i EDISI PERTAMA Sintesis Nanokomposit LiFePO 4 melalui Flame Spray Pyrolysis Kajian Analisis Pengaruh Ukuran dan Komposisi Nanokomposit Terhadap Performa Baterai Lithium Hemat Energi Nur Abdillah Siddiq Jurusan Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Ahmad Fauzan ‘Adziimaa Jurusan Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Firqi Abdillah K. Jurusan Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Miratul Alifah Jurusan Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Nur Fadhilah Jurusan Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
85
Embed
Buku Sintesis Nanokomposit LiFePO4 Melalui Flame Spray Pyrolysis
Sintesis Nanokomposit LiFePO4 melalui Flame Spray Pyrolysis
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
i
EDISI PERTAMA
Sintesis Nanokomposit LiFePO4 melalui Flame Spray Pyrolysis Kajian Analisis Pengaruh Ukuran dan Komposisi Nanokomposit
Terhadap Performa Baterai Lithium Hemat Energi
Nur Abdillah Siddiq Jurusan Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember Surabaya
Ahmad Fauzan ‘Adziimaa Jurusan Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember Surabaya
Firqi Abdillah K. Jurusan Teknik Kimia, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember Surabaya
Miratul Alifah Jurusan Kimia, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
Nur Fadhilah Jurusan Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember Surabaya
ii
Buku ini dipersembahkan kepada
Kedua orang tua yang telah mendukung secara penuh,
bangsa Indonesia, dan agama Islam
Terimakasih kepada
Dirjen Dikti Kemendikbud Indonesia yang telah mendanai
penelitian ini dalam serangkaian kegiatan Program
Kreatifitas Mahasiswa bidang Penelitian (PKMP) 2013
iii
Dengan mengucap rasa syukur Alhamdulillah, buku ini dapat
terselesaikan dengan memuaskan. Puji syukur ke hadirat Allah SWT
yang telah memberikan tim penulis kesehatan, kesempatan,
nikmatnya iman dan islam, juga ilmu yang barokah. Shalawat serta
salam juga tak lupa semoga tetap tercurahkan kepada Rasulullah SAW,
sang revolusioner dalam bidang ilmu karena telah membawa manusia
dari zaman kegelapan menuju ke zaman yang terang benderang.
Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih
bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi orang-orang
yang berakal. (Yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri
atau duduk atau dalam keadan berbaring dan mereka memikirkan
tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami,
tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-sia, Maha Suci Engkau,
maka peliharalah kami dari siksa neraka.
Terjemahan QS. Ali Imran ayat 190 dan 191
Dua ayat itulah yang memotivasi tim penulis untuk bekerja penuh
dengan dedikasi dan totalitas. Tiadalah Allah menciptakan sesuatu
dengan sia-sia, semua pasti memiliki manfaat, termasuk hal-hal yang
baru diketahui manusia, yakni Nanoteknologi.
Nanoteknologi telah ada saat awal terbentuknya jagat raya,
bagaimana satu sel yang bernama amuba dan protozoa dapat hidup
dengan sistem metabolisme yang lengkap, adalah Allah SWT yang
telah menjadikannya demikian, KUN maka jadilah.
Kata Pengantar
“
“
iv
Melalui buku ini, penulis mengharapkan ghirah keilmuan umat
Islam dapat kembali bangkit. Bagaimana pada zaman pertengahan,
kiblat ilmu pengetahuan dan sains berada di tangan umat Islam.
Betapa kita mendengar Al-Khawarizmi sang pionir al-jabar, Ibnu Sina
sang dokter sejati, Jabir Ibnu Hayyan yang telah menemukan ilmu
kimia, dan masih banyak para genius-genius besar yang berasal dari
umat Islam.
Akhir kata, semoga buku ini dapat memberikan manfaat yang
sebesar-besarnya bagi kemajuan ilmu pengetahuan dan dapat
menjadi solusi terhadap krisis energi yang saat ini semakin mencekik.
