BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Baterai 2.1.1 Sejarah Baterai Pada awal abad ke-19 Alessandro Volta menciptakan baterai pertama yang dikenal dengan Tumpukan Volta (Voltaic Pile).Baterai ini terdiri dari tumpukan cakram seng dan tembaga berselang seling dengan kain basah yang telah dicelupkan air garam sebagai pembatasnya.Baterai ini telah mampu menghasilkan arus yang kontinue dan stabil. Pada tabel 2.1 akan ditunjukan perkembangan baterai.

Tabel 2.1 Sejarah perkembangan baterai (Buchman, 2001) Tahun

Penemu

Penemuan

1600

Gilbert (Inggris)

Peletakkan dasar-dasar elektrokimia

1789

Galvani (Italia)

Penemuan listrik dari hewan

1800

Volta (Italia)

Penemuan sel voltaic

1802

Cruickshank (Inggris)

Baterai pertama dengan yang mampu di produksi massal

1820

Ampere (Perancis)

Listrik oleh magnet

1833

Faraday (Inggris)

Hukum Faraday

1859

Plante (Inggris)

Penemuan baterai timbal/asam

1868

Leclance (Inggris)

Penemuan sel Leclance

1888

Gasner (Amerika Serikat)

Penyempurnaan sel kering

1899

Jungner (Swedia)

Penemuan baterai Ni-Cd

1901

Edison (Amerika Serikat)

Penemuan baterai Ni-Fe

1932

Shlecht & Ackerman

Penemuan

(Jerman)

dipadatkan

1947

Neuman (Perancis)

Berhasil mengemas baterai Ni-Cd

1960-an

UnionCarbide(Amerika

Pengembangan baterai alkalin primer

pelat

kutub

yang

Serikat)

Universitas Sumatera Utara

1970-an

1990

Union Carbide (Amerika

Pengembangan baterai timbal/asam

Serikat)

dengan pengaturan kutup

Union Carbide (Amerika

Komersialisasi baterai Ni-MH

Serikat) 1992

Kordesch (Kanada)

Komersialisasi baterai alkalin yang dapat dipakai ulang

1999

Kordesch (Kanada)

Komersialisasi baterai Li-ion polimer

2.1.2 Pengertian Baterai Baterai didefenisikan sebagai suatu sel elektrokimia yang dapat mengubah langsung energi kimia menjadi energi listrik (Triwibowo, 2011).Pengertian baterai secara umum mencakup beberapa sel baterai yang digabungkan. Sel baterai adalah unit terkecil dari suatu sistem proses elektrokimia yang terdiri dari elektroda, elektrolit, seperator, wadah dan terminal/ current collector (Subhan, 2011). Kinerja baterai melibatkan transfer elektron melalui suatu media yang bersifat konduktif dari elektroda negatif (anoda) ke elektroda positif (katoda) sehingga menghasilkan arus listrik dan beda potensial. Bahan dan luas permukaan elektroda mampu mempengaruhi jumlah beda potensial yang dihasilkan. Setiap bahan elektroda memiliki tingkat potensial elektroda yang berbeda-beda. Jika luas permukaan elektroda diperbesar maka akan semakin banyak elektron yang dapat dioksidasi dibandingkan dengan elektroda dengan luas permukaan yang kecil (Kartawidjaja et al., 2008).

2.1.3 Jenis – Jenis Baterai Mengacu pada sumber energi listrik yang terbentuk dari hasil proses elektrokimia, maka baterai/ sel dikelompokkan sebagai berikut (Triwibowo, 2011): 1. Baterai/ sel primer (baterai dengan penggunaan sekali saja) Pada umumnya baterai primer murah. Mudah digunakan sebagai sumber listrik untuk peralatan portabel. Memiliki densitas energi listrik yang besar dengan


