SINTESIS DAN KARAKTERISASI Li4Ti5O12 DENGAN METODE SOL

GEL SEBAGAI MATERIAL ANODA BATERAI ION LITHIUM

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains

(S.Si)

ILMA NURONIAH

NIM. 11140970000001

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

1439 H / 2018 M

ii

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING

SINTESIS DAN KARAKTERISASI Li4Ti5O12 DENGAN METODE SOL

GEL SEBAGAI MATERIAL ANODA BATERAI ION LITHIUM

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si)

iii

PENGESAHAN UJIAN

Skripsi yang berjudul “SINTESIS DAN KARAKTERISASI Li4Ti5O12

DENGAN METODE SOL GEL SEBAGAI MATERIAL ANODA BATERAI

ION LITHIUM” yang ditulis oleh Ilma Nuroniah dengan NIM 11140970000001

telah diuji dan dinyatakan lulus dalam sidang Munaqasyah Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada tanggal 30

Mei 2018. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat memperoleh gelar

sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Fisika.

iv

LEMBAR PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa:

1. Skripsi ini merupakan karya saya yang dibuat untuk memenuhi salah

satu persyaratan saya memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

2. Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya

cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di Universitas Islam

Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

3. Jika dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya saya

atau merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain, maka saya bersedia

menerima sanksi yang berlaku di Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah Jakarta.

Jakarta, 21 Mei 2018

Ilma Nuroniah

v

ABSTRAK

Telah dilakukan sintesis material anoda Li4Ti5O12 dengan menggunakan

metode sol gel. Sintesis dilakukan dengan variasi suhu sintering pada suhu 500oC,

600 oC, 700 oC dan 800 oC. Karakterisasi yang dilakukan meliputi pengujian analisa

termal untuk menentukan suhu optimum untuk sintering, XRD (X-ray Diffraction)

untuk mengetahui pembentukan fasa Li4Ti5O12, Scanning electron microscope

(SEM) untuk menganalisa morfologi yang terbentuk, untuk mengetahui performa

elektrokimia dilakukan pengujian Cyclic voltammetry, charge-discharge dan

Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Dari hasil karakterisasi analisa

termal dan XRD, suhu optimum untuk sintesis yaitu pada suhu 800oC dengan

kandungan impuritas yang kecil. Hasil karakterisasi SEM menunjukkan morfologi

sampel tidak homogen, partikel beraggolmerasi dengan ukuran partikel rata-rata

sebesar 3,504 μm. Performa elektrokimia yang dihasilkan mengalami peningkatan

seiring dengan naiknya suhu sinter, meliputi grafik voltammogram, nilai koefisien

difusi, konduktivitas listrik dan kapasitas charge-discharge. Dari semua sampel,

LTO yang disinter pada suhu 800oC menunjukkan performa elektrokimia yang baik

dengan grafik voltammogram yang tajam dan bagus, nilai koefisien difusi ion

lithium sebesar 1,58 × 10−9 cm2s-1, konduktivitas listrik sebesar 0.6282 S/cm dan

kapasitas discharge yang diberikan sebesar 78,07 mAh/g.

Kata kunci: Anoda Li4Ti5O12, Metode Sol gel, Baterai Ion Lithium.

vi

ABSTRACT

The synthesis of anode material Li4Ti5O12 using sol gel method has been

done. The synthesis was done with sintering temperature variation at temperature

500oC, 600 oC, 700 oC and 800 oC. Characterization includes thermal analysis to

determine the optimum temperature for sintering, XRD (X-ray Diffraction) to

determine the formation of Li4Ti5O12 phase, Scanning electron microscope (SEM)

to analyze the morphology that is formed, to know the electrochemical performance

of Cyclic voltammetry, charge-discharge and Electrochemical Impedance

Spectroscopy (EIS). From the characterization of thermal analysis and XRD, the

optimum temperature for synthesis is at a temperature of 800oC with a small

impurities content. The SEM characterization results show a non homogeneous

sample morphology, the agglomerated particles with an average particle size of

3.504 μm. The resulting electrochemical performance increases with increasing

sinter temperature, including the voltammogram graph, the diffusion coefficient

value, the electrical conductivity and the charge-discharge capacity. Of all samples,

the sintered LTO at a temperature of 800°C showed good electrochemical

performance with a sharp and good voltammogram graph, lithium ion diffusion

coefficient value of 1.58 × 10-9 cm2/S, electrical conductivity 0.6282 S/cm, and a

given discharge capacity of 78.07 mAh / g.

Keywords: Anode Li4Ti5O12, Sol Gel Method, Lithium Ion Battery.

vii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, Tuhan pengatur

semesta alam, yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, pemilik hari kemudian,

atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir ini tepat pada waktunya. Laporan tugas akhir

ini berjudul “SINTESIS DAN KARAKTERISASI Li4Ti5O12 DENGAN

METODE SOL GEL SEBAGAI MATERIAL ANODA BATERAI ION

LITHIUM”.

Laporan tugas akhir ini tidaklah dapat terwujud tanpa adanya bantuan dan

dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati pada

kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak

yang telah membantu. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada yang

terhormat :

1. Kedua orang tua beserta keluarga besar yang saya cintai, terima kasih karena

tidak pernah lelah mendoakan, memberikan dukungan, memberikan inspirasi

dan menjadi penyemangat bagi penulis.

2. Bapak Slamet Priyono, MT selaku dosen pembimbing lapangan yang selalu

memberikan arahan, mengajarkan penulis dan bantuan selama penelitian.

3. Bapak Edi Sanjaya, M.Si selaku dosen pembimbing yang telah memberikan

arahan, serta bantuan selama penulisan laporan tugas akhir.

4. Bapak Dr. Agus Salim, M.Si selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.

viii

5. Bapak Arif Tjahjono, M.Si selaku Ketua Program Studi Fisika Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta yang

telah memberikan banyak masukan dan saran kepada penulis.

6. Para peneliti, teman-teman dan kakak-kakak tenaga lapangan di

Laboratorium Kelompok Penelitian Baterai Lithium LIPI yang telah banyak

membantu selama proses penelitian.

7. Sahabat seperjuangan: Restya, Reren, Sari, yang selalu memberikan support,

doa, menjadi teman diskusi, dan berbagi dikala senang dan sedih.

8. Kosan squad: Kak Lia, Siti dan Rifa yang telah menjadi pendengar dan teman

diskusi bagi penulis, memberikan support serta doa.

9. Teman-teman Fisika UIN 2014, khususnya Lusti, Ari, Indah, Purnama, Pras,

Millah, Qalisha, Baim, Ojan yang senantiasa memberikan semangat dan

bantuannya kepada penulis.

Penulis telah berusaha agar laporan tugas akhir ini dapat menjadi karya

yang sempurna. Namun demikian, untuk kesempurnaanya penulis mengharapkan

kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa yang akan datang.

Diskusi dan kritik serta saran yang membangun dari pembaca dapat disampaikan

melalui alamat surat elektronik penulis, ilmanuroniah@gmail.com. Penulis

berharap semoga Allah SWT memberkahi laporan tugas akhir ini dan laporan tugas

akhir ini bermanfaat bagi pembaca.

