2019 : Modifikasi Desain Membran Komposit ZSM-5/PES dan Pengukuran Kinerjanya 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

Komponen baterai ion litium terdiri dari anoda, katoda, elektrolit dan separator. Separator merupakan salah satu bagian penting dalam sistem baterai yang menjadi penyekat antara anoda dengan katoda yang berfungsi mencegah terjadinya hubungan arus pendek (short circuit), serta sebagai media pertukaran ion litium dalam elektrolit cair yang mengisi struktur berongga dari separator. Idealnya sebuah separator harus memiliki sifat resistansi elektronik yang tinggi namun dengan resistansi ionik yang rendah, mudah terbasahi oleh elektrolit, memiliki kekuatan mekanik yang baik, ketahanan termal untuk penggunaan suhu tinggi dan stabil pada perubahan kondisi kimia yang ekstrim. Separator baterai pada umumnya terbuat dari membran poliolefin polietilena (PE), polipropilena (PP) maupun gabungan PE/PP/PE karena sifat elektrokimia dan mekanik yang tinggi serta harganya murah. Namun, separator PE memiliki beberapa kekurangan yaitu tingkat kebasahan (wettability) dan stabilitas termal yang rendah sehingga menjadi perhatian penting dalam peningkatan kinerja dan aspek keselamatan pada baterai. Penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa membran komposit ZSM-5/PES berhasil dibuat dengan metode inversi fasa. Hasil yang didapat menunjukkan stabilitas termal yang tinggi serta adanya peningkatan linear nilai konduktivitas ion terhadap peningkatan komposisi penambahan ZSM-5 dengan hasil maksimal pada sampel 30%H-ZSM-5 sebesar 4,7 x 10-5 S/cm. Nilai konduktivitas ion yang dihasilkan tersebut masih terlalu kecil dari standar NASA Advance Battery Separator (10-3 S/cm), sehingga perlu dilakukan modifikasi membran untuk mendapatkan stabilitas termal tinggi serta nilai konduktivitas ion yang sesuai dengan standar. Modifikasi ini dapat dilakukan dengan membuat membran menjadi kedalam bentuk modul membran dengan desain spesifik. Oleh karena itu, tujuan penelitan ini adalah 1) mendapatkan desain modul membran komposit ZSM-5/Polietersulfon yang paling optimal dan potensial untuk diaplikasikan dalam baterai ion litium. Selain itu, tahapan optimasi jumlah ZSM-5 yang ditambahkan pada polimer polietersulfon (PES) (sehingga menghasilkan perbandingan ZSM-5:PES yang bervariasi) juga perlu dilakukan. Hal ditujukan untuk 2) mendapatkan komposisi material komposit yang terbaik dari modul membran yang optimal, yakni perbandingan polimer, pelarut dan ZSM-5, yang dapat menghasilkan membran separator dengan kinerja tinggi. Kinerja tinggi yang dimaksud adalah memiliki nilai konduktivitas ion litium yang tinggi dan elektron sesuai standar separator baterai, stabilitas termal dan mekanik tinggi serta mampu bekerja dalam jangka lama (durability yang baik). Penelitian ini akan memberikan informasi tentang desain modul yang palling efektif dan komposisi membran berbasis ZSM-5/PES yang optimal sebagai separator baterai ion litium. Desain modul dan komposisi yang spesifik inilah yang juga menjadi originalitas/keterbaruan penelitian ini. Pada penelitian ini, modifikasi ZSM-5 dilakukan dengan metode paska-perlakuan menggunakan NaOH 0,25 M. Pembuatan modul membran dilakukan dengan metode inversi fasa, dry pressing maupun perpaduannya. Sementara itu, karakterisasi separator membran komposit ZSM-5/PES 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 dan TMA, uji kebasahan ditentukan berdasar kemampuan swelling separator terhadap air, konduktivitas ion dipelajari melalui uji Electron Impedance Spectroscopy (EIS) serta kinerja separator dipelajari melalui uji charge-discharge. Penelitian yang dilakukan memiliki topik yang sesuai dengan topik penelitian pada Roadmap penelitian Pusat Studi Material, Sains dan Nanoteknologi ITS di tahun 2019, khususnya dalam bidang Pengembangan Komponen Baterai Ion Litium. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan modul pembuatan membran pada teknologi baterai berkinerja tinggi 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 Materials Today Chemistry (terindeks scopus, CiteScore: 1,40, SJR: 0,57, Quartil: Q2) dengan judul (tentative) “Consctruction of ZSM-5/PES Membrane Modules and Their Performance as Potential Separator for Lithium-ion Battery�serta pada jurnal Material Letters (terindeks scopus, SJR: 0,782, Quartil : Q2) dengan judul (tentative) “Influence of ZSM-5 Composition on the Performance of ZSM-5/PES as Separator for Lithium-ion Battery� Penelitian diharapkan dapat menghasilkan usulan paten berupa desain modul membran dan komposisinya berbasis material komposit ZSM-5/Polietersufon sebagai membran separator. Penelitian ini juga diharapkan dapat meluluskan 2 orang mahasiswa sarjana dan 1 orang mahasiswa pascasarjana.