kecepatan discharge yang rendah dan tidak memerlukan perawatan. Contoh baterai ini dapat dilihat di Gambar 2.1.a 2. Baterai/ sel sekunder (dapat diisi ulang/rechargeable) Pengisian dilakukan dengan memasukkan arus listrik pada kutub yang berlawanan. Baterai jenis ini disebut juga sebagai baterai penyimpan/ storage battrey atau accumulator. Baterai sekunder diaplikasikan dalam dua katagori, yaitu: a. Sebagai alat penyimpan energi/ Energy-storage Device. Umumnya baterai jenis ini tersambung dengan jaringan listrik permanen dan jaringan listrik primer saat digunakan. Contoh penggunaanya adalah dalam otomotif, pesawat terbang, Uninterupptible Power Source (UPS) dan sebagai pendukung load leveling pada Stationary Energy Sttorge Systems. b. Sebagai sumber energi listrik pada portabel divais, pengganti baterai primer dan pada semua divais yang menggunakan baterai primer, seperti telephone genggam, kamera, notebook dll. Contoh baterai sekunder dapat dilihat pada Gambar 2.1.b

(a)

(b)

Gambar 2.1 Jenis-jenis Baterai/ Sel, a) baterai primer berbentuk slinder, b) baterai sekunder dengan elektrolit cair (Triwibowo, 2011).


2.2 Baterai Ion Lithium 2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium Baterai ion lithium adalah salah satu dari tipe baterai rechargeable (dapat diisi ulang). Baterai ini memiliki kelebihan dibandingkan baterai sekunder jenis lain, yaitu memiliki stabilitas penyimpanan energi yang sangat baik (daya tahan sampai 10 tahun atau lebih), energi densitasnya tinggi, tidak ada memori efek dan berat yang relatif lebih ringan dibandingkan dengan baterai jenis lain. Sehingga dengan berat yang sama energi yang dihasilkan baterai lithium dua kali lipat dari baterai jenis lain (Lawrence, 1992). Baterai

lithium

pada

umumnya

memiliki

empat

komponenutama

yaitu(Linden,2002): 1. Elektroda negatif (anoda) yaitu elektroda yang melepaskan elektron ke rangkaian luar serta mengalami proses oksidasi pada proses elektrokimia. 2. Elektroda positif (katoda) yaitu elektroda yang menerima elektron dari rangkaian luar serta mengalami proses reduksi pada proses elektrokimia. 3. Penghantar ion (elektrolit) yaitu media transfer ion yang bergerak dari anoda ke katoda dalam sel baterai saat penggunaan. 4. Separator yaitu suatu material berpori yang terletak di antara anoda dan katoda berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda.

2.2.2 Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium Dalam kondisi discharge dan charge baterai lithium bekerja menurut fenomena interkalasi, dimana ion lithium melakukan migrasi dari katoda lewat elektrolit ke anoda atau sebaliknya tanpa terjadi perubahan struktur kristal dari bahan katoda dan anoda (Singhal et al, 2009). Interkalasi merupakan proses pelepasan ion lithium dari tempatnya di struktur kristal suatu bahan elektroda dan pemasukan ion lithium pada tempat di struktur kirstal bahan elektroda yang lain (Prihandoko, 2007). Pada proses pemakaian (discharging) terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik dimana elektron dari anoda mengalir ke katoda melalui kabel konektor sedangkan lithium yang berada pada sistem (di dalam baterai) lepas dari


anoda karena kekurangan elektron untuk berpindah menuju katoda melalui elektrolit. Pada proses pengisian (charging) terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia elektron dari katoda mengalir menuju anoda sedangkan ion lithium dalam sistem berpindah dari katoda menuju anoda melalui elektrolit. Separator yang terletak di antara anoda dan katoda berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda.