Jakarta, 20 Maret 2018

Penulis

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ..................................................... ii

PENGESAHAN UJIAN ....................................................................................... iii

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. iv

ABSTRAK ............................................................................................................. v

ABSTRACT .......................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR ......................................................................................... vii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii

DAFTAR TABEL............................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1

1.2. Perumusan Masalah .............................................................................. 4

1.3. Batasan Masalah.................................................................................... 5

1.4. Tujuan Penelitian .................................................................................. 5

1.5. Manfaat Penelitian ................................................................................ 6

1.6. Sistematika Penulisan............................................................................ 6

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1 Baterai Ion Lithium ............................................................................... 8

2.2. Anoda Li4Ti5O12 .................................................................................. 10

2.2.1. Tinjauan pustaka terkait penelitian ......................................... 13

x

2.2.2. Bahan Pembentuk Keramik Li4Ti5O12 .................................... 20

2.3. Metode sol gel ..................................................................................... 21

2.3.1. Proses Sol Gel ......................................................................... 23

2.3.2. Kimia Sol Gel ......................................................................... 24

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 27

3.2. Alat dan Bahan Baku .......................................................................... 27

3.2.1. Bahan Baku ............................................................................. 27

3.2.2. Alat .......................................................................................... 28

3.3. Diagram Alir Metode Penelitian ......................................................... 29

3.4. Proses Pembuatan Bahan Uji dan Pengujian ...................................... 32

3.4.1. Proses Pembuatan Slurry......................................................... 32

3.4.2. Proses Pembuatan Lembaran (Coating) .................................. 33

3.4.3. Proses Cutting dan Assemby Coin Cell ................................... 33

3.4.4. Karakterisasi termal menggunakan STA ................................ 34

3.4.5. Analisis Struktur Kristal menggunakan X-Ray Diffraction

(XRD)................................................................................... 35

3.4.6. Scanning morfologi dengan SEM ........................................... 37

3.4.7. Pengujian performa elektrokimia dengan Uji Cyclic Voltametry

(CV) ..................................................................................... 38

3.4.8. Pengujian konduktivitas elektronik dengan Uji EIS ............... 38

3.4.9. Pengujian Kapasitas Baterai dengan Uji Charge-Discharge .. 39

xi

BAB IV PEMBAHASAN

4.1. Hasil dan pembahasan pengujian STA (Simultaneous Thermal

Analysis) ........................................................................................... 40

4.2. Hasil dan pembahasan karakterisasi XRD .......................................... 43

4.3. Hasil dan pembahasan karakterisasi SEM .......................................... 48

4.4. Hasil dan pembahasan pengujian Cyclic Voltammetry ....................... 52

4.5. Hasil dan pembahasan pengujian EIS ................................................. 55

4.6. Hasil dan pembahasan pengujian Charge-Discharge ......................... 58

BAB V KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 62

5.2. Saran .................................................................................................... 63

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 64

LAMPIRAN ......................................................................................................... 69

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Mekanisme ion Lithium selama proses charge dan discharge ....... 9

Gambar 2.2 Struktur kristal Li4Ti5O12 menunjukkan 3 kisi ion lithium: 8a

tetrahedral (kuning), 16c oktahedral (hijau) dan 16d oktahedral

(biru). Atom titanium dan oksigen ditunjukkan oleh bola kecil

berwarna abu-abu dan bola besar berwana merah . ...................... 13

Gambar 2. 3 Kurva XRD Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sintering selama 20 jam,

R= 1: (a) 500oC, (b) 600oC, (c) 700oC dan (d) 800oC. (*) TiO2

Anatase .......................................................................................... 17

Gambar 2. 4 Kurva XRD Li4Ti5O12 pada suhu 800oC dengan variasi waktu (a) 12

jam, (b) 16 jam, (c) 20 jam dan (d) 24 jam. (*) TiO2 Anatase ...... 17

Gambar 2.5 Skema proses sol gel .................................................................... 24

Gambar 3. 1 Diagram Alir Sintesis Material Aktif Li4Ti5O12 ............................ 30

Gambar 3.2 Diagram Alir Pembuatan Baterai .................................................. 31

Gambar 3. 3 Ukuran diameter (a) Anoda LTO, (b) Separator dan (c) Assembling

coin cell ......................................................................................... 34

Gambar 3. 4 Pola difraksi sinar – X oleh bidang kristal [34] ............................ 36

Gambar 3. 5 Interaksi berkas electron dengan sampel. ...................................... 37

Gambar 4. 1 Grafik DTA/TG Li4Ti5O12 ............................................................. 41

Gambar 4. 2 Kurva DTA (hitam) dan Kurva Derivative DTA (Biru) dari prekusor

Li4Ti5O12. ...................................................................................... 42

xiii

Gambar 4. 3 Kurva XRD material Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sintering pada

suhu (a) 500oC, (b) 600 oC, (c) 700 oC dan (d) 800 oC dengan waktu

tahan selama 2 jam. ....................................................................... 44

Gambar 4. 4 Struktur kristal dari (a) Li4Ti5O12 (b) TiO2 Anatase dan (c) TiO2

Rutille. Bola berwarna merah merupakan atom oksigen, bola

berwarna biru atom Titanium dan bola berwarna hijau atom Lithium.

....................................................................................................... 47

Gambar 4. 5 Morfologi sampel Li4Ti5O12 hasil karakterisasi menggunakan SEM

dengan pebesaran 10k SE variasi suhu sintering (a) 500oC, (b) 600

oC, (c) 700 oC, (d) 800 oC. ............................................................. 49

Gambar 4. 6 Morfologi sampel Li4Ti5O12 hasil karakterisasi menggunakan SEM

dengan pebesaran 1k SE variasi suhu sintering (a) 500oC, (b) 600 oC,

(c) 700 oC, (d) 800 oC. ................................................................... 50

Gambar 4. 7 Grafik histogram distribusi ukuran partikel material serbuk

Li4Ti5O12 ....................................................................................... 51

Gambar 4. 8 Grafik Cyclic voltammogram Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter.

....................................................................................................... 53

Gambar 4. 9 Grafik EIS Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter. .......................... 56

Gambar 4. 10 Grafik Charge-Discharge Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter. .. 58

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Senyawa yang biasa digunakan sebagai ligan ................................... 25

Tabel 4. 1 Komposisi fasa Li4Ti5O12 dan TiO2 dengan variasi suhu sinter ........ 46

Tabel 4. 2 Parameter kisi Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter menggunakan

software HIGHSCORE..................................................................... 48

Tabel 4. 3 Parameter kisi Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter menggunakan

software HIGHSCORE..................................................................... 48

Tabel 4. 4 Diameter rata-rata ukuran partikel material Li4Ti5O12 menggunakan

Image-J ............................................................................................. 52

Tabel 4. 5 Hasil perhitungan koefisien difusi ion Li4Ti5O12 dengan variasi waktu

sinter. ................................................................................................ 54

Tabel 4. 6 Hasil perhitungan konduktifitas Li4Ti5O12 dengan variasi waktu sinter.

