BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini, meningkatnya pertumbuhan pemakaian energi dunia mengarah kepada
penipisan bahan bakar fosil seperti batu bara, bensin dan gas. Kecenderungan ini
telah mendorong kenaikan harga bahan bakar di pasar dan telah menciptakan
ketergantungan yang kuat pada negara penghasil bahan-bahan ini (Scrosati and
Garche, 2010). Selain itu, konsumsi besar-besaran dari bahan bakar fosil
mengarah ke generasi gas rumah kaca CO2, dan pemanasan global lebih lanjut
dan kerusakan lingkungan (Xiangcheng,2015). Untuk mengurangi emisi CO2,
sumber energi terbarukan menjadi semakin penting. Namun, untuk eksploitasi
efisiensi sumber cara-cara baru ini dibutuhkan pengembangan energi yang lanjut
(Liu et al., 2010).
Baterai adalah salah satu dari penyambung elektrik sel elektrokimia yang
memiliki terminal/hubungan untuk memasok energi listrik (Martin and Ralph,
2004). Baterai ion lithium sekarang telah mendominasi pada aplikasi kimia, 60%
dari nilai penjualan di seluruh dunia untuk baterai portabel (Tarascon, J.M,2001).
Namun performa baterai ini tidak cukup untuk beberapa tuntutan di masa depan,
yang meliputi kendaraan listrik, jaringan listrik meratakan beban, dan puncak
cukur, yang bersama-sama menetapkan daftar baru tuntutan baterai dalam hal
seumur hidup, listrik, dan kepadatan energi.
Ada dua tipe daripada baterai, yaitu baterai primer adalah sebuah sel, atau
kumpulan dari sel, untuk pebangkitan energi listrik yang dimaksudkan untuk
digunakan sampai habis dan dibuang. Baterai primer dirakit pada keadaan terisi;
discharge adalah proses primer pada saaat operasi.
Baterai sekunder adalah sebuah sel atau kumpulan dari sel untuk
pembangkitan energi listrik dimana sel, setelah dilakukan pemakaian, dapat
dikembalikan ke kondisi semula dibebankan dengan arus listrik yang mengalir
kearah yang berlawanan untuk aliran arus ketika sel dipakai. Hal lain untuk tipe
pada baterai ini adalah barerai isi ulang atau akumulator. Sebuah baterai sekunder
▸ Baca selengkapnya: elektroda yang terdapat pada sel aki
(2)dahulu sebelum menjalani discharge pada proses sekunder (Martin and Ralph,
2004).
Li4Ti5O12 memiliki cyclability yang sangat baik dan memiliki sifat
keselamatan, yang saat ini digunakan sebagai anoda pada baterai ion lithium
untuk sebagian besar teknologi baru. Aplikasi LTO pada kendaraan listrik (EV)
dan kendaraan listrik hibrida (HEV) sangat besar (Liu et al., 2010), sementara
aplikasi skala besar untuk menyimpan energi, misalnya pembangkit listrik tenaga
surya, berada di bawah. Baterai ion lithium bisa membantu masyarakat
memperoleh manfaat dari energi yang berkelanjutan, melalui penyelamatan
lingkungan dan penebusan ekonomi.
Atom Al cenderung mensubtitusi Ti pada doping rendah dan mensubtitusi
Li pada doping tinggi. Doping Al pada serbuk Li4Ti5O12 tidak merubah struktur
kristal dan dikonfirmasi dari hasil XRD, dengan meningkatnya doping Al
menyebabkan morfologi partikel beraglomerasi dan berpori, surface area stabil,
ukuran partikel cenderung turun, konduktifitas meningkat namun kapasitas
berkurang (Priyono.S, 2014).
Dalam pembuatan sel baterai, hal yang paling penting adalah membuat
lembaran. Lembaran harus memiliki komposisi bahan yang tepat, memiliki daya
rekat yang baik, memiliki konduktifitas tinggi dan ketebalan yang sesuai.
Lembaran dibuat dengan mencampurkan material aktif dengan binder (PVDF),
Super P, dan pelarut (DMAC). Dalam proses pembuatan lembaran elektroda ada
beberapa parameter yang harus diperhatikan seperti komposisi bahan, lama
pencampuran, suhu pemanasan, kecepatan pencampuran, viskositas slurry,
ketebalan lapisan, kecepatan lapisan, suhu dan lama pengeringan (Sari.S.P, 2015).