Elektroda negatif

Elektroda positif Charge

Cu Foil

Al Foil

Discharge

Electrolyte

Li2C6

Separator

LiFePO4 Gambar 2.1 Proses charge dan discharge pada baterai Lithium

2.2.3Jenis – Jenis Baterai Ion Lithium Untuk beberapa alasan, baterai sekunder didesain dalam beberapa bentuk. Desain baterai sekunder dibagi menjadi (Buchman, 2001): 1. Baterai Slinder Jenis baterai ini paling bayak ditemui. Desain berbentuk slinder mudah dalam pembuatannya, disamping itu memiliki stabilitas mekanik yang baik. Saat charging, baterai akan menghasilkan gas yang memberikan tekanan dalam slinder, untuk itu baterai slinder dilengkapi pula dengan ventilasi. Ventilasi diperlukan untuk mengalirkan gas bila terjadi tekanan yang berlebih. Kerugian dari desain ini adalah bentuknya yang tidak ringkas saat beberapa slinder


digabungkan, yaitu akan terbentuk ruangan kosong diantaranya. Kapasitas listrik yang dikandung baterai ini berkisar antara 1800-2000mAh.Ilustrasi baterai slinder dapat dilihat pada Gambar 2.3.a. 2. Baterai kancing Baterai yang sering disebut baterai koin ini memiliki ukuran terkecil dibandingkan baterai lain. Disebabkan ukurannya, jenis ini tidak memiliki masalah dengan ruang yang tersedia. Karena bentuknya yang miniatur, baterai ini tidak dilengkapi dengan ventilasi (lihat Gambar 2.3.b). Sementara proses charging yang cepat akan membuat baterai menggelembung. Untuk menghindari keadaan ini, baterai kancing hanya dapat di charge dengan kecepatan yang rendah. Pengisisan baterai jenis ini dapat memakan waktu 10-16 jam. 3. Baterai prismatik Baterai ini memaksimalkan penggunaan ruang yang ada dalam suatu perangkat elektrik. Oleh karenanya baterai jenis ini tidak memiliki ukuran yang standart (disesuaikan dengan ruang yang ada). Kapasitas listrik baterai ini umumnya dibawah baterai slinder, yaitu 400 - 2000mAh. Stabilitas mekanik baterai ini juga tidak sebaik dengan baterai slinder, untuk itu diperlukan material yang lebih kuat untuk kemasaan baterai. Ilustrasi baterai prismatik tertera pada Gambar 2.3.c. 4. Baterai kantung Jenis baterai ini adalah yang paling fleksibel dalam segi bentuk dan ukuran. Disamping itu, juga paling ringan karena tidak menggunakan pelat besi sebagai kemasan. Material aktif yang digunakan umumnya dalam bentuk lembaran polimer, dengan demikian dapat mengurangi produksi gas saat operasional. Baterai ini terbilang rentan terhadap tekanan dari luar dan benda tajam. Oleh karenanya penggabungan jenis baterai ini tidak dapat dilakukan dengan menumpukkannya tetapi meletakkannya berdampingan. Ilustrasi baterai kantung dapat diliha pada Gambar 2.3.d.


(a)

(c)

(b)

(d)

Gambar 2.3 Jenis-jenis desain baterai sekunder a) baterai slinder b) baterai kancing (coin) c) Baterai prismatik d) Baterai Kantung (Buchman, 2001).

2.3 Material Katoda Salah satu komponen penting dalam sistem sel baterai lithium adalah katoda.Katoda merupakan elektroda positif yang berfungsi sebagai pengumpul ion lithium serta merupakan material aktif, dimana lembaran untuk material katoda adalah alumunium foil (Al foil). Dalam sisitem baterai sekunder lithium, material katoda memegang peranan penting dalam pencapaian kapasitas baterai.Material ini yang nantinya harus dapat melepaskan ion lithium bergerak menuju anoda dan berinteraksi didalam struktur anoda saat charging.Makin besar jumlah ion lithium yang dapat dipindahkan ke anoda, maka makin besar pula arus litrik yang dihasilkan saat discharging nantinya (Triwibowo, 2011).Pada Tabel 2.2 merupakan perbandingan material aktif katoda yang sering digunakan.