57

Tabel 4. 7 Data analisis charge-discharge Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter.

59

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan teknologi, kebutuhan akan penyimpanan

energi listrik semakin meningkat. Hampir semua teknologi modern seperti

peralatan portable (handphone, laptop, digital camera, dll), aplikasi medis

implan seperti jantung buatan, atau untuk mengatasi pemanasan global (sepeda

listrik, mobil listrik HEV (Hybrid Electric Vehicles), penyimpan tenaga angin

atau tenaga surya) yang sekarang telah dikembangkan oleh berbagai peneliti

membutuhkan penyimpanan energi listrik yang dapat menunjang kebutuhan

teknologi tersebut [1]. Salah satu bentuk penyimpanan energi listrik ini adalah

baterai.

Baterai lithium dikategorikan menjadi dua kelompok yaitu baterai primer

dan baterai sekunder (rechargeable). Pada baterai primer, lithium metal

digunakan sebagai anoda sedangkan material katoda yang telah digunakan

diantaranya mangan dioksida, carbon fluoride (CFx), dan silver vanadium

dioksida (SVO). Baterai sekunder atau biasanya dikenal sebagai baterai

lithium-ion (Lithium-Ion Battery, LIB) bekerja berdasarkan kemampuan

interkalasi ion Li+ yang berpindah secara terus-menerus diantara anoda dan

katoda selama proses charge-discharge berlangsung [2]. Riset dan

perkembangan baterai ion lithium dimulai pada tahun 1980 di Asahi Chemical

dan mulai dikomersilkan pada tahun 1990 oleh Sony Corporation untuk

Kyocera cellular phone dan camcorder. Sejak saat itu pertumbuhan pasar

2

untuk baterai Li-ion ini mencapai $4 miliyar dolar pada tahun 2005. Hal ini

terjadi karena kelebihan yang dimiliki oleh baterai ion lithium, selain dapat

diisi ulang, baterai ini memiliki densitas energi yang tinggi, berat yang ringan,

tidak terdapat memory effect, siklus hidup yang baik, efesiensi energi yang

tinggi dan high-rate capability yang baik menyebabkan banyaknya

penggunaan baterai ini dalam berbagai aplikasi [3].

Material aktif anoda yang saat ini banyak digunakan adalah grafit

sedangkan untuk material katoda yaitu lithium cobalt oksida (LiCoO2)[2].

Grafit sebagai material anoda memiliki kapasitas spesifik penyimpanan energi

yang sangat besar yaitu 372 mAh/g (850 mAh/cm3) secara perhitungan teori

[3,4,5,6]. Meskipun material ini memiliki kapasitas penyimpanan yang besar,

isu mengenai keamanan dari material ini menjadi semakin serius, diantaranya

terjadi dekomposisi organik elektrolit dan terbentuknya dendrit ion lithium

pada permukaan grafit menyebabkan material ini tidak lagi aman untuk

digunakan. Selain itu, anoda grafit mengalami perluasan volume kisi (9-13%)

selama proses interkalasi ion Li+ akibatnya dapat menurunkan kapasitas

penyimpanan secara drastis selama beberapa siklus pada proses charge-

discharge[5,7,8,9]. Kelemahan ini menyebabkan aplikasi grafit menjadi

terbatas pada baterai li-ion selanjutnya, sehingga diperlukan material pengganti

sebagai alternatif penyimpan energi.

Lithium Titanium Oksida (Li4Ti5O12, LTO) merupakan salah satu kandidat

material pengganti anoda grafit yang menjanjikan. Dengan karakteristiknya

sebagai material “zero-strain insertion compound”, dimana LTO ini memiliki

3

struktur spinel yang kuat sehingga selama proses charge-discharge tidak

mengakibatkan terjadinya perubahan volume kisi. Selain itu, Li4Ti5O12

memiliki tegangan kerja yang stabil sebesar 1,55V vs Li+/Li, sehingga tidak

terjadi pertumbuhan dendrit ion lithium selama proses interkalasi [6,7,10,11].

Tentunya ini menunjukkan bahwa Li4Ti5O12 lebih aman digunakan sebagai

material anoda pengganti grafit. Adapun kelebihan lainnya kapasitas

penyimpanan yang cukup tinggi yaitu 175 mAh/g, tidak mengandung bahan

beracun, kesediannya berlimpah dan harganya relatif murah [7,12]. Namun,

Li4Ti5O12 menunjukkan konduktivitas elektronik yang rendah (dalam kisaran

10-8 sampai 10-13 S cm-1) dan koefisien difusi ion lithium yang rendah sekitar

10-8 sampai 10-13 cm2 s-1, menyebabkan material ini memiliki kemampuan

untuk kondisi high rate selama proses charge-discharge yang juga

rendah[7,8,9]. Terdapat beberapa cara untuk memperbaiki kekurangan dari

LTO ini diantaranya dengan melakukan sintesis dengan metode baru,

melakukan doping dengan ion logam atau nonlogam pada site Li, Ti atau O,

coating karbon, dapat juga dengan menggabungkan ketiganya.

Sebelumnya telah banyak dilakukan penelitian mengenai sintesis

Li4Ti5O12 dengan menggunakan metode solid state reaction, metode ini sangat

banyak digunakan karena pengerjaannya yang mudah dan sederhana.

Pencampuran dilakukan secara mekanik, pada kondisi sintesis (seperti lamanya

waktu sintering dan suhu sintering yang tinggi sekitar 800oC – 1100oC)

membutuhkan jarak difusi yang panjang dari reaktan, akibatnya campuran

kurang homogen, morfologi tidak teratur, ukuran partikel besar, distribusi

4

ukuran partikel yang luas dan kontrol stoikiometri yang rendah [6,8,9,13]. Oleh

karena itu, diperlukan metode lain untuk mensintesis material Li4Ti5O12 salah

satunya dengan menggunakan metode sol-gel. Metode ini dapat menurunkan

suhu sintering, memperkecil ukuran partikel, campuran lebih homogen,

morfologi lebih seragam [6,8,9,13]. Dengan memperkecil ukuran partikel

maka akan mengurangi jalur difusi atom Li+ sehingga diharapkan nilai

konduktivitas elektroniknya dan koefisien difusi ion lithiumnya akan

meningkat.

Dalam penelitian ini, akan dilakukan sintesis dan karakterisasi material

anoda Li4Ti5O12 dengan metode sol-gel. Untuk menentukan suhu optimum

pembentukan fasa Li4Ti5O12, selain itu untuk meningkatkan konduktifitas

elektronik dan koefisien difusi ion lithium. Berdasakan uraian di atas,

penelitian ini mengambil topik Sintesis dan Karakterisasi Li4Ti5O12 dengan

Metode Sol Gel sebagai Material Anoda Baterai Ion Lithium.

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang dipaparkan, maka permasalahan dalam

penelitian ini adalah:

1. Bagaimana pengaruh suhu sinter terhadap pembentukan fasa material

anoda Li4Ti5O12 dengan metode sintesis sol gel?

