno, Ibu Suryati, serta kedua adik ku Dian Kesuma dan

Nur Azizah, untuk segala doa, pengorbanan, kasih sayang, dukungan dan

semangat, karya sederhana ini aku persembahkan untuk kalian.

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.

Penulis

(6)

PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF

NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI

PERSENTASE BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)

ABSTRAK

Salah satu sistem penyimpanan energi terbarukan yang banyak digunakan adalah

rechargeable lithium ion battery. Pada rechargeable lithium ion battery terdapat

empat bagian utama yang salah satunya adalah bagian anoda. Material anoda yang

dipakai yaitu grafit alam. Maka, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

pengaruh pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) terhadap performa baterai.

Bahasan utama dalam penelitian ini adalah menganalisa pengaruh variasi pelarut

N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) dengan material aktif 37,5%, 33,3% dan 30%

untuk melihat kapasitas baterai dari grafit alam. Identifikasi fasa yang terbentuk

dilakukan dengan XRD, struktur mikro dan ukuran partikel dengan SEM,

kapasitas baterai dengan uji charge/discharge, reaksi reduksi dan oksidasi dengan

uji cyclic voltammetry. Hasil galvanostatic charge/discharge didapatkan hasil

terbaik pada persentase perbandingan berat material aktif natural grafit dengan

pelarut DMAC 30% dengan kapasitas charge 1,9 mAh dan kapasitas discharge

1,9 mAh pada cycle ke tiga dengan kapasitas spesifik 31,6 mah/g.

Kata kunci : Baterai ion lithium, grafit alam, kapasitas charge, kapasitas

(7)

PREPARATION LITHIUM ION BATTERY USING NATURAL GRAPHITE

(NG) AS AN ANODE ACTIVE MATERIAL WITH VARIATION IN

WEIGHT FRACTION OF N, N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)

SOLVENT

ABSTRACT

One of the renewable energy storage system that is widely used is a rechargeable

lithium ion battery. Rechrgeable in the lithium ion battery the are four main parts

,one of the main parts is anode. In this research anode active material is using by

natural graphite. Thus, this astudy aims to determine the effect N,N dimethyl

acetamide (DMAC) solvent to the battery performance .The main discussion of

this study was to analyzed the efect of varision N,N dimethyl Acetamide

(DMAC) solvent to the active material by 37,5 %, 33,3%, 30% to see the

performance battery based natural graphite . identification characterization of

natural graphite of using XRD and SEM , capacity in battery is testing by

charge/discharge test and cycic voltammetry test. The result of charge/discharge

test obtaned the best in the 30% weight percentage solvent DMAC, when charge

capacity of in 1,9 mAh and discharge capacity of in 1,9 mAh in the third cycle

with specification capacity 31,6 mAh/g.

(8)

(9)

2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium 7

2.2.2 Bagian Utama pada Lithium Ion Battery 7

2.2.3 Prinsip Kerja Baterai Lithium 10

2.3 Karbon Sebagai Bahan Anoda 12

2.3.1 Grafit 13

2.4 Bahan Katoda Untuk Baterai Lithium 15

2.4.1 Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) 15

2.5 Komponen Tambahan Penyusun Anoda Baterai 15

2.5.1 Binder Polyvinilidene Flouride (PVDF) 15

2.5.2 Zat aditif Acetylene Black (AB) 16

2.5.3 Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) 16

2.6 Prosedur Pengujian 17

2.6.1 Analisa Struktur kristal dengan XRD 17

2.6.2 Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopi) 18

2.6.3 Pengujian Charge-Discharge 20

2.6.4 Pengujian Cyclic Voltammetry 21

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 23

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 23

(10)

3.4.3 Pembuatan Slury 27

3.4.4 Pembuatan Lembaran Anoda 27

3.4.5 Calendering dan Pemotongan Lembaran Anoda NG 28

3.4.6 Asembly Baterai 29

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 30

4.1 Pembuatan Lembaran Anoda Berbasis NG Baterai Lithium 30

4.2 Analisa XRD 32

4.3 Analisa SEM 33

4.4 Analisa Cyclic Voltammetry 35

4.5 Analisa Charge-discharge 38

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 46

5.1 Kesimpulan 46

5.2 Saran 46

(11)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

Tabel 2.1 Beberapa Material yang Dipakai Untuk Anoda 8

Tabel 2.2 Beberapa Material yang Dipakai Untuk katoda 9

Tabel 3.1 Komposisi Pencampuran Bahan Baku 25

Tabel 4.1 Parameter pada sampel sel anoda NG kalsinasi dan NG tanpa 31

Kalsinasi

Tabel 4.2 Analisa struktur kristal untuk NG tanpa kalsinasi 33

Tabel 4.3 Hasil Peak list graphite 33

Tabel 4.4 Hubungan hasil charge-discharge dan cyclic voltammetry 38

Tabel 4.5 Performa baterai pada charge-discharge siklus pertama 43

Tabel 4.6 Performa baterai pada charge-discharge siklus kedua 43

(12)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar

Gambar 2.1 Proses Charging Pada Baterai Lithium 11

Gambar 2.2 Proses Discharging Pada Baterai Lithium 11

Gambar 2.3 Grafit yang Dibentuk oleh Tumpukan Lembaran Graphene 14

Gambar 2.4 Struktur Kimia PVDF 16

Gambar 2.5 Difraksi sinar-x oleh atom-atom pada bidang kristal 18

Gambar 2.6 Diagram SEM 20

Gambar 2.7 Sinyal Eksitasi Untuk Voltametri Siklik 22

Gambar 2.8 Voltamogram 22

Gambar 3.1 Lembaran Anoda Natural Graphite yang Dikeringkan 28

Gambar 3.2 Desain Lembaran Anoda Natural Graphite 28

(13)

DAFTAR GRAFIK

Nomor Judul Halaman

Grafik

Grafik 4.1 Grafik hubungan sudut difraksi (β (˚)) terhadap Intensitas (Cps) 32

Pada hasil XRD natural graphite

Grafik 4.2 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada 35

hasil uji Cyclic voltammetry Sampel A

hasil uji Cyclic voltammetry Sampel B

hasil uji Cyclic voltammetry Sampel C

Garfik 4.5 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada 37

hasil uji Cyclic voltammetry Sampel D

Grafik 4.6 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap 39

Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel A

Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge Sampel B

Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel C

(14)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran Judul Halaman

LAMPIRAN A Bahan dan alat percobaan 49

LAMPIRAN B Proses Pembuatan Baterai Lithium Prismatik 54

LAMPIRAN C Pengujian Serbuk 56

LAMPIRAN D Pengujian Performa Baterai 62