Studi Konduktivitas Ionik Polimer Elektrolit PEO - Bentonit -
LiClO
4dan PEO – Getah Damar - LiClO
4Ghufira*, Sal Prima Yudha, Eka Angasa, Febdani Triyogo, Endang
Fitrianingsih
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Bengkulu, Jln Raya Kandang Limun Bengkulu *email : [email protected]
Abstrak. Sebuah penelitian tentang polimer elektrolit telah berhasil dilakukan. Polimer elektrolit dipreparasi dari PEO - LiClO4 dengan bentonit dan getah damar sebagai filler alami. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh penambahan % berat filler terhadap konduktivitas ionik polimer elektrolit. Konduktivitas ionik dari polimer elektrolit PEO – bentonit - LiClO4 dan PEO-getah damar-LiClO4 diukur dengan spektroskopi impedansi. Hasil pengukuran menunjukkan polimer elektrolit PEO – bentonit (20 %) - LiClO4 memberikan konduktivitas ionik tertinggi yaitu sebesar 1,57 x 10-2 S.Cm-1,sedangkan polimer elektrolit PEO-getah damar (7,5 %)-LiClO4 memberikan nilai sebesar 2,7 x 10-3 S/cm. Hasil ini menunjukkan bahwa bentonit dan getah damar dapat digunakan sebagai filler untuk meningkatkan konduktivitas ionik dari polimer elektrolit PEO - LiClO4. Keyword : polimer elektrolit PEO - LiClO4, filler alami, konduktivitas ionik
PENDAHULUAN
Polimer elektrolit banyak ditemukan dalam bentuk baterai polimer ion litium [1]. Baterai polimer ion litium merupakan salah satu baterai yang paling dibutuhkan, karena dapat di cas ulang, ringan, tahan lama, aman penggunaannya dan mudah diolah dalam berbagai bentuk. Penggunaannya terutama untuk peralatan-peralatan portable
seperti kamera, laptop, handphone dan sebagainya [2]. Baterai polimer ion litium itu sendiri terbuat dari ion litium yang di
holding ke polimer elektrolit. Matriks pengisi yang digunakan dalam pembuatan baterai polimer ion litium umumnya adalah polimer sintetik [3]. Beberapa polimer sintetik yang umum digunakan dalam pembuatan polimer elektrolit adalah PEO, PAN, PVC, PMMA, dan PVDF.
Polietilen oksida (PEO) merupakan salah satu polimer sintetik yang memiliki daya tarik yang besar, karena memiliki titik leleh yang tinggi, kesatuan struktur yang tinggi,
temperatur transisi gelas yang rendah, toksisitas yang rendah dan bersifat
biocompatible [4]. Penelitian tentang PEO-LiX based polimer elektrolit yang didopingkan dengan garam alkali dilaporkan pertama kali oleh Jingyu
et.al[5], dan polimer elektrolit tersebut dapat meningkatkan konduktivitas ionik pada temperatur 65oC. Walaupun telah terbukti dapat meningkatkan konduktivitas ionik, PEO yang mengandung garam litium tersebut cenderung akan mengkristal pada suhu kamar [6]. Oleh karena itu, salah satu usaha yang dapat dilakukan adalah dengan menambahkan zat aditif yang dapat mengurangi potensi tersebut. Salah satunya dengan menggunakan filler. Filler yang telah dikembangkan saat ini untuk mengurangi material yang bersifat beracun dan berbahaya (non biodegradable) ialah
filler yang berasal dari alam (biodegradable).
Filler yang dapat dikembangkan dari kekayaan alam Bengkulu adalah bentonit
dan getah damar (Agathis dammara). Bentonit dari alam Bengkulu diketahui memiliki pengaruh dalam meningkatkan konduktivitas ionik dari komposit PVC-LiClO4 [7]. Sedangkan getah damar
merupakan resin yang mengandung fraksi yang bersifat asam dan netral yang diharapkan dapat berinteraksi dengan LiClO4 dalam sistem polimer elektrolit,
sehingga getah damar berpeluang sebagai
filler pada komposit polimer elektrolit. Berdasarkan hal tersebut pada penelitian ini akan dilihat bagaimana pengaruh filler anorganik alami (bentonit) dan filler organik (getah damar) terhadap konduktivitas ionik elektrolit padat yang dihasilkan dari komposit polimer PEO-LiClO4.
METODE PENELITIAN
Bahan-bahan yang digunakan adalah PEO (BM = 600.000) dari Sigma Aldrich, LiClO4 dari Merck, asetonitril dari Merck,
akuades, getah damar dari Kabupaten Bengkulu Selatan, bentonit dari Kabupaten Bengkulu Tengah.