2. Bagaimana pengaruh suhu sinter terhadap struktur morfologi dan

ukuran partikel serbuk anoda Li4Ti5O12?

5

3. Bagaimana pengaruh suhu sinter terhadap performa elektrokimia

baterai anoda Li4Ti5O12?

1.3. Batasan Masalah

1. Bahan yang digunakan dalam sintesis ini adalah LiOH (sedikit larut dalam

etanol), Titanium (IV) Isopropoxide dan asam sitrat sebagai chelating

agent.

2. Pembahasan struktur hanya meliputi fasa, struktur dan ukuran partikel

sampel.

3. Sintesis dilakukan untuk membentuk material anoda Li4Ti5O12 dengan 4

variasi suhu sintering yaitu pada suhu 500oC, 600oC, 700oC dan 800oC.

4. Sintesis dilakukan dengan menggunakan metode sol gel.

5. Perbandingan LTO : PVDF : Super P = 85 : 10 : 5.

6. Pengujian Charge-Discharge hanya 3 siklus.

7. Pengujian Cyclic Voltametry hanya satu siklus.

1.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan suhu optimum sintering dalam

mensintesis perkusor anoda Li4Ti5O12 dengan menggunakan metode sol gel,

menganalisa pengaruh suhu sinter terhadap pembentukan fasa, struktur

morfologi, ukuran partikel material anoda Li4Ti5O12, dan menganalisa

pengaruh suhu sinter terhadap performa elektrokimia baterai Li-ion.

6

1.5. Manfaat Penelitian

Penelitian ini bermanfaat untuk mendapatkan material anoda Li4Ti5O12

dengan menggunakan metode sol gel dan analisa pengaruh suhu sinter terhadap

pembentukan fasa, struktur morfologi, ukuran partikel material anoda

Li4Ti5O12, serta performa elektrokimia baterai Li-ion.

1.6. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan skripsi ini, penulis membaginya ke dalam

lima bab diantaranya:

BAB I Pendahuluan

Pada bab ini berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah,

batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika

penulisan.

BAB II Tinjauan Pustaka

Bab ini membahas tentang dasar teori baterai, anoda Li4Ti5O12, metode

sol gel serta proses-proses yang perlu dipaparkan literaturnya.

BAB III Metodologi Penelitian

Pada bab ini penulis memaparkan sketsa gambaran rencana penelitian

meliputi lokasi penelitian, daftar bahan dan alat yang digunakan serta

prosedur proses sintesa Li4Ti5O12 dengan menggunakan metode sol gel.

Selain itu, penulis memaparkan rangkaian pengujian untuk mempelajari

karakterisasi sampel hasil sintesa.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

7

Pada bab ini penulis menjelaskan data-data yang diperoleh dari

pengujian karakterisasi. Data-data tersebut meliputi hasil karakterisasi

DTA/TG, XRD, SEM, CV, CD dan EIS.

BAB V Penutup

Bab ini penulis memberikan kesimpulan dari hasil penelitian serta

menyampaikan saran-saran yang diperlukan untuk penelitian lanjutan.

8

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Baterai Ion Lithium

Baterai ion lithium mulai dikembangkan oleh Asahi Kasei Corporation di

Jepang pada tahun 1980 dan pertama kali dikomersialkan oleh Sony

Corporation pada tahun 1990. Kemudian diikuti oleh A&T Battery

Corporation pada tahun 1992, A&T Battery Corporation merupakan

perusahaan gabungan antara Toshiba Battery dan Asahi Kasei Corporation.

Baterai ion lithium memiliki banyak keunggulan diantaranya dapat diisi ulang,

memiliki densitas energi yang tinggi, berat yang ringan, tidak terdapat memory

effect, siklus hidup yang baik, efesiensi energi yang tinggi dan high-rate

capability yang baik menyebabkan banyaknya penggunaan baterai ini dalam

berbagai aplikasi, terutama untuk peralatan portable seperti handphone, laptop

dll [3].

Baterai Lithium adalah baterai yang tersusun dari sel elektrokimia yang

mampu menyimpan dan menghasilkan konversi dari reaksi kimia tidak spontan

(reduksi oksidasi/redoks) menjadi energi listrik. Baterai Lithium dapat dibuat

sebagai baterai primer ataupun sekunder. Keduanya memiliki fungsi dan

karakter yang berbeda. Sebuah baterai primer memiliki kemampuan pakai satu

kali saja, satu kali discharge, sementara baterai sekunder memiliki kemampuan

charge/discharged berulang-ulang [14].

Anoda, elektrolit dan katoda merupakan 3 komponen penting dalam

konfigurasi suatu sel baterai tunggal dengan 1 komponen penting lainnya yaitu

9

separator sebagai faktor penjamin keamanan baterai [14]. Anoda adalah

elektroda negatif dari sel terkait dengan reaksi kimia oksidatif yang

melepaskan elektron ke dalam sirkuit eksternal. Elektrolit adalah bahan yang

menyediakan ionik murni konduktivitas antara elektroda positif dan negative

dari sel. Katoda adalah elektroda positif dari sel terkait dengan reaksi kimia

reduktif yang memperoleh elektron dari sirkuit eksternal. Sedangkan separator

adalah penghalang antara elektroda positif dan negatif dalam sel untuk

mencegah hubungan arus pendek listrik. Separator tersebut bisa menjadi

elektrolit gel atau plastik film microporous atau bahan inert berpori lainnya

yang diisi dengan elektrolit. Separator harus memiliki sifat permeabel untuk

ion dan kondis inert dalam lingkungan baterai [14,15].

Baterai lithium bekerja berdasarkan fenomena interkalasi, ion Li+

bermigrasi dari katoda ke anoda selama proses charging dan sebaliknya dari

anoda ke katoda selama proses discharging [2]. Mekanisme migrasi ion lithium

ketika proses charge/discharge dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut:

Gambar 2.1 Mekanisme ion Lithium selama proses charge dan

discharge [34].

10

Pada proses charging, material katoda mengalami ionisasi sehingga

menghasilkan ion Li+ kemudian bermigrasi ke dalam elektolit menuju anoda,

sedangkan elektron yang diberikan akan bergerak menuju anoda melalui

rangkaian luar. Sebaliknya pada proses discharging, material anoda akan

terionisasi menghasilkan ion Li+ yang akan bermigrasi kembali ke katoda dan

electron yang dihasilkan akan bergerak menuju katoda melalui rangkaian luar.

Berdasarkan prinsip kerja baterai, material anoda dan katoda harus

memiliki karakteristik (1) sebagai konduktor ionik dan elektronik yang baik,

(2) kehilangan ion lithium tidak menyebabkan perubahan struktur selama

proses interkalasi, (3) material harus memiliki tegangan kerja terhadap lithium,

(4) tidak mengalami perubahan dimensi kisi yang besar pada proses insersi ion

Li, (5) memiliki rentang tegangan kerja yang kompatibel dengan rentang

kestabilan reduksi-oksidasi dari elektrolit yang menyertainya [16].