Tabel 2.2Perbandingan jenis material yang digunakan untuk katoda (Xu.Bo et al, 2012)

Kapasitas

LiCoO 2

LiNiO 2

LiMn 2 O 4

LiFePO 4

274 mAh/g

275 mAh/g

148 mAh/g

170 mAh/g

145 mAh/g

185 mAh/g

120 mAh/g

150 mAh/g

3,7 V

3,6 V

3,8 V

3,45 V

Konduktivitas

Stabilitas

Harga murah,

Harga murah,

tinggi, mudah

tinggi

tidak beracun

ramah

disintesis

dengan

teori Kapasitas tersedia Tegangan Keunggulan

lingkungan

elektrolit Kelemahan

Mahal dan

Sulit

Kapasitas

Konduktivitas

beracun

disintesis

rendah,

rendah (<10-9S/cm)

dan stabilitas kapasitas termal yang

hilang pada

tidak baik

suhu tinggi

Karakteristik yang harus dipenuhi suatu material yang digunakan sebagai katoda antara lain (Ohzuku.T, 1995) : 1. Material tersebut terdiri dari ion yang mudah melakukan reaksi reduksi dan oksidasi. 2. Memiliki konduktifitas yang tinggi seperti logam. 3. Memiliki kerapatan dan kapasitas energi yang tinggi. 4. Memiliki kestabilan yang tinggi (tidak mudah berubah strukturnya atau terdegradasi baik saat pemakaian maupun pengisian ulang), 5. murah dan ramah lingkungan. Untuk setiap berat molekul katoda, jumlah ion lithium yang dilepaskan material katoda saat discharging menggambarkan densitas energi dan power sel baterai.Semakin banyak lithium dari katoda ke anoda, densitas energi sel baterai semakin besar dan semakin banyak lithium yang kembali ke katoda dari anoda, densitas powernya semakin besar.


Material katoda tidak hanya harus bersifat konduktif ionik, namun juga harus bersifat konduktif elektronik. Saat proses charging ion lithium akan dilepaskan dari katoda ke anoda melalui elektrolit, dengan begitu katoda harus bersifat konduktif ionik. Bersamaan dengan itu elektron akan dilepaskan melewati rangkaian luar menuju anoda, ini berarti katoda juga harus bersifat konduktif elektronik (Triwibowo, 2011). Pada penelitian ini katoda yang digunakan adalah LiFePO 4 . Lithium ferro phosphate

(LFP)

merupakan

material

pembentuk

katoda

yang

sering

digunakan.LiFePO 4 memiliki struktur olivin, kelompok ruang ortorombik Pnma dan memiliki parameter kisi a ≠ b ≠ c ; α = β = γ = 90˚. LiFePO 4 tidak beracun, berstruktur stabil sehingga aman untuk bahan katoda baterai lithium.LiFePO 4 memiliki kapasitas teoritik yang cukup tinggi yaitu 170 mAh/g, murah, tidak memiliki efek memori, dan ramah lingkungan (Anies, 2011).

Tabel 2.3 Karakteristik LiFePO 4 (www.matweb.com) Karakteristik LiFePO 4 Spesifik energi

90–110 Wh/kg (320–400 J/g)

Ketahanan waktu

>10 tahun

Daya tahan siklus

2.000 cycles

Tegangan sel

3.5 V

Spesifik Kapasitas

170 mAh/g

2.4 Material Anoda Anoda merupakan elektroda negatif yang saat proses discharge,melepaskan elektron kedalam sirkuit eksternal (Subhan, 2014). Lembaran pada anoda adalah tembaga (Cu Foil). Material yang dapat dipakai sebagai anoda harus memiliki karakteristik antara lain memiliki kapasitas energi yang besar, memiliki profil kemampuan menyimpan dan melepas muatan/ion yang baik, memiliki tingkat siklus pemakaian yang lama, mudah untuk di proses, aman dalam pemakaian (tidak mengandung racun).