Sampel berupa getah dammar dan bentonit masing-masing dicuci dengan akuades hingga bersih kemudian dikeringkan pada suhu ruang. Getah damar dan bentonit yang sudah bersih dan benar-benar kering digerus hingga halus dan diayak menggunakan ayakan berukuran 53 µm sehingga didapatkan ukuran partikel yang sama.
Polimer elektrolit PEO-LiClO4 dengan
filler getah damar dibuat dengan melarutkan getah damar dengan variasi % berat dalam 25 mL asetonitril. Larutan diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer hingga membentuk larutan homogen. Kemudian ditambahkan sebanyak 1,0 g PEO ke dalam larutan dan diaduk kembali sampai homogen dan ditambahkan 0,125 gram LiClO4. Larutan
diaduk kembali selama 24 jam. Campuran dituang dalam cawan petri dan dikeringkan pada temperatur ruang agar membentuk film elektrolit.
Polimer elektrolit dengan filler bentonit dibuat dengan metode yang sama tetapi dengan melarutkan 1,0 g PEO dalam 25 mL asetonitril terlebih dahulu dan diaduk sampai homogen. Kemudian ditambahkan 0,125 gram LiClO4 dan bentonit dengan
variasi % berat, kemudian campuran ini diaduk selama 24 jam.
Kedua sampel polimer elektrolit yang telah kering kemudian dilepas dari cawan petri dan dianalisis dengan Spektroskopi Impedansi untuk mengukur konduktivitas ioniknya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Getah Damar Terhadap Polimer Elektrolit PEO-LiClO4
Pada sintesis polimer elektrolit PEO-LiClO4 dengan filler getah damar tidak
terlarut di dalam campuran melainkan hanya terdispersi secara merata pada permukaan film elektrolit. Semakin banyak jumlah getah damar yang ditambahkan ke dalam larutan, maka film yang dihasilkan semakin kaku karena semakin banyaknya resin getah yang tersebar di permukaannya. Pengukuran konduktivitas ionik terhadap film polimer elektrolit dilakukan dengan alat Spektroskopi Impedansi untuk mengetahui nilai konduktivitas dari film elektrolit yang dihasilkan dan kontribusi gugus ionik pada polimer elektrolit tersebut. Sebagai standar dalam pengukuran konduktivitas ionik digunakan NAFION NR212 Dupont pada kondisi pengukuran yang sama memiliki nilai konduktivitas ionik sebesar 7,70 x 10-2 S/cm. Nilai konduktivitas ionik dari komposit polimer elektrolit PEO-Getah damar- LiClO4
Tabel 1. Konduktivitas ionik komposit polimer elektrolit PEO-Getah damar-LiClO4.
Sampel Tebal (mm) Konduktivitas ionik (Siemen.Cm-1) 0,0% 0,267 2,706 x 10-3 2,5% 0,2778 1,875 x 10-3 5,0% 0,3407 1,553 x 10-3 7,5% 0,3331 2,514 x 10-3 10,0% 0,2357 5,371 x 10-4 12,5% 0,3405 1,918 x 10-3
Data pada tabel menunjukkan bahwa penambahan getah damar sebagai filler dalam polimer elektrolit PEO-LiClO4
menurunkan nilai konduktivitas ionik polimer elektrolit. Adanya getah damar yang ditambahkan tidak memberikan kontribusi yang berarti bagi nilai konduktivitas ioniknya. Nilai konduktivitas ionik tertinggi diperoleh dari komposit PEO-LiClO4 tanpa filler getah damar (0%),
yaitu 2,7 x 10-3 S/cm. Setelah ditambahkan filler getah damar, nilai konduktivitas optimum diperoleh pada penambahan 7,5% wt getah damar yaitu 2,5 x 10-3 S/cm, sedangkan nilai konduktivitas minimum diperoleh pada penambahan 10% wt getah damar dengan nilai 5,3 x 10-4 S/cm.
Hasil penelitian ini tidak sesuai dengan apa yang diharapkan, yaitu meningkatnya nilai konduktivitas ionik dengan adanya filler getah damar. Walaupun getah damar mengandung gugus fungsi hidroksil dan amina sebagai pendonor elektron yang memungkinkan getah damar dapat meningkatkan nilai konduktivitas ionik. Polimer yang mengandung gugus fungsi hidroksil (OH) dan amina (NH3)
mempunyai hantaran yang baik. Asam abietat dan shoreaphenol yang terkandung pada getah damar mempunyai gugus OH yang kemungkinan dapat membentuk ikatan koordinasi dengan ion Li+ melalui pasangan elektron bebasnya hingga dapat meningkatkan konduktivitas [8].
