2017 : SINTESIS KATODA KOMPOSIT LINIXFE1-XPO4/C UNTUK BATERAI ION LITHIUM DENGAN BAHAN PREKURSOR ION FE BATUAN BESI TANAH LAUT.

Dr.Drs. Mochamad Zainuri M.Si.
Dr. Drs. Zaenal Arifin M.Si
Endarko M.Si.,Ph.D.

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

RINGKASAN \n\nBeberapa material katoda pada baterai ion litium yang telah disintesis yaitu lithium mangan oxide (LiMn2O4) (Chew, 2008), lithium cobalt oxide (LiCoO2) (Ritchie, 2001) dan lithium ferro phospate (LFP) (Hamid, 2013). Dari ketiga material katoda, yang gencar dikembangkan saat ini LFP yang memiliki kelebihan pada biaya pembuatan lebih murah, bahan dasar Fe yang berlimpah di alam, tidak beracun, kapasitas sedang (170 mAh/g), memiliki tegangan flat 3.45 vs Li/Li+ dan ramah lingkungan. Namun, material LFP memiliki beberapa kelemahan yaitu konduktivitas listrik rendah (10-9 S/cm) dan difusi ion lithium yang lamban. Kelemahan tersebut membatasi aplikasi LFP sebagai material katoda, khususnya pada temperatur rendah dan densitas arus yang tinggi (Padhi, 2002). Kelemahan tersebut dapat diatasi dengan mereduksi ukuran partikel, coating karbon, atau doping dengan supervalen kation (Nb5+, Ti4+, Ni6+) . Berbagai metode mulai dikembangkan mulai dari metode kopresipitasi (Zhu, 2013), solid state (Liu, 2010), sol-gel (Choi, 2007), microwave heating (Zhou, 2009), carbothermal reduction (Kong, 2012), spray pyrolisis (Hamid, 2012) dan lain–lain. Pada keseluruhan metode tersebut, bahan-bahan dasar yang dipakai masih merupakan bahan proanalis yang relatif mahal. Oleh karena itu, pada penelitian ini mencoba untuk memanfaatkan bahan alam sebagai sebagai bahan dasar pembuatan katoda. Bahan alam yang digunakan adalah batuan besi Tanah Laut Kalimantan dengan kandungan senyawa Fe3O4 tinggi. Fe3O4 yang diperoleh selanjutnya digunakan sebagai sumber prekursor Fe pada sintesis pembuatan material katoda LFP. Penggunaan bahan alam pada salah satu bahan dasar baterai tentu dapat mengurangi harga dari material baterai Li-ion yang masih tergolong mahal. Penelitian awal pembuatan material katoda aktif berbasis lithium ferro phospat telah dilakukan dengan menggunakan metode ball milling (solid process). Penelitian menggunakan bahan alam prekursor ion Fe dari batuan besi. Proses variasi kalsinasi telah menghasilkan nilai optimum kapasitas muatan yang paling baik didapatkan pada sampel yang dikalsinasi pada 500?C LFP/C-5 yakni sebesar 14,3 mAh/g ketika didischarge dengan arus 25µA, dan 6,17 mAh/g ketika di discharge dengan arus beban yang lebih besar yakni 50µA. Komposisi fase yang terbentuk pada temperatur 500?C memiliki %molar fase LFP yang paling besar yakni adalah diphosphate 58,88% LiFeP2O7 dan 23,78% nasicon Li3Fe2(PO4)3.Dengan perbandingan stokiometri yang lain dan proses yang sama diperoleh komposisi terbesar LFP dengan struktur olivine terbentuk pada temperatur 700°C sebesar 93.3 %wt dengan impuritas Fe2O3 sebesar 6.7 %wt. Selain hematite, impuritas yang muncul pada temperatur lain adalah monoclinic Li2FeP2O7, akan tetapi fasa-fasa impuritas tersebut berkurang seiring dengan bertambahnya temperatur kalsinasi. Identifikasi ukuran partikel rerata dan konduktivitas sampel menggunakan PSA dan EIS menunjukkan bahwa sampel dengan temperatur kalsinasi 500°C memiliki ukuran rerata terkecil berkisar 236.5 nm dan konduktivitas tertinggi sebesar 5.676 x 10-3 S.cm-1. Performa baterai terbaik juga dimiliki sampel yang sama dengan nilai kapasitas spesifik rerata dari tiga siklus sebesar 31.019 mAh/g. Puncak redox sampel 500°C dari hasil pengujian Cyclic Voltammetry (CV) didapatkan pada 3.49 V sebagai puncak oksidasi dan 3.24 V sebagai puncak reduksi, dengan selisih tegangan 0.25V pada scan rate tegangan 100 µV.s-1 Pada penelitian ini difokuskan dengan proses dopping ion Ni untuk meningkatkan kapasitas charging ion lithium , bahan prekursor yang digunakan untuk fe tetap menggunaan bahan alam yang dikombinasikan dengan bahan proanalis.Pada proses ini divariasikan ion Ni untuk membentuk prekursor LiNixFe1-xPO4/C dengan variasi X = 0,00; 0,01; 0,02; dan 0,03. Dimana komposisi bahan-bahan tersebut sesuai dengan stoikiometrinya. Besarnya glukosa yang ditambahkan sebagai prekursor karbon 10 wt% dari struktur LiFePO4 sebagai bahan konduktifnya. Penentuan ketepatan dopping ion Ni pada struktur olivine LiFePO4 merupakan hal kebaharuan dalam penelitian material aktif katoda baterey ion lithium.\n