Kemampuan kapasitas penyimpanan energi baterai lithium tergantung

pada banyaknya ion lithium yang tersimpan dalam struktur elektrodanya dan

berapa banyak yang dapat digerakkan selama proses charge dan discharge,

karena jumlah arus elektron yang tersimpan dan tersalurkan sebanding dengan

jumlah ion lithium yang bergerak [14].

2.2. Anoda Li4Ti5O12

Karbon dalam bentuk grafit adalah yang paling banyak digunakan sebagai

material anoda dalam sel baterai Li-ion. Aktivitas elektrokimia grafit

didasarkan pada interkalasi dan deinterkalasi dari ion Li+ dalam struktur

11

berlapis. Meskipun memiliki rapat energi yang tinggi namun kemampuannya

dibatasi oleh difusi ion Li+ yang lambat dalam elektroda bahan. Penyisipan ion

Li ke dalam grafit terjadi pada tegangan rendah yaitu < 1V vs. Li/Li+, pada

tegangan rendah ini, elektrolit kurang stabil sehingga menyebabkan terjadinya

reduksi elektrolit organik yang mengarah pada pembentukan lapisan elektrolit

padat antarmuka (SEI) selama beberapa siklus pada proses charge-discharge.

Terbentuknya lapisan ini menghambat difusi ion Li pada siklus selanjutnya,

akibatnya menurunkan kinerja dan kapasitas baterai [17]. Selain itu pada

kondisi high rate, elektroda grafit dapat terpolarisasi sehingga menyebabkan

terbentuknya dendrit pada permukaan elektroda yang dapat dengan mudah

menembus separator (pemisah berpori) dan menyebabkan terjadinya hubungan

arus pendek internal, sehingga material ini kurang aman untuk digunakan [6].

Untuk itu, diperlukan material pengganti anoda grafit.

Lithium Titanium Oksida (Li4Ti5O12) atau LTO dikenal sebagai material

“zero strain” pada proses interkalasi dan deinterkalasi ion Li+ hanya terjadi

sedikit penyusutan parameter kisi dari 8.3595 Å menjadi 8.3538 Å

mengakibatkan sedikit perubahan volume sel (sekitar 0,2%) [17]. Karena ion

Li+ memiliki ukuran yang sama sebagai kisi dalam struktur LTO, partikel LTO

tidak mengalami perluasan atau penyusutan secara substansial ketika ion

memasuki atau meninggalkan struktur (perubahan dalam radius ion Ti dengan

reaksi redoks mungkin berkontribusi terhadap perubahan volume yang sedikit).

Hal ini membantu menjaga kestabilan struktur LTO dengan sedikitnya partikel

yang mengalami kelelahan/fatigue selama proses charge-dischage,

12

memastikan baterai memiliki siklus hidup yang lebih panjang. LTO memiliki

tegangan kerja yang lebih tinggi yaitu 1.55 V vs Li/Li+, jauh di atas tegangan

untuk pembentukan lapisan elektrolit padat antarmuka (SEI) dan pertumbuhan

dendrit lithium (pada tegangan ~0,8 V), sehingga menjamin keamanan baterai

ketika digunakan [6]. Selain itu, LTO termasuk ke dalam material yang aman,

karena tidak mengandung racun dan relatif lebih murah, serta memiliki

stabilitas termal yang baik. Sehingga menjadi kandidat yang sangat

menjanjikan untuk menggantikan material anoda yang telah berkembang

sebelumnya. Namun, LTO memiliki konduktivitas elektronik yang rendah

pada rentang ~10-8 sampai ~10-13 S cm-1 dan difusi ion lithium yang juga rendah

pada rentang ~10-8 sampai ~10-13 cm2 s

-1 yang sangat membatasi tingkat kerja

baterai[6]. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan dengan mengganti metode

sintesis, melakukan doping, optimalisasi morfologi, coating karbon atau

gabungan semuanya.

Struktur dasar dari Li4Ti5O12 dapat dilihat pada gambar 2.2, Li4Ti5O12

memiliki struktur spinel kubik dengan space group Fd3m dan parameter unit

cell a antara 8.352 Å dan 8.370 Å. Struktur spinel ini memiliki 2 kisi yang

berfungsi sebagai tempat tinggal ion-ion penyusunnya yaitu kisi tetrahedral dan

kisi oktahedral. Pada temperatur ruang, kisi 8a tetrahedral dari Li4Ti5O12

ditempati oleh ion Li+, sementara kisi 16d oktahedral secara acak diduduki oleh

1/6 ion Li+ dan 5/6 ion Ti4+. Semua kisi 32e diduduki oleh atom O, yang

membentuk struktur cubic-close packing atau FCC. Setengah kation lainnya

dari kisi oktahedral dalam struktur cubic-close packing (kisi 16c) dan kedua

13

kisi 8b tetrahedral dan 48F kationik kosong dan cocok untuk penyisipan lithium

dan ekstraksi. Namun, seiring dengan meningkatnya suhu Pecharroman et al.

menunjukkan bahwa dengan menggunakan spektroskopi inframerah ion

lithium dalam kisi 8a tetrahedral dapat beralih ke kisi 16c oktahedral [6].

2.2.1. Tinjauan pustaka terkait penelitian

Penelitian mengenai sintesis LTO dengan struktur nano dilakukan oleh

Shen et al pada tahun 2002 [13] bahan baku yang digunakan diantaranya

tetrabutil titanat [Ti(OC4H9)4], lithium asetat (C2H3O2Li) dan pelarut

isopropil-alkohol. Masing-masing bahan dilarutkan dalam pelarut kemudian

kedua bahan dicampur sampai terbentuk larutan homogen, dibiarkan selama

3 jam dan kalsinasi pada temperatur berbeda (400-800oC) selama 4 jam.

Hasil analisa termal dan XRD menunjukkan bahwa serbuk LTO memiliki

Gambar 2.2 Struktur kristal Li4Ti5O12 menunjukkan 3 kisi ion lithium: 8a

tetrahedral (kuning), 16c oktahedral (hijau) dan 16d oktahedral (biru). Atom titanium

dan oksigen ditunjukkan oleh bola kecil berwarna abu-abu dan bola besar berwana

merah [6].

14

struktur spinel dengan parameter kisi a= 8,368 Å, impuritas TiO2 menurun

seiring dengan kenaikan suhu. Hasil analisa TEM diperoleh ukuran rata-rata

partikel LTO 100 nm. Selain itu, performa elektrokimia yang dihasilkan

berdasarkan pengujian Cyclic Voltammetry puncak oksidasi dan reduksi

meningkat seiring dengan kenaikan suhu, yang menandakan bahwa proses

ekstrasi dan insersi ion Li berjalan dengan baik. Kapasitas yang dihasilkan

pada siklus pertama juga sangat besar yakni 272 mAh/g untuk suhu 800oC.

