BATAN
B.61 SINTESA BAHAN STRUKTUR NANO LIMN2O4 SEBAGAI ELEKTRODA BATEREI PADAT ISI ULANG Drs. Wagiyo H., MT
BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL 2012
LATAR BELAKANG
• Pada saat ini kita menghadapi kenyataan bahwa sumber energi konvensional, misalnya minyak dan batubara, memiliki keterbatasan, karena tidak dapat diperbarui dan juga biayanya lebih mahal. Dalam rangka untuk melindungi lingkungan dari pencemaran, penggunaan kendaraan yang menggunakan energi listrik akan sangat mengurangi jumlah emisi gas CO2 di atmosfer. • Sebuah sistem baterai isi ulang yang memiliki nilai energi dan daya yang lebih tinggi dengan berat dan volume yang rendah akan direalisasikan dengan mengembangkan elektroda baterai LiMn2O4 nanorods, yang mempunayai ratio luas/volume besar. • Dengan metode hidrotermal pada suhu 120 ºC yang dilanjutkan dengan kalsinasi pada suhu 700 ºC, akan diperoleh elektroda baterai LiMn2O4 dalam ukuran nano. Dengan alat charge/discharge yang ada di Batan sebuah baterai yang telah dirangkai dapat diketahui unjuk kerjanya.
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
1
PERMASALAHAN
•
Pemakaian baterai yang tidak dapat diisi ulang akan menambah beban bumi akan limbah baterai dan juga pemakaian bahan bakar fosil akan menambah pencemaran udara. Penggunaan baterai isi ulang untuk kendaraan/mobil listrik yang ramah lingkungan akan mengurangi masalah pencemaran tersebut. • Kendaraan listrik (mobil listrik) yang sebagai jantungnya adalah baterai berbasis ion lithium, selama ini baterai tersebut masih diimpor dari China oleh karena itu perlu penelitian material baterai, agar kita tidak tergantung pada baterai impor. • Untuk memperdayakan akan bahan mentah (row materials) yang sebagian sudah diteliti namun belum dimanfaatkan seperti LiOH oleh Tekmira Bandung, Asam pospat oleh ITS Surabaya. • Perlu dikembangkan material baterai isi ulang dengan struktur nano yang akan meningkatkan densitas energi dan konduktivitas ionik yang tinggi, sehingga dapat digunakan untuk mobil listrik masa depan.
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
2
METODOLOGI
• Sintesa bahan strukturnano LiMn2O4 meliputi (i) sintesis bahan beta MnO2 dalam ukuran nano, (ii) Sintesa strukturnano LiMn2O4 (iii) penyiapan elektrolit padat (iv) konstruksi baterai koin, (iv) uji unjuk kerja baterai. • Fokus kegiatan pada sintesa bahan struktur nano LiMn2O4 dan karakterisasinya meliputi SEM-EDS, TEM dan XRD. • Pertama disintesa beta MnO2 nanorods yang digunakan sebagai prekusor pada sintesa LiMn2O4 , selanjutnya ditambahkan PVDF yang berfungsi sebagai perekat, kemudian dibuat koin dengan proses sbb. LiMn2O4 dilapiskan pada lempeng Al (katoda)dan grafit pada lempeng Cu (anoda) kemudian dimasukkan casing SS, berturut-turut katoda, elektrolit (LiPO3) dan anoda casing ditutup dan ditekan pada 500 psi selama 10 detik. • Dari penelitian ini diperoleh LiMn2O4 dalam ukuran nano dan hasil ujielektrokimia pada baterai koin dapat di-charge mencapai tegangan 3,6 Volt. Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
3
SINERGI KOORDINASI
•
Untuk awal dilakukan tatap muka, selanjutnya untuk mengefektifkan waktu dengan email, dan bila ada yang penting dan urgent diadakan pertemuaan tatap muka. • PTAPB-BATAN -Yogyakarta, UGM-Yogyakarta . • Dalam pengambilan data agar dapat mewakili sampel yang diamati sudah barang tentu perlu adanya koordinasi sesuai tingkat kesulitan dari masingmasing sampel yang di amati.
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
4
PEMANFAATAN HASIL KEGIATAN
•Dengan dibentuk konsorsium Baterai (Project Baterai Lithium) meskipun belum formal yang diadakan di DRN pada tanggal 24 Mei 2012 yang dihadiri dari BPPT, PINDAD, LIPI, TEKMIRA, perwakilan dari RISTEK, LAPAN, pihak INDUSTRI, ITS dan lain-lain akan membuka wawasan dan peluang untuk kerja sama yang sinergi untuk menghasilkan suatu produk "BATERAI UNGGUL" yang berbasis ion lithium untuk mendukung program Nasional Mobil Listrik, penelitian ini sangat mendukung proyek tersebut. • Dengan menggandeng pihak ketiga (industri) dan melibatkannya dalam penggusulan/pelaksanaan penelitian mereka merasa juga memiliki hasil Litbangyasa (berupa patent dan lain lain yang mempunyai nilai ekonomis), dengan demikian perlu dijalin kerja sama dengan industri. • Untuk optimasi elektroda LiMn2O4 digunakan baterai koin, selain bahan yang digunakan sedikit juga lebih mudah fabrikasinya. Ke depan elektroda LiMn2O4 akan dilapiskan pada lembaran aluminium yang digunakan sebagai elektroda pada baterai kendaraan/ mobil listrik.
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
5
POTENSI PENGEMBANGAN KE DEPAN
• Rencana Pengembangan ke Depan setelah paket PKPP selesai dilaksanakan adalah mengoptimasi prototip agar diperoleh prototipe yang optimal. • Setelah prototipe baterai koin dengan elektrode LiMn2O4 berhasil dioptimasisi, selanjutnya didesiminasi dengan pihak produsen/fabrikan yang tidak/belum mempunyai lisensi dengan pihak luar untuk memproduksi. Selanjutnya dengan bahan yang sama dibuat untuk baterai dalam ukuran besar sebagai baterai penyedia energi untuk mobil/kendaraan listrik. • Optimalisasi proses sintesa yang optimal, optimalisasi komponen baterai koin seperti tebal katoda, tebal anoda, tebal elektrolit lapisan dibuat baterai dengan komponen baterai yang optimal .
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
6
FOTO KEGIATAN
Foto sewaktu koordinasi dengan PTAPB-BATAN Yogya
Foto pembuatan lapisan katoda LiM2O4 di Universitas Tohoku, Jepang (Juli 2012)
Foto prototipe baterai mencapai tegangan 3,6V
Foto Sosialisasi alat AFM di Batan untuk melihat ukuran partikel dalam orde nano bahan elektroda . Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
7
koin
BATAN
TERIMA KASIH Tim Peneliti: Drs. Wagiyo H., MT Prof. Dr. Evvy Kartini Dr. Aziz Khan Jahja, M.Sc Dr. Ir. Mardiyanto, M.Sc
Drs. Syahfandi, MT