2.1 SEJARAH ........................................................................... 12 2.2 MEKANISME KERJA ............................................................ 13 2.3 MACAM-MACAM KATODA BATERAI LITHIUM ........................ 20
3.1 MEKANISME UMUM SINTESIS NANOMATERIAL ...................... 26 3.2 MEKANISME PEMBENTUKAN PARTIKEL ................................. 28 3.3 FLAME SPRAY PYROLYSIS .................................................... 30
4.1 SCANNING ELEKTRON MICROSCOPY (SEM) ........................... 34 4.2 X-RAY DIFFRACTION (XRD) ................................................ 40 4.3 FOURIER TRASFORM INFRA RED (FTIR) ................................ 44
5.1 PENELITIAN-PENELITIAN SEBELUMNYA .................................. 52 5.2 METODE PELAKSANAAN ..................................................... 53 5.3 HASIL PENELITIAN .............................................................. 61 5.3.1. Pengaruh Laju Alir Gas Pembawa ............................ 61 5.3.2 Pengaruh Konsentrasi Glukosa.................................. 71 5.4 KESIMPULAN ..................................................................... 74
Daftar Isi
BAB 1 Pendahuluan………………………………………..……1
BAB 2 Baterai Lithium-ion…………………………………..11
BAB 3 Metode Pembuatan Nanomaterial……………25
BAB 3 Analisis dan Karakterisasi…………………………33
BAB 3 Sintesis Nanokomposit LiFePO4 Melalui
Flame Spray Pyrolysys…………………………..…51
vi
Gambar 1.1 Konsep Mobil Hibrida, .................................................... 3 Gambar 1.2 Skema Prinsip Umum dari Baterai, ................................. 4 Gambar 1.3 Susunan Baterai Kering, .................................................. 5 Gambar 1.4 Pionir nanoteknologi, Richard Feynman (kiri) dan Norio
Tamaguchi (kanan), ........................................................................ 7 Gambar 1.5 Rentang Teknologi Nano 1-100 nm, ............................... 9 Gambar 1.5 Struktur Fullerena (C60), ................................................ 8 Gambar 2.1 lapisan-lapisan pada baterai lithium-ion, ..................... 12 Gambar 2.2 Skema Interkalasi Baterai Lithium (Stark, 2011), .......... 14 Gambar 2.3 Gravimetri kepadatan energi katoda teoritis dan praktis
pada bahan yang berbeda-beda, ................................................. 21 Gambar 2.4 Teoritis dan praktis gravimetri kepadatan energi katoda
yang berbeda bahan, ................................................................... 22 Gambar 2.5 Struktur Kristal LiFePO4, ............................................... 24 Gambar 2.6. Yang berwarna biru adalah logam transisi, merah adalah
Gambar 3.1 Teknis sintesis nanopartikel top-down dan bottom-up, ...................................................................................................... 26
Gambar 3.2 Skema Mekanisme Pembentukan Partikel Flame Assisted Spray Pyrolysis (FASP), Flame Spray Pyrolysis (FSP) dan Vapour-fed Aerosol Flame Synthesis (VAFS) (Strobel, 2007), .......................... 29
Gambar 3.3 Skema Mekanisme Pembentukan Partikel dari Solid – fed Flame Synthesis (Widiyastuti, 2008), ........................................... 31
Daftar Gambar dan Tabel
vii
Gambar 4.1 Hasil mikroskop Cahaya (kiri) dan Hasil Mikroskop Elektron (kanan), .......................................................................... 34
Gambar 4.2 Pantulan pada material, ............................................... 34 Gambar 4.3 Skema SEM, .................................................................. 36 Gambar 4.4 Gambar hasil sinyal pada SEM, 36 Gambar 4.5 Perbedaan Secondary Electrons dan Backscattered
