PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN
AKTIF
MESOCARBON MICROBEAD
(MCMB) SEBAGAI
ANODA DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT
PELARUT
N,N-DIMETHYL ACETAMIDE
(DMAC)
SKRIPSI
KARTIKA SARI
110801014
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN
AKTIF
MESOCARBON MICROBEAD
(MCMB) 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
KARTIKA SARI
1108011014
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERNYATAAN
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN
AKTIF
MESOCARBON MICROBEAD
(MCMB) SEBAGAI
ANODA DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT
PELARUT
N,N-DIMETHYL ACETAMIDE
(DMAC)
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 24 Agustus 2012
Kartika Sari
PENGHARGAAN
Assalamu’alaikum wr.wb.
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. Penulis menyadari bahwa dalam penelitian
dan penyusunan karya ini tidak bisa lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh
karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikanungkapan terima
kasih kepada:
1. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas
Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, MSc. 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. Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc. Selaku dosen pembimbing akademik
penulis, yang selalu mendorong penulis untuk meningkatkan prestasi selama
masa perkuliahan.
3. Dr. Perdinan Sinuhaji, MS. dan Fadli Rohman, M.Si. Selaku dosen
pembimbing yang banyak memberi bantuan, arahan dan sumbangan
pemikiran kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.
4. Slamet Priyono, M.T. yang tidak pernah bosan menjawab pertanyaan dan
pemikiran penulis baik pada saat penulis masih melakukan penelitian di LIPI
maupun setelah penulis kembali ke USU.
5. Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc. selaku ketua penguji, Drs. Aditia
Warman, MS. selaku sekretaris penguji, dan Drs. Ackhiruddin MS selaku
anggota penguji yang telah memberikan kritik, saran, dan arahan kepada
penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
6. Orangtua dan keluarga tercinta yang selalu memberikan dukungan moral dan
spiritual kepada penulis.
7. Yuni, Rani, Shelly, Memei, Suci, Sri, Leni, Tri, Elma, Ria selaku teman
Fisika stambuk 2011 yang juga memberikan dukungan moral dan spritual
kepada penulis.
8. Seluruh sahabat dan teman-teman kost yang selalu memberikan bantuan, doa
dan kekeluargaanya kepada penulis,
Penulis berharap tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pengembangan
ilmu pengetahuan khususnya energi terbarukan.
Medan, 24 Agustus 2015
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF MESOCARBON MICROBEAD (MCMB) SEBAGAI
ANODA DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pembuatan anoda baterai ion lithium dengan menggunakan material aktif Mesocarbon Microbead (MCMB) dengan memvariasikan persentase berat pelarut N,N-Dimethyl Acetamide (DMAC) sebesar 42,85%, 33,33%, 27,27% terhadap material aktifnya untuk melihat performa anoda baterai dengan membandingkan baterai yang dibuat dengan MCMB kalsinasi 5000C dan MCMB tanpa kalsinasi. Pengujian performa baterai menggunakan alat uji Charge-discharge dan Cyclic voltammetry (CV) Pembuatan lembaran anoda baterai menggunakan MCMB sebagai material aktif,
Polyvinilidene Flouride (PVDF) sebagai binder dan Acetylenene Black (AB) sebagai zat aditif. Hasil yang diperoleh serbuk MCMB tanpa kalsinasi memiliki struktur kristal berbentuk heksagonal dengan komposisi grafit yang belum 100%. Morfologi partikelnya teratur dengan diameter sekitar 106 m. Lembaran anoda yang paling baik dihasilkan dari pencampuran dengan persentase berat pelarut 33,33% DMAC dengan serbuk MCMB tanpa kalsinasi. Hasil uji charge-discharge menunjukkan kapasitas maksimal baterai untuk proses charge 3,32 mAh dan kapasitas dischargenya 1,63 mAh dengan kapasitas spesifik sebesar 20,12 mAh/g.
PREPARATION LITHIUM ION BATTERY USING
MESOCARBON MICROBEAD (MCMB) AS AN ANODE ACTIVE MATERIAL WITH VARIATION ON WEIGHT FRACTION OF
N,N-DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SOLVENT Charge-discharge test and Cyclic voltamettry (CV). Preparation of sheet battery using MCMB as an anode active material, Polynilidene Flouride (PVDF) as a binder and Acetylenene Black (AB) as an additive. The result obtained MCMB powder without treat has a hexagonal crystal structur with graphite composition has not been 100%. The particle morphology is meeting with diameter range of 106 m. The most well anode sheet resulting from mixing with 33,33% weight fraction DMAC with MCMB powder without treat. Charge-discharge test result show the maximum charge capacity is by 3,32 mAh and discharge capacity is 1,63 mAh with spesific capacity is 20,12 mAh/g.