2.5 Elektrolit Elektrolit adalah bagian yang berfungsi sebagai penghantar ion lithium dari anoda ke katoda atau sebaliknya. Elektrolit merupakan bagian penting dalam sel elektrokimia baik dalam pengoperasianya maupun dalam sistem kelengkapannya. Selain itu elektrolit harus dapat menghantarkan ion untuk menjalankan sel elektrokimia (Jouannea, 2002). Elektolit terbagi 2 yaitu elektrolit padat dan elektrolit cair. Elektrolit padat menunjukkan kestabilan pada suhu tinggi dan memiliki resistansi listrik yang baik. Namun elektrolit padat memiliki beberapa kelemahan diantaranya aliran arus rendah, kemampuannya menurun pada temperatur rendah dan sangat rentan terhadap hubungan singkat yang dapat menyebabkan hilangnya energi. Sedangkan elektrolit cair dapat menembus celah – celah atau pori – pori dari bahan elektroda, baik anoda maupun katoda. Karena elektrolit berupa larutan, maka elektrolit sangat mudah mencapai permukaan serbuk elektroda.Untuk penerapan elektrolit padat persyaratan yang harus dipenuhi adalah adanya pertemuan permukaan serbuk elektroda dengan elektrolit.Oleh karena itu komponen elektroda dibuat dengan komposisi yang mengandung bahan elektrolit atau garam lithium, sehingga reaksi redoks dapat berlangsung tepat di permukaan serbuk elektroda.(Prihandoko, 2008).

2.6 Separator Separator adalah suatu material berpori yang terletak di antara anoda dan katoda berfungsi untuk mencegah agar tidak terjadi hubungan singkat dan kontak antara katoda dan anoda. Separator dapat berupa elektrolit yang berbentuk gel, atau plastik film microporous (nano pori), atau material inert berpori yang diisi dengan elektrolit

cair. Sifat listrik separator ini mampu dilewati oleh ion tetapi juga

mampu memblokir elektron, jadi bersifat konduktif ionik sekaligus tidak konduktif elektron.(Subhan, 2011). Beberapa hal yang penting untuk memilih material agar diplih sebagai separator antara lain material tersebut bersifat insulator, memiliki hambatan listrik yang kecil, kestabilan mekanik (tidak mudah rusak), tidak mudah terdegradasi dengan elektrolit serta memiliki ketebalan lapisan yang seragam atau sama di


seluruh permukaan. Struktur pori dan penyerapan elektrolit berpengaruh terhadap konduktivitas ion. Separator dengan porositas yang tinggi dapat menyerap lebih banyak elektrolit liquid. Sehingga besarnya penyerapan elektrolit pembawa muatan ion sangat dibutuhkan (H. Li, 2011). Beberapa material yang dapat digunakan sebagai separator antara lain polyolefins(PE dan PP), PVdF(Polyvinylidene fluodire), PTFE, PVC, dan poly ethylene oxide(Manjunatha, 2011).

2.7 Komponen Tambahan Penyusun Katoda Baterai 2.7.1. Super P Super P adalah campuran superplasticizing yang dapat mengurangi jumlah air yang dibutuhkan tanpa mempengaruhi konsistensi campuran.Super P berfungsi untuk meningkatkan daya tahan dan kekuatan, menghilangkan unit retak dan membuat permukaan halus pada campuran.(Safety Data Sheet)

2.7.2. Polyvinylidene Fluoride (PVDF) PVDF (poly vinylidene fluoride) merupakan binder (pengikat) antara elektroda dan material lain. Tanpa PVDF material akan berantakan. Dalam keluarga floropolimer, PVDF memiliki proses leleh yang lebih mudah karena titik lelehnya yang relatif rendah.