Pada tahun 2005 Hao et al [18] melakukan penelitian sintesis LTO

dengan metode sol gel, bahan baku yang digunakan diantaranya tetrabutil

titatanat [Ti(OC4H9)4], litium karbonat (Li2CO3) dan asam sitrat (C2H2O4)

sebagai chelating agent. Masing-masing bahan dilarutkan dalam alkohol

sehingga terbentuk larutan A (Li2CO3 + Alkohol), larutan B ([Ti(OC4H9)4]

+ alkohol) dan larutan C (C2H2O4+ alkohol), perbandingan massa molar

asam sitrat dengan ion logam, R = 1:2. Setelah itu, larutan A dicampurkan

dengan larutan B sambil terus diaduk sampai terbentuk sol, kemudian

tambahkan larutan C ke dalam larutan AB lalu diaduk selama 5 jam sampai

terbentuk gel transparan. Gel dikeringkan pada suhu 80oC selama 6 jam,

kemudian dipanaskan pada suhu 700oC selama 5 jam untuk dekomposisi

komponen organik. Setelah itu, prekusor dikalsinasi pada suhu 800oC dan

850 oC selama 20 jam (terbentuk LTO A). Selain itu, dibuat prekusor dengan

penambahan Li 8% mol dan perbandingan massa molar asam sitrat dengan

ion metal, R = 1:3. Kemudian dikalsinasi pada suhu 850oC selama 24 jam

(terbentuk LTO B).

15

Hasil karakterisasi menggunakan XRD, serbuk LTO memiliki struktur

spinel face center cubic dengan space group Fd3m, parameter kisi a = 8,364

Å, pada sampel dengan suhu kalsinasi 800 oC selama 20 jam masih terdapat

impuritas TiO2, sedangkan kurva XRD sampel 850 oC selama 24 jam

menunjukkan terbentuknya LTO murni. Hasil karakterisasi FT-IR

menunjukkan bahwa puncak intensitas absorpsi sampel 800 oC lebih rendah

dibandingkan dengan sampel 850 oC. Selain itu terdapat pelebaran puncak

absorpsi pada sampel 800 oC hal ini mengindikasikan bahwa ikatan Ti – O

sangat lemah. Sehingga, hasil ini sesuai dengan hasil XRD bahwa ikatan Ti

– O yang kuat dan kristalinitas yang tinggi terbentuk seiring dengan

kenaikan suhu dan lamanya waktu kalsinasi. Hasil SEM menunjukkan

bahwa LTO B memiliki morfologi yang seragam dengan ukuran rata-rata

partikel sebesar 500 nm dan tidak terjadi aglomerasi.

Dalam metode sol gel berbasis asam sitrat, pengkompleksan ligan

memiliki efek besar terhadap fasa dengan kemurnian tinggi dan oksida

anorganik stoikiometri yang baik sehingga mempengaruhi performa

elektrokimia dari produk. Asam sitrat memiliki peran yang sangat penting,

pertama sebagai zat pengkelat dalam sol gel. Kelompok karboksilat yang

ada dalam asam sitrat membentuk ikatan kimia dengan ion Li dan Ti secara

bersamaan untuk membentul sol yang homogen, sehingga memperoleh

pencampuran molekuler bahan awal dengan stoikiometri yang baik. Kedua,

chelating agent bertindak sebagai bahan bakar organik selama proses

pembentukan transisi serbuk ion metal oksida, dekomposisi kompleks

16

logam pada suhu rendah. Panas yang dihasilkan dalam pembentukan gel,

mempercepat proses nukleasi selesai di awal tahap sol gel, yang mengarah

pada distribusi ukuran sempit serbuk LTO. Ketiga, sebagai zat pelindung

pada saat perlakuan panas melindungi partikel baru yang terbentuk dari

kontak satu sama lain sehingga tidak terjadi aglomerasi. Performa

elektromikia yang dihasilkan, kapasitas discharge pertama sebesar167

mAh/g dan kapasitas charge sebesar 151 mAh/g. Hasil pengujian Cyclic

Voltammetry untuk LTO menunjukkan bahwa tegangan kerja pada rentang

1,5 – 1,7 V (versus Li) terdapat sepasang puncak redoks reversible yang

sesuai dengan proses interkalasi dan de-interkalasi pada oksida spinel LTO.

Hao et al pada tahun 2006 [19] melakukan sintesis material anoda LTO

menggunakan metode sol gel dengan bahan baku lithium karbonat (Li2CO3)

dan tetrabutil titanat [Ti(OC4H9)4], asam oksalat sebagai chelating agent dan

alkohol sebagai pelarut. Dalam penelitian ini dilakukan beberapa variasi

diantaranya komposisi perbandingan massa molar asam oksalat terhadap

titanium R= 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 dan 1,5, suhu sintering (500,600,700

dan 800 oC) selama 20 jam dan variasi waktu sintering (12 jam, 16 jam, 20

jam dan 24 jam) pada suhu 800oC.

Hasil karakterisasi analisa termal (DTA-TG) dan XRD menunjukkan

bahwa serbuk memiliki struktur spinel kubik dengan space group Fd3m,

impuritas berkurang seiring dengan kenaikan suhu sintering dan lamanya

waktu sintering. LTO murni diperoleh pada suhu sintering 800oC selama 16

jam.

17

Selain itu, dari hasil analisa SEM didapatkan morfologi yang seragam

dengan rata-rata ukuran partikel 200 nm dengan sedikit agglomerasi.

Komposisi chelating agent sangat berpengaruh terhadap morfologi partikel

yang dihasilkan. Performa elektrokimia baterai yang dihasilkan

menunjukkan tegangan kerja yang dihasilkan sesuai dengan penelitian

sebelumnya yakni di 1,5 V dengan kapasitas charge-discharge pada siklus

pertama sebesar 171 mAh/g, setelah 35 siklus kapasitasnya sebesar 150

mAh/g pada kondisi sintering 800oC selama 20 jam dengan massa molar

R=1.

Komposit Li4Ti5O12/graphene telah dibuat melalui metode sol gel oleh

Xiang et al [20] pada tahun 2011. Bahan baku yang digunakan diantaranya

tetrabutil titanate [Ti(OC4H9)4], litium asetat (C2H3O2Li), lembaran

graphene dan etanol sebagai pelarut dengan perbandingan Li:Ti = 4:5.

Gambar 2. 3 Kurva XRD Li4Ti5O12 dengan

variasi suhu sintering selama 20 jam, R= 1:

(a) 500oC, (b) 600oC, (c) 700oC dan (d)

800oC. (*) TiO2 Anatase

Gambar 2. 4 Kurva XRD Li4Ti5O12

pada suhu 800oC dengan variasi waktu

(a) 12 jam, (b) 16 jam, (c) 20 jam dan

(d) 24 jam. (*) TiO2 Anatase

18

Masing – masing bahan dilarutkan dalam etanol, kemudian dicampurkan

dan diaduk sampai terbentuk sol, kemudian dikeringkan pada suhu 120oC

selama 10 jam dan gel yang terbentuk dikalsinasi pada suhu 800oC selama

12 jam yang dialirkan gas nitrogen. Sebagai perbandingan, dibuat LTO

murni tanpa graphene.

Hasil XRD menunjukkan bahwa kedua sampel memiliki kurva yang

mirip dan tidak terdapat impuritas yakni LTO murni dan LTO/graphene

keduanya memiliki fasa tunggal struktur kubik dengan space group Fd3m.