Electrons, ..................................................................................... 37 Gambar 4.6 Mekanisme Kontras pada Elektron Sekunder, .............. 38 Gambar 4.7 Mekanisme Kontras pada Elektron Tersebar, ............... 38 Gambar 4.9 Difraksi Sinar-X (Grant & Suryanayana, 1998, .............. 43 Gambar 4.10 Difraksi Sinar-X (Grant & Suryanayana, 1998), ........... 45 Gambar 4.11 Spektrum absorban dan transmitan, .......................... 48 Gambar 4.12 Morfologi (kiri) dan distrbusi ukuran (kanan) partikel
pada laju alir gas pembawa (a) 1, (b) 2 dan (c) 3 liter/menit, ...... 67 Gambar 5.1 Keunggulan metode Flame Spray Pyrolysis, ................. 53 Gambar 5.2 Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian, .......... 55 Gambar 5.3 Konfigurasi Alat, ........................................................... 58 Gambar 5.4 Prosedur Penelitian, ..................................................... 59 Gambar 5.5. Skema Geometri Reaktor Flame Spray Pyrolysis, ........ 60 Gambar 5.6 Contour suhu pada laju alir gas pembawa (a) 1 (b) 2 dan
(c) 3 liter/menit, ........................................................................... 62 Gambar 5.7 Distribusi suhu berbagai laju alir pada center reaktor
(bidang pengamatan line A) berdasarkan (a) simulasi dan (b) eksperimen, ................................................................................. 63
Gambar 5.8 Vektor kecepatan untuk laju alir gas pembawa (a) 1, (b) 2 dan (c) 3 liter/menit, bidang pengamatan plane A, ..................... 64
Gambar 5.9 Contour soot pada laju alir gas pembawa (a) 1, (b) 2 dan (c) 3 liter/menit, bidang pengamatan plane A, ............................ 65
Gambar 5.10 Perubahan diameter droplet pada beberapa laju alir gas pembawa dan beberapa ukuran awal., .................................. 66
Gambar 5.11 Morfologi (kiri) dan distrbusi ukuran (kanan) partikel
pada laju alir gas pembawa (a) 1, (b) 2 dan (c) 3 liter/menit….…..67
Gambar 5.12 Grafik resident time partikel pada beberapa laju alir gas pembawa, .................................................................................... 68
viii
Gambar 5.13 Grafik X-Ray diffraction pada beberapa laju alir gas pembawa, .................................................................................... 69
Gambar 5.14 Hasil analisa FTIR untuk laju alir gas pembawa (a) 3, (b) 2 dan (c) 1 liter/menit, ................................................................. 70
Gambar 5.15 Hasil analisa SEM dengan perbandingan mol LiFePO4:glukosa sebesar (a) 1:0, (b) 1:0,1, (c) 1:0,15 dan (d) 1:0,25, ..................................................................................................... 71
Gambar 5.16 Hasil analisa X-Ray Diffraction dengan berbagai perbandingan mol LiFePO4:glukosa, ............................................. 72
Gambar 5.17 Hasil analisa FTIR untuk konsentrasi glukosa (a) 1:0 (b) 1:0,15 (c) 1:0,2 dan (d) 1:0,3, ....................................................... 73
Tabel 5.1 Rate volume droplet terhadap laju alir gas pembawa, ..... 61
1
Bab 1 Pengantar
Krisis energi merupakan salah
satu permasalahan utama yang
sedang dihadapi oleh umat
manusia saat ini. Salah satu
solusi untuk mengatasi
permasalahan tersebut adalah
pemakaian energi terbarukan
yang membutuhkan media
penyimpanan berupa baterai.
Aplikasi nanoteknologi pada
baterai terbukti dapat
meningkatkan kapasitas dan
performa baterai.