Selain

itu,

ia

juga

memiliki

densitas

yang

relatif

rendah

dibandingkanfloropolimerlainnya.Wilayah amorf di PVDF adalah matrik yang baik untuk molekul polar, dan ion lithium dapat melewati lapisan tipis PVDF. (Tsunemi,K et al,1983)

Gambar 2.4 Ilustrasi PVDF dengan material aktif (Yoshio, 2000)


2.7.3. N-N Dimethyl Acetamide (DMAC) DMAC adalah pelarut industri yang kuat dan serbaguna yang memiliki kelarutan terhadap bahan organik dan anorganik yang tinggi, titik didih tinggi, titik beku yang rendah, dan stabilitas yang baik. Selain itu DMAC tidak reaktif dalam reaksi kimia. DMAC larut dalam air, eter, ester, keton dan senyawa aromatik. DMAC umumnya larut dalam senyawa alifatik tidak jenuh dan kestabilannya bagus.

2.8 Pencampuran (Mixing) Pencampuran (mixing) yaitu suatu proses pencampuran bahan sehingga dapat bergabung menjadi suatu homogen. Ada dua macam pencampuran yaitu pencampuran basah (wet mixing) dan pencampuran kering (dry mixing). Pencampuran basah (wet mixing) yaitu proses pencampuaran dimana serbuk matrik dan filler dicampur terlebih dahulu dengan pelarut. Sedangkan pencampuran kering (dry mixing) yaitu proses pencampuran yang dilakukan tanpa menggunakan pelarut. Faktor

penentu

kehomogenandistribusi

partikel,

antara

lain

kecepatan

pencampuran, lamanya waktu pencampuran dan ukuran partikel.

2.9 Karakterisasi dan Pengujian Pengujian karakteristik serbuk LiFePO 4 dilakukan dn yaituengan alat uji X-Ray Difraction(XRD) dan lembaran katoda LiFePO 4 dengan mikroskop optik dan Scanning Electron Microscopy(SEM) untuk melihat struktur morfologi lembaran katoda

LiFePO 4 serta

pengujian

kapasitas

discharge

baterai

dengan

charge/discharge.

2.9.1 Uji X-Ray Difraction(XRD) Difraksi sinar – X digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu padatan dengan membandingkan nilai jarak d (bidang kristal) dan intensitas puncak difraksi dengan data standar. Sinar-X pertama kali ditemukan oleh Wilhelm Rontgen pada tahun 1895. Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang (λ ≈ 0,1 nm) yang lebih pende k dibanding gelombang cahaya (λ=400-


800nm) (Smallman, 2000). Panjang

gelombang sinar-X ini merupakan dasar

digunakannya teknik difraksi sinar-X (X-Ray Difraction) untuk mengetahui struktur mikroskopis suatu bahan. Teknik X-Ray Diffraction (XRD) berperan penting dalam proses analisis padatan kristalin. XRD adalah metode karakterisasi yang digunakan untuk mengetahui ciri utama kristal, seperti parameter kisi dan tipe struktur. Selain itu, juga dimanfaatkan untuk mengetahui rincian lain seperti susunan berbagai jenis atom dalam kristal, kehadiran cacat, orientasi, dan cacat kristal (Smallman, 2000). SinarX dihasilkan dari penembakan target (logam anoda) oleh elektron berenergi tinggi yang berasal dari hasil pemanasan filamen dari tabung sinarX (Rontgen). Tabung sinarX tersebut terdiri atas empat komponen utama, yakni filamen (katoda) yang berperan sebagai sumber elektron, ruang vakum sebagai pembebas hambatan, target sebagai anoda dan sumber tegangan listrik. Peralatan X-Ray Diffractometer (XRD) dapat digunakan untuk identifikasi mineralogi material, termasuk batuan piroklastika secara cepat dan akurat.Data semikuantitatif hasil uji XRD adalah jenis dan jumlah mineral pembentuk Kristal yang dijumpai di dalam suatu percontohan batuan (Klug, 1974). Pada penelitian ini pengujian XRD dilakukan untuk melihat struktur kristal pada serbuk LiFePO 4 yang dipakai pada percobaan. Dan menganalisis nilai chi2 (nilai perbandingan antara intensitas observasi dan intensitas referensi) dan wrp (Residu Weight Persent) yang ideal berdasarkan standart ICDD.