Hasil karakterisasi SEM menunjukkan bahwa LTO murni memiliki ukuran

rata-rata partikel 200-800 nm, sedangkan LTO/graphene memiliki ukuran

rata-rata partikel kurang dari 100 nm. Hal ini menunjukkan bahwa lembaran

graphene dalam proses sol gel membantu menekan agregasi partikel LTO

dibawah temperature tinggi. Performa elektrokimia ditunjukkan oleh

tingginya kapasitas saat charge-discharge yang dimiliki oleh

LTO/graphene, terutama pada saat kondisi kecepatan arus tinggi dan

memiliki performa siklus yang lebih baik diandingkan dengan LTO murni.

Pada saat discharge menuju 0 V, kapasitasnya cukup tinggi dari 430 mAh/g.

Hal ini menunjukkan kapasitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan LTO

murni terutama pada rentang 1,0 – 0 V, hal ini cukup menguntungkan tidak

hanya densitas energy yang tinggi namun menunjukkan karakteristik

keamanan baterai lithium.

Wang et al 2011 [7] melakukan penelitian sintesis LTO dengan metode

sol gel dan pelapisan karbon, bahan baku yang digunakan diantaranya

19

tetrabutil titatanat [Ti(OC4H9)4], litium asetat dehidrat (CH3COOLi·2H2O)

dan asam sitrat (C2H2O4) sebagai sumber karbon. Masing-masing bahan

dilarutkan dalam etanol sehingga terbentuk larutan A (CH3COOLi·2H2O +

etanol), larutan B ([Ti(OC4H9)4] + etanol) dan larutan C (C2H2O4+ etanol),

perbandingan massa molar asam sitrat dengan titanium, R = 1:12, 1:6, 1:4.

Setelah itu, larutan A dicampurkan dengan larutan B sambil terus diaduk

sampai terbentuk larutan kuning transparan, kemudian tambahkan larutan C

ke dalam larutan AB lalu diaduk selama 20 jam sampai terbentuk gel

transparan. Gel dikeringkan pada suhu 100oC selama 10 jam, kemudian

dikalsinasi pada suhu 800oC selama 15 jam.

Hasil XRD menunjukkan bahwa jumlah asam sitrat tidak

mempengaruhi pembentukan fasa dari LTO. Tidak adanya karbon dalam

pola XRD dikaitkan dengan kandungan rendah atau struktur amorfnya.

Selain itu, dengan meningkatkan jumlah asam sitrat pada prekursor,

penurunan intensitas puncak difraksi komposit LTO /C menunjukkan bahwa

karbon dalam komposit mungkin berada di site amorf.

Hasil SEM menunjukkan bahwa semua sampel partikel halus tanpa

seragam dengan ukuran di kisaran 200-700 nm. Beberapa partikel

dikumpulkan ke dalam sub-mikron berukuran partikel. Selain itu,

permukaan partikel LTO tidak halus, karena partikel karbon halus

terdistribusi di permukaan partikel LTO.

20

2.2.2. Bahan Pembentuk Keramik Li4Ti5O12

2.2.2.1. Lithium Hidroksida (LiOH)

Lithium Hidroksida merupakan senyawa anorganik dengan rumus

kimia LiOH, memiliki bentuk berupa serbuk berwarna putih dan

bersifat higroskopis. Senyawa ini memiliki berat molekul 23,947

mol/gr dengan massa jenis 2,54 g/cm3, titik lebur pada suhu 450oC dan

pH sebesar 14. Dekomposisi dengan pemanasan di atas suhu 923,9 oC

dapat menghasilkan gas beracun. Selain itu, senyawa ini bersifat larut

dalam air namun sedikit larut dalam ethanol. Senyawa LiOH bereaksi

keras dengan asam, bersifat korosif terhadap alumunium, seng dan

timah [21].

2.2.2.2. Titanium (IV) Isopropoxide (C12H28O4Ti)

Titanium (IV) Isopropoxide merupakan senyawa alkoksida dengan

bentuk liquid berwarna kuning dengan berat molekul 284,26 g/mol,

densitas 0,97 g/cm3, titik lebur pada suhu 14oC. Senyawa ini

terdekomposisi pada suhu 104oC, larut dalam ethanol, benzene dan

kloroform. Senyawa ini biasanya digunakan sebagai prekusor untuk

preparasi TiO2 [22].

2.2.2.3. Asam Sitrat (C6H8O7)

Asam sitrat adalah senyawa berupa serbuk kristal berwarna putih,

memiliki berat molekul 192,123 g/mol, titik lebur pada suhu 153oC.

21

Senyawa ini bersifat larut dalam air, ethanol, ether dan ethyl acetate.

Namun, tidak larut dalam benzene dan kloroform [23].

2.2.2.4. Ethanol (C2H5OH)

Ethanol adalah senyawa kimia dengan bentuk liquid tidak

berwarna, memiliki berat molekul 46, 0414 g/mol, titik didih 78oC, titik

lebur -114,1oC. Etanol memiliki sifat mudah terbakar dan menguap

[24].

2.3. Metode sol gel

Sol gel merupakan salah satu teknik sintesis kimia yang telah

dikembangkan dan telah diaplikasikan untuk sintesis berbagai bahan secara

luas dengan kontrol morfologi yang lebih baik, tingkat kemurnian yang tinggi,

ukuran partikel yang kecil, dan tidak terjadi pelebaran distribusi partikel

dibandingkan dengan metode solid state [6,8,13,17].

Koloid adalah suatu suspensi yang mana fasa terdispersinya sangat kecil

berukuran ~1-1000 nm dalam suatu medium pendispersi, dimana pengaruh

gaya gravitasi diabaikan dan interaksi antara fasa terdispersi dan medium

pendispersi didominasi oleh gaya yang bekerja pada jarak dekat seperti gaya

van der Waals dan muatan permukaan. Inersia dari fasa terdispersi cukup kecil

sehingga memperlihatkan gerak Brownian atau difusi Brownian yaitu gerak

acak yang disebabkan oleh momentum yang dihasilkan dari tumbukan

antarmolekul dalam medium [25].

22

Beberapa jenis koloid yang dapat digunakan untuk menghasilkan polimer

atau partikel yang selanjutnya dapat menghasilkan material keramik, antara

lain [25]:

Sol adalah sebuah suspensi koloid dari partikel padat dalam cairan.

Aerosol yaitu suspensi koloid dalam gas, jika partikelnya cair disebut fog dan

jika partikelnya padat disebut asap atau smoke.

Emulsion yaitu suspensi koloid dari partikel cair dalam cairan.

Gel terdiri dari jaringan padat berpori tiga dimensi dan mendukung fase

cairan kontinu (gel basah). Di sebagian besar sistem sol-gel untuk sintesis

bahan oksida, gelasi (yaitu pembentukan dari gel) disebabkan karena

pembentukan ikatan kovalen antara partikel sol. Formasi gel bisa reversibel

saat ikatan lainnya dilibatkan, seperti kekuatan van der Waals atau ikatan

hidrogen. Struktur jaringan gel sebagian besar tergantung pada ukuran dan

bentuk partikel sol [26]. Jika jaringan padat yang terbentuk dihasilkan dari

koloid partikel padat, maka gel disebut koloidal, sedangkan jaringan padat

yang terbentuk dihasilkan dari unit kimia sub-koloid maka disebut gel

polimerik.