2
1.1 Krisis Energi Krisis energi adalah kekurangan atau peningkatan harga dalam
persediaan sumber daya energi. Krisis energi biasanya merujuk ke
kekurangan minyak bumi, listrik, atau sumber daya alam lainnya. Krisis
energi yang terjadi di Indonesia meliputi krisis bahan bakar fosil dan
listrik. Para ahli mulai merubah pendapatnya tentang pemanfaatan
sumber energi yang ada di Indonesia. Timbulnya kesadaran akan
sumber bahan bakar fosil yang selama ini merupakan sumber energi
andalan, akan terancam mengalami kelangkaan dalam beberapa
tahun kedepan. Untuk itu, pemanfaatan sumber–sumber energi
alternatif yang baru dan terbarukan harus senantiasa diupayakan
secara intensif untuk menghadapi krisis energi yang semakin terasa
dampaknya.
Pemenuhan energi listrik di Indonesia menuju ambang kritis sejak
tahun 2004, dimana pertumbuhan ekonomi mencapai lebih dari 5%.
Hal ini menyebabkan meningkatnya kebutuhan akan sumber energi
primer terutama listrik. Berdasarkan data historis, sejak tahun 2005,
konsumsi energi final di sektor ketenagalistrikan mengalami
peningkatan dengan laju pertumbuhan rata-rata sebesar 7%
pertahun. Hal ini ditambah dengan jumlah peralatan elektronik yang
dihasilkan pada saat ini yang semakin banyak, seperti handphone,
laptop, dan gadget lainnya.
Penggunaan teknologi ramah lingkungan sangat dibutuhkan
untuk mengatasi permasalah krisis energi. Berikut adalah beberapa
teknologi ramah lingkungan:
a. Teknologi hibrida, yaitu perpaduan penggunaan dua atau lebih
sistem energi untuk mencapai efisiensi penggunaan sumber
3
energi bahan bakar, contoh perpaduan BBM dan baterai pada
kendaraan hibrida
b. Teknologi nano atau nanoteknologi, yaitu teknologi yang salah
satunya dapat mudah dipahami dengan istilah miniaturisasi
teknologi. Kaitannya dengan hemat energi, nanoteknologi dapat
dengan mudah menjawab bahwa dengan semakin kecil ukuran
sebuah piranti maka semakin kecil pula konsumsi energi yang
diperlukan.
Gambar 1.1 Konsep Mobil Hibrida
Selain penggunaan teknologi hibrida dan nanoteknologi,
berbagai usaha yang dilakukan untuk menggantikan bahan bakar fosil
yang tidak terbarukan oleh bahan bakar yang terbarukan seperti
tenaga surya, angin, dan air, menimbulkan biaya yang besar karena
kesulitan dalam penyimpanan energI. Hal ini menyebabkan
dibutuhkannya peralatan penyimpanan energi listrik yang efisien,
bahan bakunya mudah diperoleh, murah, ramah lingkungan dan
memiliki kapasitas penyimpanan yang tinggi
Salah satu alat penyimpan energi listrik yang banyak digunakan
dalam kehidupan sehari-hari adalah baterai. Baterai sebagai
penyimpan energi merupakan pendukung utama dalam aplikasi
4
energi baru dan terbarukan, terutama tenaga surya dan angin.
Beberapa sektor kehidupan bangsa Indonesia sudah menjadikan
baterai sebagai sumber energi yang mobile, misalnya sektor
telekomunikasi baik sipil maupun militer.
1.2 Baterai Baterai yang paling umum digunakan orang disebut sel atau
baterai kering. Baterai ini ditemukan oleh Leclanche yang mendapat
hak paten pada tahun 1866. Baterai adalah alat untuk menghasilkan
listrik dari reaksi kimia (reaksi redoks). Sebuah baterai terdiri dari
sebuah sel atau lebih sel yang dihubungkan secara seri atau paralel.
Sel terdiri atas elektroda negatif, sebuah elektrolit, separator berpori,
ion konduktor, dan elektrode positif.
Gambar 1.2 Skema Prinsip Umum dari Baterai
Elektrolit dapat berbentuk larutan, liquid, pasta atau solid. Ketika
sebuah sel dihubungkan untuk menghasilkan listrik, elektroda negatif
memberikan elektron yang mengalir melalui beban dan diterima oleh
elektroda positif. (Stark, 2011). Berdasarkan konvensi, arah aliran
5
elektron berlawanan dengan arah arus listrik, maka arus listrik
mengalir dari elektroda positif ke elektroda positif.