Penurunan nilai konduktivitas ionik diduga pengaruh senyawa-senyawa
kompleks yang terdapat pada getah damar. Getah damar mengandung campuran kompleks dari asam-asam resinat, alkoholiresinat, resitanol, dan resin-resin. Salah satu dari senyawa tersebut mungkin ada yang lebih aktif dari asam abietat dan shoreaphenol sehingga mampu menghalangi pergerakan ion Li+ untuk dipromosikan dalam rantai polimer sehingga konduktivitas ionik pun tidak mengalami peningkatan.
Pengaruh Bentonit Terhadap Polimer ElektrolitPEO-LiClO4
Pada sintesis polimer elektrolit PEO-LiClO4 dengan filler bentonit, sama halnya
dengan getah damar, partikel bentonit juga tidak terlarut di dalam campuran tersebut, dimana partikel-partikel bentonit tersuspensi didalam campuran tersebut. Suspensi terjadi karena keterbatasan asetonitril untuk melarutkan sejumlah bentonit. Kondisi ini umum terjadi dalam sintesis polimer elektrolit padat.
Data konduktivitas ionik dari polimer elektrolit PEO-bentonit-LiClO4 ditunjukkan
dalam Tabel 2.
Tabel 2 menunjukkan pada penambahan berat filler 0-10% mengalami penurunan konduktivitas. Dugaan sementara yang dapat diajukan berdasarkan literatur adalah pada penambahan filler yang terus-menerus sampai dengan konsentrasi tertentu akan menurunkan difusi elektron didalam polimer. Penurunan difusi elektron akan
Tabel 2. Konduktivitas ionik komposit polimer elektrolit PEO-Bentonit-LiClO4.
Sampel Tebal (mm) Konduktivitas (Siemen.Cm-1) 0% 0.510 1.08 x 10-2 5% 0.482 0.91 x 10-2 10% 0.489 0.72 x 10-2 15% 0.475 1.17 x 10-2 20% 0.553 1.57 x 10-2 25% 0.542 1.04 x 10-2
mempengaruhi interaksi kolom antara material pembawa (bentonit) dengan sisi-sisi etilen oksida.
Dugaan sementara yang dapat diajukan bahwa semakin besar kosentrasi bentonit mengurangi ruang gerak etilen oksida untuk menghantarkan elektron.
Hal ini yang dapat mendukung penjelasan tentang fenomena ini dengan interkalasi. Menurut Barleany et. al [9], Interkalasi adalah suatu penyisipan suatu spesies pada ruang antarlapis dari padatan dengan tetap mempertahankan struktur berlapisnya. Atom-atom atau molekul-molekul yang akan disisipkan disebut sebagai interkalan, sedangkan yang merupakan tempat yang akan dimasuki atom-atom atau molekul-molekul disebut sebagai interkalat. Interkalan yang digunakan pada penelitian ini adalah bentonit, interkalatnya adalah polietilen oksida. Penambahan interkalan pada kosentrasi tertentu akan meningkatkan pergerakan elektron (kenaikan konduktivitas) dan pada kosentrasi yang lain akan menurunkan pergerakan elektron (penurunan konduktivitas).
Pada penambahan berat filler 10-20% mengalami kenaikan konduktivitas. Hal tersebut diprediksi karena adanya peningkatan jumlah ion dan mobilitas dari ion-ion yang ada yang didukung oleh difusi elektron yang lebih baik sesuai dengan peningkatan elektron. Konduktivitas ion pada polimer elektrolit umumnya dipengaruhi oleh jumlah ion yang bergerak dan pergerakannya [10].