2.9.2

Uji Mikroskop Optik

Pengujian mikrroskop optik bertujuan untuk melihat morfologi dari lembaran katoda LiFePO 4. Mikroskop

optik

adalah salah satu jenis mikroskop yang

menggunakan cahaya tampak dan sebuah sistem lensa untuk memperbesar gambar spesimen yang kecil. Prinsip penting dari mikroskop adalah bahwa lensa objektif dengan panjang fokus yang sangat pendek (sering hanya beberapa mm saja) digunakan untuk membentuk perbesaran bayangan nyata dari objek. Lensa objektif adalah sebuah kaca pembesar bertenaga

sangat tinggi

dengan panjang fokus yang sangat pendek. Lensa ini diletakkan sangat dekat dengan spesimen yang akan diteliti sehingga cahaya dari spesimen jatuh ke fokus


sekitar 160 mm di dalam tabung mikroskop sehingga menciptakan perbesaran sebuah gambar dari subjek. Gambar yang dihasilkan terbalik dan dapat dilihat dengan menghapus lensa okuler dan menempatkan secarik kertas kalkir di ujung tabung. Di kebanyakan mikroskop, lensa okuler merupakan lensa majemuk, dengan satu lensa komponen di dekat bagian depan dan satu di dekat bagian belakang tabung lensa okuler. Dalam beberapa desain, gambar virtual menuju ke sebuah fokus antara dua lensa okuler. Lensa pertama membawa gambar nyata dan lensa kedua memungkinkan matauntuk fokus pada gambar virtual.Untuk pengujian mikroskop optik ini diperlukan permukaan spesimen yang rata dan halus (Kahn, 2002).

2.9.3

Uji Scanning Electron Microscope (SEM)

Mikroskop adalah alat optik yang dapat digunakan untuk mengamati benda ukuran kecil (mikro). Secara garis besar mikroskop elektron dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu Tranmision Electron Microscope (TEM) dan Scanning Electron Microscope (SEM).Scanning Electron Microscope (SEM) adalah sebuah mikroskop elektron yang didesain untuk mengamati permukaan objek solid secara langsung. SEM memiliki perbesaran 10 – 3.000.000 kali, depth of field 4 – 0.4 mm dan resolusi sebesar 1 – 10 nm. Kombinasi dari perbesaran yang tinggi, depth of field yang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui komposisi dan informasi kristalografi membuat SEM banyak digunakan untuk keperluan penelitian dan industri (Prasetyo, 2011). SEM mempunyai prinsip kerja bahwa suatu berkas insiden elektron yang sangat halus di-scan menyilangi permukaan sampel dalam sinkronisasi dengan berkas tersebut dalam tabunng sinar katoda. Elektron-elektron yang terhambur digunakan untuk memperoduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar dan penampakan yang hampir tiga dimensi. Dalam penelitian morfologi permukaan SEM terbatas pemakainnya, tetapi memberikan informasi yang bermanfaat mengenai topologi permukaan dengan resolusi skitar 100 Å.


SEM memiliki tiga komponen pokok yaitu kolom elektron, ruang sampel, sistem pompa vakum, kontrol elektron dan sistem lensa magnetik.Di dalam kolom elektron terdapat penembak elektron yang terdiri dari katoda dan anoda.Elektron yang terlepas dari katoda bergerak ke arah anoda yang dalam perjalananya berkas elektron ini dipengaruhi oleh lensa magnetik hingga didapatkan berkas elektron yang terfokus ke arah sampel. Saat elektron menumbuk sampel, akan terjadi beberapa fenomena yaitu terbentuknya dua jenis hamburan/ scattering, sinar X dan foton. Pada SEM digunakan berkas elektron yang dibangkitkan dari filamen, lalu diarahkan pada sampel.Untuk elektron yang energinya dibawah 50kV berinteraksi langsung dengan elektron pada atom sampel dipermukaan.Akibatnya elektron – elektron yang ada di kulit terluar atom permukaan sampel terlempar keluar dan oleh detektor dikumpulkan dan dihasilkan gambar topografi permukaan sampel.

