PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)
SKRIPSI
YUNI AULIA UMI 110801005
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MEGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) 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
YUNI AULIA UMI 110801005
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan-ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
Agustus 2015
Yuni Aulia Umi 110801005
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN “ Niscaya Allah akan meninggikan Orang-orang yang beriman diantara Kamu dan orang-orang yang diberi Ilmu pengetahuan beberapa derajat” (QS. Al-Mujadillah: 11)
Alhamdulillah, pujian tertinggi dilafazkan dalam ungkapan syukur tak terkira, kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam, Yang telah menurunkan AlQur’an sebagai petunjuk dan sumber ilmu pengetahuan bagi orang-orang yang berpikir. Salam teruntuk Baginda Rasulullah SAW, sang teladan terbaik, pemimpin yang cerdas dan menginspirasi ummat dalam mengembangkan potensi agar tercapai kemaslahatan melalui ilmu pengetahuan. Paper sederhana ini dapat diwujudkan karena adanya dukungan dan fasilitas dari berbagai pihak, maka penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih kepada: 1. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc. selaku Sekretaris Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, dan seluruh staf pengajar beserta pegawai administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada penulis selama perkuliahan. 2. Drs. Fauzi, MS. Selaku dosen pembimbing I yang telah banyak membimbing, memberikan masukan, arahan, dan membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Fadli Rohman, M.Si. Selaku dosen pembimbing II di Pusat Penelitian Fisika LIPI, yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan masukan, arahan dan membantu penulis menghadapi berbagai hambatan selama penelitian. 4. Keluarga baru di Serpong, Bu Neneng, teteh Ilma izma dan Kak Ina yang telah menjaga dan merawat penulis selama penelitian. 5. Sahabat-sahabat seperjuangan : Khairani Nasution, Meilia krisanti, Kartika Sari, Suci Purnama Sari, Shelly Maharani, Leny Daulay, Sri Rakhmawati, Elma Riska, Wiriya Sasmita dan Trimala Sari, terima kasih untuk dukungan dan semangatnya, untuk doa dan
Universitas Sumatera Utara
tegurannya, untuk terus bersama dalam lelahnya perjuangan dan untuk terus menjadi keluarga bagi penulis. 6. Sahabat-sahabat Stambuk 2011 khususnya Fauzi, Ichsan, Dhina, Dea, Fahmi, Adimas, Zikri untuk semangat dan doanya. 7. Adik-adik kos, Lili, Alya, Samsi dan Sefrina atas doa dan semangatnya. 8. Orang tersayang Misdi yang telah memberikan semangat, perhatian dukungan, dan doa kepada penulis.
Terakhir, ungkapan terima kasih yang tak berbilang kepada orang orang tercinta, Bapak Agus suharno, Ibu Suryati, serta kedua adik ku Dian Kesuma dan Nur Azizah, untuk segala doa, pengorbanan, kasih sayang, dukungan dan semangat, karya sederhana ini aku persembahkan untuk kalian. Tersebab sadar akan keterbatasan diri, masukan dan pengembangan lanjutan akan hasil penelitian ini diharapkan hadir sebagai proses perkembangan ilmu pengetahuan. Harapan sederhana, semoga teriring manfaat dalam tulisan ini.
Penulis
Yuni Aulia Umi
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN BATERAI LITHIUM MENGGUNAKAN BAHAN AKTIF NATURAL GRAPHITE (NG) SEBAGAI ANODA DENGAN VARIASI PERSENTASE BERAT PELARUT N,N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC)
ABSTRAK Salah satu sistem penyimpanan energi terbarukan yang banyak digunakan adalah rechargeable lithium ion battery. Pada rechargeable lithium ion battery terdapat empat bagian utama yang salah satunya adalah bagian anoda. Material anoda yang dipakai yaitu grafit alam. Maka, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) terhadap performa baterai. Bahasan utama dalam penelitian ini adalah menganalisa pengaruh variasi pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC) dengan material aktif 37,5%, 33,3% dan 30% untuk melihat kapasitas baterai dari grafit alam. Identifikasi fasa yang terbentuk dilakukan dengan XRD, struktur mikro dan ukuran partikel dengan SEM, kapasitas baterai dengan uji charge/discharge, reaksi reduksi dan oksidasi dengan uji cyclic voltammetry. Hasil galvanostatic charge/discharge didapatkan hasil terbaik pada persentase perbandingan berat material aktif natural grafit dengan pelarut DMAC 30% dengan kapasitas charge 1,9 mAh dan kapasitas discharge 1,9 mAh pada cycle ke tiga dengan kapasitas spesifik 31,6 mah/g.
Kata kunci : Baterai ion lithium, grafit alam, kapasitas charge, kapasitas discharge, kapasitas spesifikasi.
Universitas Sumatera Utara
PREPARATION LITHIUM ION BATTERY USING NATURAL GRAPHITE (NG) AS AN ANODE ACTIVE MATERIAL WITH VARIATION IN WEIGHT FRACTION OF N, N DIMETHYL ACETAMIDE (DMAC) SOLVENT ABSTRACT One of the renewable energy storage system that is widely used is a rechargeable lithium ion battery. Rechrgeable in the lithium ion battery the are four main parts ,one of the main parts is anode. In this research anode active material is using by natural graphite. Thus, this astudy aims to determine the effect N,N dimethyl acetamide (DMAC) solvent to the battery performance .The main discussion of this study was to analyzed the efect of varision N,N dimethyl Acetamide (DMAC) solvent to the active material
by 37,5 %, 33,3%, 30% to see the
performance battery based natural graphite . identification characterization of natural graphite of using XRD and SEM , capacity in battery is testing by charge/discharge test and cycic voltammetry test. The result of charge/discharge test obtaned the best in the 30% weight percentage solvent DMAC, when charge capacity of in 1,9 mAh and discharge capacity of in 1,9 mAh in the third cycle with specification capacity 31,6 mAh/g.