Beberapa penelitian sebelumnya yang menambahkan bahan pengisi ke dalam polimer elektrolit dengan bahan utamanya PEO [10], polimer elektrolit PEO-Getah damar (7,5%)-LiClO4 dan PEO-Bentonit
(20%)-LiClO4 masih menunjukkan nilai
konduktivitas ionik yang lebih tinggi (Tabel 3). Sehingga dapat disimpulkan polimer elektrolit PEO-LiClO4 dengan filler getah
damar dan bentonit memiliki nilai konduktivitas yang baik. Kedua polimer
Tabel 3. Modifikasi polimer elektrolit dengan bahan PEO
Komposisi Elektrolit Konduktivita
s (S/cm) PEO-Getah damar (10%)-LiClO4 2,5 x 10-3 PEO-Bentonit (20%)-LiClO4 1,5 x 10-2
PEO-LiClO4-EC 2,7 x 10-4
PEO-12C4-LiClO4 5,0 x 10-5
PEO-PMMA + MgO 2,0 x 10-4
PEO/SMPEO-LiClO4 1,6 x 10-5
elektrolit ini masih cocok digunakan untuk aplikasi pada perangkat baterai litium, sebab salah satu kriteria polimer elektrolit dapat digunakan sebagai salah satu perangkat dalam baterai litium adalah memiliki nilai konduktivitas ionik melebihi 10-4 S/cm pada suhu -40 oC sampai 90 oC.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan didapatkan bahwa tidak semua kehadiran filler alami berupa getah damar dan bentonit dapat meningkatkan konduktivitas ionik pada komposit polimer elektrolit PEO-Getah damar-LiClO4 dan
PEO-Bentonit-LiClO4. Konduktivitas
tertinggi pada PEO-Bentonit-LiClO4
didapatkan 20% bentonit yaitu 1,57 x 10-2 S/Cm. Sedangkan konduktivitas tertinggi untuk polimer elektrolit PEO-Getah damar-LiClO4 didapatkan untuk 7,5 % getah
damar yaitu sebesar 2,5 x 10-3 S/cm. Walaupun hasil yang didapatkan tidak memenuhi harapan, kedua polimer elektrolit PEO-Getah damar-LiClO4 dan
PEO-Bentonit-LiClO4 masih bisa
diaplikasikan untuk pembuatan baterai litium. Pada penelitian ini disarankan untuk melakukan analisa lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh filler terhadap polimer elektrolit PEO-LiClO4.
DAFTAR PUSTAKA
Ibrahim, S., Johan, R. M. 2011. Conductivity, Thermal and Neural
Network Model Nanocomposite Solid Polymer Electrolyte System (PEO8
-LiPF6-EC-CNT). International Journal of
Electrochemical Science. 6: 5565-5587 Prihandoko, B. Wigayati, M. E., Nurhayati.
2007. Pengaruh Penambahan LiClO4
pada Pembuatan Komposit Anoda Grafit Bermatrik Polimer. Jurnal Fisika dan Aplikasinya. 3: 070109-1-070109-6 Ahmad, A., Rahman, M. Y. A., Noor, S. A.
M., Bakar, M. R. A. 2009. Preparation and Characterization of PVC-Al2O3
-LiClO4 Composite Polymer Electrolyte.
Journal of Sains Malaysiana. 38: 483-487
Jingyu, X., Xiaobin, H., Xiaozhen, T. 2004. Effect of Organic-Inorganic Hybrid P123-em-SBA15 on Lithium Transport Properties of Composite Polymer Electrolyte. Chines Science Bulletin. 49: 2129-2133
Chun-Yue, P., Qing, F., Li-Jun, W., Qian, Z., Meng, C. 2007. Morphology and Conductivity In-Situ PEO-LiClO4-TiO2
Composite Polymer Electrolyte. Journal of Central South University of Technology. 13: 0348-05
Ghufira., Yudha, P. S., Angasa, E., Ariesta, J. 2012. Electrochemistry Study on PVC-LiClO4 Polymer Electrolyte
Supported by Bengkulu Natural Bentonite for Lithium Baterry. Aceh International Journal of Science and
Teknology. 1: 26-29
Zulfikar, M. Ali., D. Wahyuningrum., Tanyela B. Pengaruh Konsentrasi Kitosan Terhadap Sifat membrane Komposit Kitosan-silika Untuk sel Bahan Bakar. Prosiding Seminar Kimia Bersama UKM-ITB VIII. 9-11 Juni 2009 Lindawati. 2011. Preparasi dan Karakterisasi Komposit PEO-Getah Damar-LiClO4 sebagai Polimer
Elektrolit. Universitas Bengkulu. Bengkulu
Barleany, R. D., Hartono, R., Santoso. 2011. Pengaruh Komposisi Montmorillonite Pada Pembuatan Polipropilen-Nanokomposit Terhadap Kekuatan Tarik dan Kekerasanya. Jurnal Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia. 1693-4393
Osman, Z., Ibrahim, Z. A., Arof, A. K. 2001. Conductivity enhancement due to ion dissociation in plasticized chitosan based polymer electrolytes. Journal Devoted to Scientific and Technological Aspects of Industrially Relevant Polysaccharides. 44: 167–173.
Chew, C. L. 2005. Kajian Kekonduksian Ionik Terhadap Adunan Elektrolit Polimer PVC-Getah Asli Terepoksi Dan PVDF-Getah Asli Terepoksi. Fakulti Sains. Universiti Teknologi Malaysia. Malaysia . [THESIS]