Susunan baterai yang biasa dijumpai dalam kehidupan sehari-hari
(batu baterai atau baterai kering) diperlihatkan dalam gambar 1.3.
Logam seng bertindak sebagai elektroda negatif dan juga sebagai
wadah untuk komponen baterai yang lain. Elektrode positif adalah
karbon tak reaktif yang diletakan di pusat kaleng,
Gambar 1.3 Susunan Baterai Kering
Baterai ini disebut “kering” karena kandungan air relatif rendah,
meskipun demikian kelembaban mutlak diperlukan agar ion-ion dalam
larutan dapat berdifusi di antara elektroda-elektrode itu.
Jika baterai kering memberikan arus, maka reaksi pada elektrode
negatif melibatkan oksidasi seng. Reaksi pada elektroda positif cukup
rumit, tetapi secara garis besar dapat dinyatakan sebagai berikut.
Anoda : Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-
Katoda : 2MnO2(s) + 2NH4+
(aq)+ 2e- Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)
Reaksi keseluruhan : Zn(s)+2NH4+
(aq)+2MnO2(s) Zn2+(aq)+Mn2O3(s)+
2NH3(aq)+ H2O(l)
6
Sebuah baterai kering mempunyai potensial sebesar 1,5 volt dan
tidak dapat diisi ulang. Baterai ini banyak digunakan untuk peralatan
yang menggunakan arus kecil seperti radio dan kalkulator.
Baterai terus mengalami perkembangan dan penyempurnaan
hingga saat ini sejak pertama kali ditemukan. Dimulai dari “Voltaic
pile” pada tahun 1800 yang terdiri dari lempengan tembaga dan seng
sebagai elektroda dan elektrolit berupa kain yang direndam dalam
larutan garam. Kemudian dilanjutkan dengan Daniel sel pada tahun
1836 yang dikembangkan oleh ilmuwan inggris bernama John
Frederick Daniel yang terdiri atas elektrode seng yang dicelupkan
dalam larutan H2SO4. Keduanya kemudian dicelupkan kembali dari
larutan CuSO4 dengan tanah liat sebagai penghalang/barrier. Pada
1881 Camille A. Faure mengembangkan baterai timbal asam dari
Plante dan menjadi cikal bakal aki mobil. Pada tahun 1887, Carl
Gassner mematenkan “sel zinc carbon” yang diketahui sebagai dry sel
pertama karena tidak menggunakan elektrolit cair. Pada tahun 1899,
ilmuwan Swedia Waldmar Junger menemukan baterai alkalin
pertama, elektrode dari nikel dan cadmium sedangkan elektrolit dari
larutan kalium hidrosida. Perkembangan terakhir dari baterai yang
masih diteliti adalah pengembangan baterai lithium atau disebut juga
dengan baterai intercalation.
1.3 Nanoteknologi Pertama kali konsep nanoteknologi diperkenalkan oleh Richard
Feynman pada sebuah pidato ilmiah yang diselenggarakan oleh
American Physical Society di Caltech (California Institute of
Technology), 29 Desember 1959. Pidato tersebut berjudul “There’s
Plenty of Room at the Bottom”. Feynman menggambarkan sebuah
proses dimana kemampuan untuk memanipulasi atom dan molekul
menjadi memungkinkan, menggunakan satu set alat yang tepat.
7
Dalam proses ini terjadi besarnya perubahan fenomena fisik yang
bermacam-macam seperti gravitasi akan menjadi kurang penting,
tegangan permukaan dan daya Tarik ikatan van der Waals akan
menjadi semakin lebih penting, dll.
Istilah nanoteknologi pertama kali diresmikan oleh Profesor
Norio Taniguchi dari Tokyo Science University tahun 1974 dalam
makalahnya yang berjudul “On the Basic Concept of ‘Nano-
Technology’,”.
