SKRIPSI GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG

FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM

SKRIPSI

GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG 120801016

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

Universitas Sumatera Utara


SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains


DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016


LEMBAR PENGESAHAN

FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM OLEH:

Giassanistya Fadillah Marpaung NIM: 120810016

Disetujui Oleh: Komisi Pembimbing

Slamet Priyono S.Si, M.T NIP : 198610152009121004

Tua Raja Simbolon, S.Si.,M.Si. NIP : 1972111552000121001

Diketahui Oleh:

Departemen Fisika FMIPA USU

Pusat Penelitian Fisika-LIPI

Ketua,

Kepala,

Dr. Marhaposan Situmorang NIP : 195510301980031003

Dr. Bambang Widiyatmoko, M.Eng.

NIP : 196204301988031001


PERSETUJUAN

Judul

: Fabrikasi Lithium Titanate Terdoping Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) dan Studi Pengaruh Ketebalan Lembaran Elektroda pada Sel Setengah Baterai Ion Lithium

Kategori

: Skripsi

Nama

: Giassanistya Fadillah Marpaung

Nomor Induk Mahasiswa

: 120801016

Program studi

: Sarjana (S1) Fisika

Departemen

: Fisika

Fakultas

: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

Disetujui di: Medan, Juli 2016

Disetujui Oleh Pembimbing 1,

Pembimbing 2,

Tua Raja Simbolon, S.Si.,M.Si. NIP : 1972111552000121001

Slamet Priyono S.Si, M.T NIP : 198610152009121004

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang NIP : 195510301980031003


PERNYATAAN


SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing- masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juli 2016



PENGHARGAAN

Alhamdulillah, puji syukur kepada Allah SWT, Tuhan semesta alam yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Salawat beriring salam teruntuk nabi besar Muhammad SAW yang menjadi teladan dalam menjalani kehidupan. Tugas akhir merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan diatas penulis mengerjakan tugas akhir dengan judul : “FABRIKASI LITHIUM TITANATE TERDOPING Al (Li4Ti4,975Al0,025O12) DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN LEMBARAN ELEKTRODA PADA SEL SETENGAH BATERAI ION LITHIUM” yang dilaksanakan di Laboratorium Baterai P2F Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Serpong, Tangerang Selatan, Banten. Penulis menyadari bahwa selama proses hingga akhir terselesaikannya penyusunan skripsi ini bayak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1.

Bapak Dr. Kerista Sebayang, Ms selaku Dekan Fakultas Matematika dan ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

2.

Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, beserta seluruh bapak/ibu staf pengajar dan para pegawai administrasi di Departemen Fisika yang telah memberikan fasilitas kepada penulis selama perkuliahan.

3.

Bapak Tua Raja Simbolon,S.Si.,M.Si selaku komisi pembimbing di Universitas Sumatera Utara dan Bapak Slamet Priyono,S.Si.,M.T selaku komisi pembimbing di Pusat Penelitian Fisika LIPI yang telah bersedia meluangkan waktu untuk membimbing dan memberi arahan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi.


4.

Bapak Drs. Syahrul Humaidi,M.Sc, Ibu Dra. Sudiati,M.Si dan Bapak Drs. Aditia Warman,M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak saran sehingga skripsi ini menjadi lebih baik.

5.

Bapak Dr. Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku Kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong serta seluruh staf pegawai yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi.

6.

Kedua orang tua tercinta: bapak saya Sahala Marpaung dan Ibu saya Wiyah Yanti Mala, yang tak pernah berhenti mendoakan, memberi nasihat, serta memberi dukungan moral dan finansial kepada penulis. Dan kepada adik semata wayang saya Suci Tasya Hasian Marpaung, terima kasih selalu menjadi pelangi dalam kehidupan ini.

7.

Bapak Dr. Ir. Bambang Prihandoko, M.T selaku Ketua Tim Baterai di LP2FLIPI. Bapak Nurhalis Majid, M.Sc, Bapak Achmad Subhan, M.T, Bapak Ibrahim Purwadi, M.Si dan seluruh staf Tim Baterai yang sudah sangat bersedia membantu penelitian ini sehingga dapat diselesaikan dengan baik.

8.

Teman-teman Tim Baterai di LP2F-LIPI: Kana Cicik, Elisabeth, Mia yang bersedia meluangkan waktu untuk belajar bersama.

9.

Asisten Laboratorium Fisika Dasar LIDA USU yang bersedia memberi masukan terbaik pada skripsi ini.

10. Teman-teman seperjuangan di kampus, terkhusus kepada Street Fighter: Eva, Devi, Andi, Fatimah, Balyan, Iqbal, Dina, Mona, Rahmat. Terima kasih untuk perjuangan bersama selama 4 tahun 11. Sahabat-sahabat terbaik dan terkasih, M. Zamzamy Afrijal, Vivi Feronica Syifa, Dessy Meylinda, Andi Hardiansyah, dan Sri Musfika yang tak pernah bosan mendengarkan keluh kesah selama ini. Dan kepada adik-adik: Nur Rahma, Aida Nisya, Ashar Bestari, Ahmad Husein yang tak henti memberi semangat dalam pengerjaan skripsi. 12. Seluruh teman – teman angkatan 2012, Adik - adik angkatan 2013, 2014 dan 2015 Fisika – USU yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu. Medan, Juli 2016

Penulis



ABSTRAK

Sintesis serbuk dan pembuatan lembaran anoda Li4Ti5O12 doping Al (x=0,025) telah berhasil dilakukan. Sintesis serbuk LTO doping Al dilakukan dengan metode solid state sedangkan pembuatan lembaran anoda dilakukan dengan metode coating doctor blade. Pembuatan lembaran dilakukan dengan memvariasi ketebalan coating 100µm, 200µm, 300µm dan 400µm. untuk mengetahui pengaruh ketebalan coating terhadap performa sel baterai. Pengujian yang dilakukan meliputi analisa fasa dengan menggunakan EIS, CV dan CD. Hasil analisa XRD menunjukkan ada dua fasa yang tebentuk, yaitu fasa Lithium Titanium Oxide (Li1.333Ti1.667O4) sebanyak 75,6 % dan fasa Rutile, syn (TiO2) sebanyak 24,4%. Hasil EIS menunjukkan bahwa semakin tebal lapisan coating maka konduktifitas sampel semakin besar. Selanjutnya hasil CV menunjukkan bahwa sampel 100µm, 200µm dan 300µm memiliki puncak oksidasi/reduksi yang tajam sedangkan sampel 400µm memiliki puncak yang melebar. Sedangkan kapasitas sel baterai semakin menurun seiring dengan meningkatnya ketebalan coating, kapasitas sel terbaik yang diperoleh adalah kapasitas Charge sebesar 137,08 mAh/g dan kapasitas discharge sebesar 134,3 mAh/g. Kata Kunci: Baterai, Anoda, Li4Ti5O12, doping Al, Performa elektrokimia,


Al DOPED LITHIUM TITANATE FABRICATION (Li4Ti4,975Al0,025O12) AND STUDY EFFECT OF COATING THICKNESS ELECTRODE SHEET ON THE HALF CELL LITHIUM ION BATTERY

ABSTACT

The effect of coating thickness of Al doped Li4Ti5O12 (LTO) sheet on the electrochemical performance of battery cells have been investigated. 0.025 mol Al doped LTO powder was synthesized by solid state reaction method, while the manufacture of the anode sheet was made by Doctor Blade coating method. Manufacture of sheet was done by varying the thickness of the coating (100um, 200um, 300um and 400um) to determine the effect of coating thickness on the electrochemical performance of the battery cell. Testing was conducted on the analysis of phase with XRD and electrochemical performance was conducted by using EIS, CV and CD. XRD analysis showed that there are two phases that were formed i.e Lithium Titanium Oxide phase (Li1.333Ti1.667O4) and rutile phase, syn (TiO2) as much as 75.6% and 24.4% respectively. EIS results showed that the thicker the coating layer, the conductivity of the sample become greater. Furthermore, the results indicate that the sample CV 100 um, 200 um and 300um have a sharp oxidation/reduction peak while 400um has wide redox peaks. While the specific capacity and specific power of the half cell battery decreases with the increasing of coating thickness. The best cell capacity is obtained by sample with 100 um thickness with specific charge capacity of 137.08 mAh/g and specific discharge capacity of 134.3 mAh / g. Keywords: Battery, Anode, LTO, Al doped, electrochemical performance,


DAFTAR ISI

Halaman Persetujuan

i

Pernyataan

ii

Penghargaan

iii

Abstrak

v

Abstract

vi

Daftar Isi

vii

Daftar Tabel

ix

Daftar Gambar

x

Daftar Lampiran

xi

BAB I PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Rumusan Masalah

3

1.3 Batasan Masalah

4

1.4 Tujuan Penelitian

4

1.5 Manfaat Penelitian

4

1.6 Sistematika Penulisan

5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Baterai 2.1.1 Cara Kerja Baterai

6 6 8

2.2 Baterai Ion Lithium

9

2.3 Bagan-Bagian Baterai

11

2.3.1 Elektroda Positif (Katoda)

11

2.3.2 Elektroda Negatif (Anoda)

11

2.3.3 Elektrolit

12

2.3.4 Anoda Konvensional (Graphite)

12

2.4 Li4Ti5O12 (LTO)

13


2.5 Li4Ti5O12 (LTO) Doping Al

14

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

16

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

16

3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian

16

3.2.1 Bahan

16

3.2.2 Peralatan Penelitian

16

3.3 Perhitungan Massa Bahan

18

3.4 Tahapan Penelitian

18

3.4.1 Sintesis LTO Doping Al

18

3.4.2 Pembuatan Lembaran LTO Doping Al

19

3.5 Prosedur Penelitian

20

3.5.1 Sintesis LTO Doping Al

20

3.5.2 Pembuatan Lembaran LTO Doping Al

20

3.5.2.1 Tahapan Pembuatan Slurry

20

3.5.2.2 Tahapan Pelapisan (Pencetakan Lembaran)

21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

22

4.1 Lembaran Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan

22

4.2 Analisa Fasa dan Struktur dengan XRD (X-Ray Difraction)

23

4.3 Analisa Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS)

24

4.3.1 Uji Konduktifitas Listrik Lembaran Anoda

24

4.3.2 Hasil Pengukuran Konduktifitas Sele Setengah Baterai

25

4.4 Analisa Cyclic Voltametry (CV)

27

4.5 Analisa Charge-Discharge (CD)

29

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

33

5.1 Kesimpulan

33

5.2 Saran

34

DAFTAR PUSTAKA

35


DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Karakteristik Perbandingan Kinerja Baterai Sekunder

10

Tabel 3.1 Massa bahan baku LTO doping Al

18

Tabel 4.1 Hasil Analisis Struktur Kristal (Parameter Kisi)

24

Li4Ti0,025O12 dengan Metode Rietveld Tabel 4.2 Hasil Analisa EIS pada LTO Doping Al

27

Tabel 4.3 Data Hasil Analisa CV pada LTO Doping Al

29

Tabel 4.4 Data Hasil Analisa Charge-Discharge pada

30

LTO Doping Al Variasi Ketebalan Tabel 4.5 Hasil perhitungan tegangan polarisasi sel baterai

31

dengan Anoda LTO doping Al variasi ketebalan


DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1.1 Pengaruh Ketebalan Lapisan Terhadap Laju Elektron

3

Gambar 2.1 Representasi Skematis dari Aplikasi Baterai Isi Ulang

6

Gambar 2.2 Skematik dari Prinsip Umum Baterai

9

Gambar 2.3 Prinsip Kerja Umum Pengisian/Proses Pemakaian

11

Baterai Ion Lithium yang Dapat Diisi Ulang Gambar 2.4 Skematik Material Elektroda pada Baterai Ion Li,

13

Menggunakan Lithium Metal Oxide dan Anoda Grafit Gambar 3.1 Kurva Tahapan Peningkatan Suhu pada Proses Sintering

20

Gambar 4.1 Hasil Lembaran Anoda LTO Doping Al dengan Variasi

22

Ketebalan Lapisan pada Sampel G-1, G-2, G-3, dan G-4 Gambar 4.2 Analisis Kualitatif XRD serbuk LTO Doping Al

24

Gambar 4.3 Hasil Pengukuran Konduktifitas Listrik Lemabran LTO

25

Doping Al Variasi Ketebalan Gambar 4.4 Plot Impedansi Hasil Uji EIS pada Sampel G-1, G-2, G-3,

26

dan G-4 Gambar 4.5 Voltamogram Siklik LTO Doping Al pada sampel

28

G-1, G-2, G-3, dan G-4 Gambar 4.6 Kurva Analisa Charge-Discharge pada Sampel G-1, G-2,

29

G-3, dan G-4 Gambar 4.7 Hasil Pengukuran Energy Density pada Lembaran

31

Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan Gambar 4.8 Hasil Pengukuran Energy Density pada Lembaran

32

Anoda LTO Doping Al Variasi Ketebalan


DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A

Perhitungan Stoikiometri 1. Perhitungan massa bahan LTO doping Al 2. Perbandingan komposisi LTO : PVDF : AB

Lampiran B

1. Perhitungan Luas Lembaran LTO doping Al 2. Menghitung Nilai Konduktivitas Sel 3. Menghitung Energy Density 4. Menghitung Power Density 5. Menghitung Efesiensi Baterai

Lampiran C

1. Gambar Pelaratan 2. Gambar Bahan

Lampiran D

1. Hasil Uji XRD Serbuk LTO Doping Al x=0,025 2. Hasil Uji EIS LTO Doping Al


SKRIPSI GIASSANISTYA FADILLAH MARPAUNG

Recommend Documents