DAFTAR ISI
2.2.1 Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium 11 2.3 Bahan Anoda Untuk Baterai Ion Lithium 14 2.3.1 Karbon Sebagai Material Anoda Pada Baterai 14 Ion Lithium
2.3.2 Mesocarbon Microbead (MCMB) 17 2.3.3 Perkembangan Mesocarbon Microbead (MCMB) 18 2.4 Bahan Katoda Untuk Baterai Ion Lithium 19 2.4.1 Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) 20
2.5 Komponen Tambahan Penyusun Anoda 20
2.5.1 Binder PVDF (Poly Vinylidene Flouride) 20 2.5.2 Zat Aditif Acetylene Black 21 2.5.3 Pelarut DMAC (N-N Dimethyl Acetamide ) 22
2.5.4 Copper Foil (Cu Foil) 23
2.6 Perkembangan Baterai Lithium Sebagai Energi Terbarukan 24
2.7 Karekterisasi dan Pengujian 25
2.7.1 Karakterisasi XRD 25
2.7.2 Karakterisasi SEM 26
2.7.4 Pengujian Charge Discharge (CD) 30
3.4.5 Calendering dan Cutting Lembaran Anoda MCMB 38
3.4.6 Assembly Baterai 38
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 39
4.1 Pembuatan Lembaran Anoda MCMB Baterai Lithium 39 4.2 Analisis Karakterisasi dan Pengujian 41
4.2.1 Analisis XRD 41
4.2.2 Analisis SEM 44
4.2.3 Analisis Cyclic Voltammetry (CV) 45 4.2.4 Analisis Chrage-discharge (CD) 48
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 54
5.1 Kesimpulan 54
5.2 Saran 54
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
Tabel 2.1 Beberapa Material yang Digunakan untuk Anoda 8
Tabel 2.2 Beberapa Material yang Digunakan untuk Katoda 9
Tabel 2.3 Persyaratan Umum untuk Separator 10
Tabel 2.4 Karakteristik dari Mesocarbon Microbead (MCMB) 18
Tabel 2.5 Ringkasan Spesifik Baterai 20
Tabel 3.1 Komposisi Pencampuran Bahan Baku 35
Tabel 4.1 Parameter Pada Sampel Sel Anoda MCMB Kalsinasi 40
Dan MCMB tanpa Kalsinasi
Tabel 4.2.a Data puncak tertinggi MCMB kalsinasi 42
Tabel 4.2.b Data Puncak tertinggi MCMB tanpa kalsinasi 42
Tabel 4.3.a Analisis Struktur Kristal untuk MCMB Kalsinasi 42
Tabel 4.3.b Analisis Struktur Kristal untuk MCMB tanpa Kalsinasi 43
Tabel 4.4 Hasil Cyclic Voltammetry pada sampel 47
Tabel 4.5 Performa baterai pada charge-discharge siklus pertama 50
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
Gambar 1.1 Diagram Kebutuhan Energi Di Indonesia 1
Gambar 2.1 Proses charge-discharge pada Baterai Ion Lithium dengan 12
Anoda Grafit dan Katoda Lithium Kobalt
Gambar 2.2 Tegangan Kerja Elektroda Baterai Ion Lithium 13
Gambar 2.3 Bagan Pembagian Jenis Karbon 15
Gambar 2.4 Struktur Karbon 15
Gambar 2.5 Struktur Grephen dan Grafit 16
Gambar 2.6 Struktur MCMB tipe Brooks Taylor 19
Gambar 2.7 Struktur PVDF 22
Gambar 2.8 Produk Acetylene Black 22
Gambar 2.19 Copper-foil 23
Gambar 2.10 Bentuk Susunan Sel Baterai Lithium Ion 23
Gambar 2.11 Prinsip Kerja SEM 27
Gambar 2.12 Skema Secondary Electron dan Backscattered Electron 28
Gambar 2.13 Sinyal Eksitasi untuk Voltametri Siklik 29
Gambar 2.14 Voltamogram Siklik Redoks 29
Gambar 3.1 Lembaran Anoda MCMB yang Telah Dikeringkan 37
Gambar 3.2 Desain Lembaran Anoda MCMB 38
DAFTAR GRAFIK
Nomor Judul Halaman
Grafik
Grafik 4.1 Hasil Uji XRD MCMB kalsinasi dan MCMB tanpa kalsinasi 41
Grafik 4.2 Hasil Uji CV Sampel A 45
Grafik 4.3 Hasil Uji CV Sampel B 46
Grafik 4.4 Hasil Uji CV Sampel C 46
Grafik 4.5 Hasil Uji CV Sampel D 47
Grafik 4.6 Hasil Uji Charge-discharge Sampel A 48
Grafik 4.7 Hasil Uji Charge-discharge Sampel B 49
Grafik 4.8 Hasil Uji Charge-discharge Sampel C 50
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran Judul Halaman
LAMPIRAN A Bahan dan Peralatan 57
LAMPIRAN B Pembuatan Baterai Lithium Prismatik 61
LAMPIRAN C Hasil Uji Serbuk 63
LAMPIRAN D Hasil Uji Performa Baterai 79