Gambar 1.4 Pionir nanoteknologi, Richard Feynman (kiri) dan Norio
Tamaguchi (kanan)
Nanoteknologi dan nanosains dimulai pada awal 1980-an dengan
dua perkembangan utama; lahirnya ilmu pengetahuan mengenai
cluster dan penemuan Scanning Tunneling Microscope (STM). Royal
Society dan Royal Academy of Engineering di Inggris telah
mendefinisikan istilah-istilah yang berkaitan sebagai berikut:
Nanosains : studi tentang fenomena dan manipulasi dari
material pada skala atom, yang mana memiliki sifat yang
berbeda dan unik dibandingkan sifat dari skala makro.
Nanoteknologi : desain, karakterisasi, produksi, dan aplikasi
dari struktur, alat, dan sistem dengan mengontrol bentuk dan
ukuran dari material pada skala nano.
8
Perkembangan nanoteknologi menyebabkan penemuan fullerena
pada tahun 1985 dan karbon nanotube beberapa tahun kemudian.
Mikroskop atom (AFM atau SFM) diciptakan enam tahun setelah STM
ditemukan.
Gambar 1.5 Struktur Fullerena (C60)
Nanoteknologi adalah pembuatan dan penggunaan materi atau
devais pada ukuran sangat kecil. Materi atau devais ini berada pada
ranah 1 hingga 100 nanometer (nm). Satu nm sama dengan satu-per-
milyar meter (0.000000001 m), yang berarti 50.000 lebih kecil dari
ukuran rambut manusia. Saintis menyebut ukuran pada ranah 1
hingga 100 nm ini sebagai skala nano (nanoscale), dan material yang
berada pada ranah ini disebut sebagai kristal-nano (nanocrystals) atau
material-nano (nanomaterials).
Skala nano terbilang unik karena tidak ada struktur padat yang
dapat diperkecil lagi. Hal unik lainnya adalah bahwa mekanisme dunia
biologis dan fisis berlangsung pada skala 0.1 hingga 100 nm. Pada
dimensi ini material menunjukkan sifat fisis yang berbeda; sehingga
saintis berharap akan menemukan efek yang baru pada skala nano
dan memberi terobosan bagi teknologi.
9
Gambar 1.5 Rentang Teknologi Nano 1-100 nm
Beberapa efek penting yang dimiliki benda jika ukurannya
diperkecil menuju skala nano adalah sebagai berikut:
Efek Permukaan
Semakin kecil ukuran benda maka permukaan penyusun atom
benda tersebut yang terekspos akan memiliki fraksi yang semakin
besar.
Efek Ukuran
Dalam skala nanometer, sifat baru dan fenomena unik dari bahan
akan muncul. Hal ini diakibatkan karena ukuran dari nanomaterial
menjadi komparabel dengan banyak parameter fisis seperti
ukuran gelombang kuantum, ukuran koherensi dan domain
dimensi yang kesemuaannya menetukan sifat-sifat dari material.
Beberapa terobosan penting telah muncul di bidang
nanoteknologi. Pengembangan ini dapat ditemukan di berbagai
produk yang digunakan di seluruh dunia. Sebagai contohnya adalah
katalis pengubah pada kendaraan yang mereduksi polutan udara,
devais pada komputer, beberapa pelindung terik matahari, kosmetik
10
yang secara transparan dapat menghalangi radiasi berbahaya dari
matahari, pelapis khusus pakaian dan perlengkapan olahraga yang
dapat meningkatkan kinerja dan performa atlit. Hingga saat ini para
ilmuwan yakin bahwa mereka baru menguak sedikit dari potensi
nanoteknologi.
Nanoteknologi saat ini berada pada masa pertumbuhannya, dan
tidak seorang pun yang dapat memprediksi secara akurat apa yang
akan dihasilkan dari perkembangan penuh bidang nanoteknologi di
beberapa dekade kedepan. Meskipun demikian, para ilmuwan yakin
bahwa nanoteknologi akan membawa pengaruh yang penting di
bidang medis dan kesehatan; produksi dan konservasi energi;
kebersihan dan perlindungan lingkungan; elektronik, komputer dan
sensor; keamanan dan pertahanan dunia.