Ketebalan lapissan akan mempengaruhi performa sel baterai karena
berhubungan dengan jarak yang ditempuh elektron dari interface Anoda/elektrolit
menuju current collector (Cu Foil). Semakin tebal lapisan maka jalur elektron
akan semakin panjang sehingga effisiensi sel baterai semakin menurun karena
aliran elektron akan terhambat pada material aktif. Selain itu, meningkatnya
ketebalan lapisan juga dapat menyebabkan hambatan dalam meningkat yang
mengakibatkan self discharge semakin besar. Ilustrasi jarak tempuh elektron dari
Kerapatan daya/power spesific dan kepadatan energi spesifik dari baterai
sangat bergantung pada ketebalan lapisan material aktif pada current collector.
Ketebalan lapisan bahan elektroda memberikan energi yang tinggi karena jumlah
pada bahan aktif yang besar, tetapi juga meningkatkan panjang difusi ion dalam
material LTO sehingga menurunkan daya. Sebaliknya, lapisan tipis elektroda
memberikan jalur difusi singkat sehingga power density lebih tinggi. Tetapi
materi aktif kurang banyak dan akibatnya energy density tersebut menurun. Selain
itu, optimasi ketebalan lapisan dapat mengefisienkan biaya produksi (Nordh,
2013).
Katoda Anoda
Cu Foil
Coating (LTO+AB+PVDF)
Elektron
Pergerakan elektron menuju Cu Foil melalui
coating
e
-e- e
-e
-Tebal coating
Elektrolit
Gambar 1.1 Pengaruh ketebalan lapisan terhadap laju elektron
Dalam penelitian ini akan dibuat lembaran anoda dengan berbahan dasar serbuk
LTO yang fokus pada pengaruh variasi ketebalan lapisan material aktif terhadap
performa sel baterai.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan diatas, maka permasalahan
dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi ketebalan coating LTO
doping Al terhadap performa sel baterai (energy density dan power density)
lithium dan mencari ketebalan optimum sehingga nantinya dihasilkan lembaran
anoda yang dapat meningkatkan performa dari sel baterai ion lithium.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini difokuskan pada sintesis dan pembuatan lembaran anoda
LTO dopig Al.
2. Bahan baku yang digunakan adalah serbuk LiOH.H2O, TiO2, dan Al2O3
teknis dengan metode metalurgi serbuk.
3. Pengujian dilakukan dengan Cyclic Voltametry hanya siklus pertama dan
Charge-Discharge sampai siklus ketiga.
4. Penelitian ini difokuskan pada mencari hubungan ketebalan lapisan
dengan kapasitas spesifik.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk melakukan sintesis LTO doping Al sebagai material anoda.
2. Untuk membuat lembaran anoda dengan variasi ketebalan lapisan serbuk
LTO doping Al.
3. Untuk mengetahui konduktifitas listrik lembaran anoda LTO doping Al
dan konduktivitas ionik sel setengah baterai.
4. Untuk mengetahui pengaruh variasi ketebalan dalam pembuatan lembaran
anoda LTO doping Al terhadap performa elektrokimia (kapasitas spesifik)
sel baterai pada anoda LTO doping Al dari kurva cyclic-voltammetry dan
charge-discharge.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif terhadap
usaha pengoptimalan performa sel baterai ion lithium dengan anoda LTO doping
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, komponen baterai, Material Anoda, LTO doping Al, dan
beberapa perbandingan baterai berbahan baku serbuk LTO
dengan baterai berbahan material yang lain.
BAB 3 : Metodologi Penelitian
Bab ini berisi tempat dan waktu penelitian, metode yang
digunakan dalam penelitian meliputi bahan dan peralatan yang
digunakan serta diagram alir penelitian.
BAB 4 : Hasil dan Pembahasan
Bab ini mencakup pembahasan dari hasil penelitian berupa hasil
Konduktivitas, cyclic voltammetry dan charge/discharge.
BAB 5 : Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh dari bab sebelumnya
yaitu hasil dan pembahasan terkait tujuan dari penelitian. Dan