Keywords: Lithium ion battery, natural graphite, charge capacity, discharge capacity, specification capacity.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
v
Abstract
vi
Daftar Isi
vii
Daftar Tabel
ix
Daftar Gambar
x
Daftar Grafik
xi
Daftar Lampiran
xii
BAB 1. PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
3
1.3 Batasan Masalah
3
1.4 Tujuan Penelitian
4
1.5 Manfaat Penelitian
4
1.6 Sistematika Penulisan
4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Baterai
6 6
2.1.1 Pengertian Baterai
6
2.1.2 Jenis-jenis Baterai
6
2.2 Baterai Ion Lithium
7
Universitas Sumatera Utara
2.2.1 Pengertian Baterai Ion Lithium
7
2.2.2 Bagian Utama pada Lithium Ion Battery
7
2.2.3 Prinsip Kerja Baterai Lithium
10
2.3 Karbon Sebagai Bahan Anoda
12
2.3.1 Grafit
13
2.4 Bahan Katoda Untuk Baterai Lithium
15
2.4.1 Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2)
15
2.5 Komponen Tambahan Penyusun Anoda Baterai
15
2.5.1 Binder Polyvinilidene Flouride (PVDF)
15
2.5.2 Zat aditif Acetylene Black (AB)
16
2.5.3 Pelarut N,N Dimethyl Acetamide (DMAC)
16
2.6 Prosedur Pengujian
17
2.6.1 Analisa Struktur kristal dengan XRD
17
2.6.2 Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopi)
18
2.6.3 Pengujian Charge-Discharge
20
2.6.4 Pengujian Cyclic Voltammetry
21
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN
23
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
23
3.2 Peralatan dan Bahan
23
3.2.1 Peralatan
23
3.2.2 Bahan
24
3.3 Variabel penelitian
25
3.4 Prosedur Penelitian
25
3.4.1
Diagram alir
3.4.2 Penyiapan Serbuk Grafit Alam
26 27
Universitas Sumatera Utara
3.4.3 Pembuatan Slury
27
3.4.4 Pembuatan Lembaran Anoda
27
3.4.5 Calendering dan Pemotongan Lembaran Anoda NG
28
3.4.6 Asembly Baterai
29
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
30
4.1 Pembuatan Lembaran Anoda Berbasis NG Baterai Lithium
30
4.2 Analisa XRD
32
4.3 Analisa SEM
33
4.4 Analisa Cyclic Voltammetry
35
4.5 Analisa Charge-discharge
38
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
46
5.1 Kesimpulan
46
5.2 Saran
46
DAFAR PUSTAKA
47
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel Tabel 2.1 Beberapa Material yang Dipakai Untuk Anoda
8
Tabel 2.2 Beberapa Material yang Dipakai Untuk katoda
9
Tabel 3.1 Komposisi Pencampuran Bahan Baku
25
Tabel 4.1 Parameter pada sampel sel anoda NG kalsinasi dan NG tanpa
31
Kalsinasi Tabel 4.2 Analisa struktur kristal untuk NG tanpa kalsinasi
33
Tabel 4.3 Hasil Peak list graphite
33
Tabel 4.4 Hubungan hasil charge-discharge dan cyclic voltammetry
38
Tabel 4.5 Performa baterai pada charge-discharge siklus pertama
43
Tabel 4.6 Performa baterai pada charge-discharge siklus kedua
43
Tabel 4.7 Performa baterai pada charge-discharge siklus ketiga
44
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar Gambar 2.1 Proses Charging Pada Baterai Lithium
11
Gambar 2.2 Proses Discharging Pada Baterai Lithium
11
Gambar 2.3 Grafit yang Dibentuk oleh Tumpukan Lembaran Graphene
14
Gambar 2.4 Struktur Kimia PVDF
16
Gambar 2.5 Difraksi sinar-x oleh atom-atom pada bidang kristal
18
Gambar 2.6 Diagram SEM
20
Gambar 2.7 Sinyal Eksitasi Untuk Voltametri Siklik
22
Gambar 2.8 Voltamogram
22
Gambar 3.1 Lembaran Anoda Natural Graphite yang Dikeringkan
28
Gambar 3.2 Desain Lembaran Anoda Natural Graphite
28
Gambar 4.1 Foto SEM Morfologi Natural Graphite
34
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GRAFIK
Nomor
Judul
Halaman
Grafik Grafik 4.1 Grafik hubungan sudut difraksi (2θ(˚)) terhadap Intensitas (Cps)
32
Pada hasil XRD natural graphite Grafik 4.2 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada
35
hasil uji Cyclic voltammetry Sampel A Grafik 4.3 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada
36
hasil uji Cyclic voltammetry Sampel B Grafik 4.4 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada
37
hasil uji Cyclic voltammetry Sampel C Garfik 4.5 Grafik hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (mA) pada
37
hasil uji Cyclic voltammetry Sampel D Grafik 4.6 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap
39
Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel A Grafik 4.7 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap
40
Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge Sampel B Grafik 4.8 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap
41
Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel C Grafik 4.9 Grafik hubungan Kapasitas charge-discharge (mAh) terhadap
42
Tegangan (V) pada hasil uji charge-discharge sampel D
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
Judul
Halaman
LAMPIRAN A
Bahan dan alat percobaan
49
LAMPIRAN B
Proses Pembuatan Baterai Lithium Prismatik
54
LAMPIRAN C
Pengujian Serbuk
56
LAMPIRAN D
Pengujian Performa Baterai
62
LAMPIRAN E
Perhitungan Komposisi Sampel dan Analisa
68
Universitas Sumatera Utara