2.9.4 Uji Charge/Discharge Kapasitas baterai adalah ukuran muatan yang disimpan suatu baterai, yang ditentukan oleh masa aktif material didalamnya.Kapasitas menggambarkan sejumlah energi maksimum yang dapat dikeluarkan dari sebuah baterai dengan kondisi tertentu.Tetapi kemampuan penyimpanan baterai dapat berbeda dari kapasitas nominalnya, diantaranya karena kapasitas baterai bergantung pada umur dan keadaan baterai, parameter charge/discharge, dan temperatur. Kapasitas baterai juga tergantung pada jenis aktif material yang digunakan dan kecepatan reaksi elektrokimia saat beterai digunakan atau diisi.Luasnya kontak permukaan material aktif juga akan memperbesar kapasitas baterai. Kontak permukaan yang luas dapat dicapai dengan menggunakan material aktif berukuran nano dan berpori. Kecepatan reaksi elektrokimia tergantung pada: 1. Suhu ruang/ lingkungan dimana sistem baterai itu bekerja. 2. Konsentrasi metal ion pada larutan elektrolit. 3. Konduktivitas elektron pada elektroda. 4. Konduktivitas ionik pada elektrolit.


Dalam baterai ion lithium material katoda memegang peranan penting dalam pencapaian kapasitas baterai. Material ini yang nantinya harus dapat melepaskan lithium ion bergerak menuju anoda saat charging. Makin besar jumlah lithium ion yang dapat dipindahkan ke anoda, maka makin besar pula arus listrik yang dihasilkan saat discharging nantinya. Besar kapasitas baterai secara teoritik tergantung dari jumlah material aktif terkandung. Sebagai contoh, menghitung kapasitas material katoda LiFePO 4 seberat 1 gram adalah sebagai berikut : Berat atom Li = 7, Fe = 56 , P = 31 dan O = 16 1 gram LiFePO 4 setara dengan mol

𝑔𝑔𝑔𝑔

𝑀𝑀𝑀𝑀

1

=

158

= 0,0063mol

Dari bilangan Avogardo diketahui 1 mol material mengandung 96.500 Coloumb. Maka 1 gram LiFePO 4 memiliki spesifik kapasitas sebesar = 0,0063 x 1 x 96.500/3600 = 0,169 Ah/g = 169 mAh/g. Kapasitas baterai sering dinyatakan dalam Ampare hours (Ah), ditentukan sebagai waktu dalam jam yang dibutuhkan baterai untuk secara kontinu mengalirkan arus atau nilai discharge pada tegangan nominal baterai. Satuan Ampere hours (Ah) sering digunakan ketika tegangan baterai bervariasi selama siklus chargedan discharge. Nilai charge dalam ampere adalah sejumlah muatan yang diberikan pada baterai persatuan waktu. Sedangkan discharge dalam ampere adalah sejumlah muatan yang digunakan kerangkaian luar (beban). Nilai charge/discharge ditentukan dengan mambagi kapasitas baterai dengan

jam

yang

dibutuhkan

untuk

charge/discharge

baterai.

Nilai

charge/discharge berpengaruh terhadap nilai kapasitas baterai. Jika baterai di discharge sangat cepat (arus discharge tinggi), maka sejumlah energi yang digunakan oleh baterai menjadi berkurang sehingga kapasitas baterai menjadi lebih rendah. Hal ini dikarenakan kebutuhan suatu materi/komponen untuk reaksi yang terjadi tidak mempunyai waktu yang cukup untuk bergerak keposisi seharusnya. Hanya sejumlah reaktan yang diubah kebentuk lain sehingga energi yang tersedia menjadi berkurang. Jadi seharusnya arus discharge yang digunakan sekecil mungkin sehingga energi yang digunakan kecil dan kapasitas baterai menjadi lebih tinggi (Triwibowo, 2011).


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents