2018 : Fabrikasi Membran Komposit ZSM-5 dari Kaolin Bangka dengan Polimer Polipropilena sebagai Separator Baterai Ion Litium Berkinerja Tinggi

Dr. Djoko Hartanto M.Si
Yatim Lailun Nimah S.Si, M.Si., Ph.D
Wahyu Prasetyo Utomo S.Si, M.Si

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Baterai ion litium telah banyak digunakan pada perangkat elektronik portable. Baterai ion litium memiliki komponen berupa separator (pemisah) yang menjadi penyekat antara anoda dengan katoda yang berfungsi mencegah terjadinya short circuit (hubungan arus pendek), serta berfungsi pula sebagai tempat berlangsungnya difusi ion litium dalam elektrolit cair. Material separator baterai haruslah memiliki kekuatan mekanik dan stabilitas termal yang baik karena penggunan baterai tersebut umumnya dilakukan dalam jangka waktu lama disertai kenaikan suhu. Selain itu, material juga harus memiliki tingkat keterbasahan (wettability) yang tinggi sebagai salah satu faktor yang menentukan efektifitas difusi ion litium. Saat ini, separator BIL yang tersedia secara komersial terbuat dari poliolefin, terutama polietilena (PE) dan polipropilena (PP). Namun, polimer tersebut umumnya bersifat nonpolar sehingga memiliki tingkat keterbasahan (wettability) yang rendah pada larutan elektrolit sehingga menghalangi difusi ion litium. Polimer tersebut juga memiliki kekuatan mekanik dan stabilitas termal yang juga cukup rendah. Oleh karena itu, peningkatan kekuatan mekanik, stabilitas termal dan tingkat keterbasahan material separator harus ditingkatkan, misalnya dengan membentuk komposit dengan material yang memiliki kekuatan mekanik dan stabilitas termal yang tinggi serta gugus hidrofil yang baik misalnya zeolit ZSM-5. Tujuan penelitan ini adalah untuk mendapatkan informasi hubungan antara karakteristik ZSM-5 yang dikompositkan dengan polimer polipropilena dengan sifat separator yang dihasilkan. Dari tahap ini, akan diperoleh informasi karakter ZSM-5 yang paling berpengaruh pada sifat separator. Selanjutnya, dilakukan pula optimasi jumlah penambahan ZSM-5 untuk menghasilkan separator dengan kekuatan mekanik, stabilitas termal dan tingkat kebasahan yang terbaik. ZSM-5 dipilih karena material ini memiliki kestabilan mekanik dan termal yang tinggi, porositas yang bagus dan sifat. Pada penelitian ini, ZSM-5 disintesis dengan metode hidotermal dengan variasi rasio Si/Al 20, 25, 30, 50 dan 100. Karakterisasi ZSM dilakukan dengan XRD untuk mengetahui struktur kristal yang terbentuk, Scanning Electron Microscope (SEM) untuk mengetahui morfologi yang terbentuk, FTIR untuk penentuan gugus fungsi, adsorpsi-desorpsi N2 untuk menentukan luas permukaan dan distribusi ukuran pori dan Particle Size Analyzer (PSA) untuk menentukan distribusi ukuran partikel. Kemampuan menghantarkan ion litium didekati melalui pengukuran Kapasitas Pertukaran Kation dan pengukuran sisi asam Bronsted dengan metode N2 piridin. Sementara itu, karakterisasi separator komposit ZSM-5/polipropilena dilakukan dengan SEM-EDX untuk mengetahui morfologi permukaan dan persebaran ZSM-5 di permukaan polimer, kekuatan mekanik diukur dengan uji Tensile Strength, stabilitas termal dianalisis dengan DTA-TGA, uji kebasahan ditentukan berdasar kemampuan swelling separator terhadap air, serta konduktivitas listrik dipelajari melalui uji Electron Impedance Spectroscopy (EIS). Penelitian yang dilakukan memiliki topik yang sesuai dengan topik penelitian pada Roadmap penelitian Pusat Studi Material, Sains dan Nanoteknologi ITS di tahun 2018, khususnya dalam bidang Pengembangan Komponen Baterai Ion Litium. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi kontribusi awal metarial alam lokal pada teknologi baterai di masa depan, sebagai peningkatan local content pada material Baterai Litium Ion. Target luaran yang hendak dicapai dari penelitian ini adalah dihasilkannya dua artikel yang akan dipublikasikan (submit) pada jurnal Internasional dalam bidang sumber energi dan material penyimpan energi, khususnya jurnal Journal of Power Sources (terindeks scopus, impact factor: 6,395, SJR: 1,945) dengan judul (tentative) Effect of Powders-Polymer Ratio in the Properties and Performance of Membrane Separator for Lithium-ion Battery serta pada jurnal Journal of Energy Storage Sources (terindeks scopus, impact factor: 2,74, SJR: 0,555) dengan judul (tentative) Influence of ZSM-5 Properties on thee Properties and Performance of ZSM-5/Polipropilene as Separator Membrane for Lithium-ion Battery.