11
Bab 2 Baterai Lithium-ion
Baterai Lithium-ion terus
mengalami perkembangan.
Disinyalir kunci kesuksesan
mobil listrik terletak pada
optimalisasi baterai lithium-
ion. Hingga saat ini, baik para
peneliti dan praktisi masih
terus berusaha meningkatkan
performa dari baterai lithium.
12
2.1 Sejarah Baterai Lithium pertama kali ditemukan oleh M.S. Whittingham
pada tahun 1970 yang menggunakan Titanium(II)Sulfide sebagai
katoda dan logam Lithium sebagai anoda.
Dengan penelitian yang intensif selama lebih dari 20 tahun,
akhirnya pada tahun 1991 Sony tampil sebagai pionir yang mampu
memproduksi secara komersial baterai lithium-ion. Sejak produksi
komersial tahun 1991, produksi baterai lithium-ion mengalami
kenaikan yang sangat pesat karena telah membuat revolusi didunia
elektronik. Hampir semua jenis gadget elektronik seperti handphone,
laptop, kamera bahkan mobil hibrida menggunakan baterai lithium-
ion.
Gambar 2.1 Lapisan-lapisan pada baterai lithium-ion
13
Selain Lithium-ion, ada juga baterai yang disebut baterai lithium.
Baterai Lithium adalah baterai yang umumnya tidak bisa diisi ulang
atau hanya sekali pakai habis, sedangkan baterai Lithium-ion justru
sebaliknya. Perbedaan lain dari kedua baterai tersebut adalah materi
dasarnya. Baterai lithium menggunakan logam murni, sedangkan
baterai Lithium-ion menggunakan campuran lithium yang jauh lebih
stabil dan dapat diisi ulang beberapa ratus kali.
Saat ini negara Jepang merupakan produsen baterai terbesar
yang dimotori oleh Sony, Panasonic, dan Toshiba. Lithium-ion baterai
juga merupakan pemimpin produk beterai yang menguasai 46% atau
sekitar 4 milliar US dollar pangsa pasar pada tahun 2007.
Elektrokimia berbasis lithium menawarkan beberapa ciri yang
menonjol. Salah satunya adalah lithium merupakan unsur logam
paling ringan dan memiliki potensial redoks sangat rendah [E(Li+/Li) =
-3,04 V], yang memungkinkan sel memiliki tegangan tinggi dan
densitas energi besar. Selain itu, ion Li+ memiliki jari-jari ion kecil yang
menguntungkan untuk difusi dalam padatan. Dipadukan dengan umur
siklusnya yang lama dan kecepatan pengisian yang tinggi, sifat ini yang
menyebabkan teknologi ion lithium mampu menangkap pasar
elektronik portabel.
Selain yang disebutkan pada ciri-ciri diatas, baterai ion lithium
merupakan baterai yang ringan dan kompak, beroperasi dengan
tegangan sel -4 V dengan energi spesifik dalam kisaran 100-180
Wh/kg.
2.2 Mekanisme Kerja Sejak diproduksi tahun 1991, baterai lithium-ion tidak mengalami
perubahan signifikan pada mekanisme kerja baterai. Ada 3 elemen
yang berperan dalam proses discharge (dipakai) dan recharge (diisi)
pada baterai lithium-ion komersial, yaitu: elektroda positif yang
14
mengandung LiCoO2, elektroda negatif yang terbuat dari karbon grafit
(C6), dan separator yang terbuat dari lapisan tipis plastik yang dapat
dilalui oleh ion-ion. Pada tipe baterai ini anoda dan katoda adalah
bahan dimana, dan dari mana, ion lithium bermigrasi melalui
elektrolit, kemudian disisipkan (proses interkalasi) dan diekstraksi