Istilah “gel” mencakup berbagai kombinasi zat yang diklasifikasikan ke

dalam empat kategori seperti yang dibahas oleh Flory[2]: 1) struktur lamellar

yang teratur; 2) jaringan polimer kovalen; 3) jaringan polimer yang terbentuk

akibat agregasi secara fisik, umumnya tidak teratur; 4) struktur partikel yang

tidak teratur [27].

23

Metode sintesis menggunakan sol gel untuk material berbasis oksida

berbeda-beda bergantung prekusor dan bentuk produk akhir, baik itu berupa

powder, film, aerogel atau serat. Struktur dan sifat fisik gel sangat bergantung

pada beberapa hal diantaranya [28]:

Pemilihan bahan baku material

Laju hidrolisis dan kondensasi

Modifikasi kimiawi dari sistem sol gel

2.3.1. Proses Sol Gel

Dalam proses sol gel, bahan baku pertama tersebar di pelarut dan

hidrolisis dilakukan dalam cara yang terkontrol untuk menghasilkan sol dan

untuk menghasilkan struktur spasial gel tertentu melalui proses aging. Saat

pembentukan gel terjadi reaksi kondensasi, baik alkohol atau air yang

menghasilkan oxygen bridge (jembatan oksigen) untuk mendapatkan metal

oksida. Gel kemudian kering dan menghasilkan produk dengan komposisi

yang diinginkan. Karena proses sol-gel memungkinkan reaktan dicampur

secara homogen pada tingkat molekuler, suhu pembentukan untuk komposit

fase-murni dapat berkurang secara signifikan. Akibatnya, produk memiliki

ukuran partikel ultrafine dan area permukaan yang tinggi [6]. Skema proses

sol gel dapat dilihat pada gambar 2.3 sebagai berikut:

24

2.3.2. Kimia Sol Gel

Kimia sol gel didasarkan pada proses hidrolisis dan kondensasi. Dalam

proses sol gel, prekusor yang digunakan untuk preparasi sebuah koloid

terdiri dari unsur metal atau metalloid yang memiliki ligan organic yang

terikat disekelilingnya. Ligan adalah ion atau molekul yang mengelilingi

logam dalam ion kompleks. Alkoksida adalah prekusor yang banyak

digunakan dalam proses sol gel, karena dapat mengontrol hidrolisis dan

kondensasi. Alkoksi ini merupakan ligan yang dibentuk karena pelepasan

sebuah proton dari gugus hidroksil dalam alkohol, contoh metoksi (⋅ 𝐎𝐂𝐇𝟑)

dan etoksi (⋅ 𝐎𝐂𝟐𝐇𝟓). Alkil adalah ligan yang dibentuk oleh pelepasan

Gambar 2.5 Skema proses sol gel.

25

proton (satu atom hydrogen) dari molekul alkana seperti metil (⋅ 𝐂𝐇𝟑) atau

etil (⋅ 𝐂𝟐𝐇𝟓). Daftar senyawa yang biasanya digunakan sebagai ligan dapat

dilihat pada tabel berikut ini:

Tabel 2. 1 Senyawa yang biasa digunakan sebagai ligan [25]

Alkyl Alkoxy

Methyl ⋅ 𝑪𝑯𝟑 Methoxy ⋅ 𝑶𝑪𝑯𝟑

Ethyl ⋅ 𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟑 Ethoxy ⋅ 𝑶𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟑

n-propyl ⋅ 𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟑 n-propoxy ⋅ 𝑶𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟑

iso-propyl (𝑯𝟑𝑪(⋅ 𝑪)𝑯𝑪𝑯𝟑 iso-propoxy (𝑯𝟑𝑪(⋅ 𝑶)𝑯𝑪𝑯𝟑

n-butyl ⋅ 𝑪𝑯𝟐(𝑪𝑯𝟐)𝟐𝑪𝑯𝟑 n-butoxy ⋅ 𝑶𝑪𝑯𝟐(𝑪𝑯𝟐)𝟐𝑪𝑯𝟑

sec-butyl 𝑯𝟑𝑪(⋅ 𝑪)𝑯𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟑 sec-butoxy 𝑯𝟑𝑪(⋅ 𝑶)𝑯𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟑

Sec-butyl ⋅ 𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯(𝑪𝑯𝟑)𝟐 Sec-butoxy ⋅ 𝑶𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯(𝑪𝑯𝟑)𝟐

Tert-butyl ⋅ 𝑪(𝑪𝑯𝟑)𝟑 Tert-butoxy ⋅ 𝑶𝑪(𝑪𝑯𝟑)𝟑

Acetylacetonate 𝑯𝟑𝑪𝑶𝑪(⋅ 𝑶)𝑪𝑯𝟐(⋅ 𝑶)𝑪𝑶𝑪𝑯𝟑

Acetate ⋅ 𝑶𝑶𝑪𝑪𝑯𝟑

Menurut Iler, polimerisasi sol gel terjadi dalam tiga tahap [29]:

Polimerisasi monomer-monomer membentuk partikel

Penumbuhan partikel

Pengikatan partikel membentuk rantai, jaringan yang terbentuk akan

diperpanjang dalam medium cairan, mengental menjadi suatu gel.

Gelation atau gelasi merupakan proses pembentukan gel dari partikel

koloid yang terkondensasi membentuk ikatan jaringan tiga dimensi.

Karakteristik fisik dari jaringan gel sangat bergantung pada ukuran partikel

dan luasnya ikatan sebelum terjadi gelasi. Pada gelasi, viskositas meningkat

tajam, dan benda padat dihasilkan dalam cetakan [27].

26

Proses aging atau disebut juga sebagai syneresis merupakan proses

penyusutan dari jaringan gel. Dalam proses ini terjadi beberapa proses yang

dapat dikategorikan ke dalam 3 proses yaitu polimerisasi, coarsening

(pematangan) dan transformasi fasa. Pada proses pematangan ini, terjadi

reaksi pembentukan jaringan gel yang lebih kaku, kuat, dan menyusut di

dalam larutan. Dalam proses ini mempertahankan objek cast untuk jangka

waktu tertentu, berjam-jam sampai berhari-hari, benar-benar tenggelam

dalam cairan. Selama proses pematangan, polikondensasi berlanjut

bersamaan dengan lokalisasi larutan dan represipitasi jaringan gel, yang

mana meningkatkan ketebalan leher antarpartikel dan porositas menurun.

Kekuatan gel meningkat seiring bertambahnya waktu [27,28].

Proses selanjutnya adalah proses pengeringan gel, selama pengeringan

cairan dikeluarkan dari jaringan pori yang saling terkait. Tekanan kapiler

yang besar dapat berkembang selama pengeringan saat pori-pori tersebut

kecil (<20 nm). Tekanan ini akan menyebabkan gel menjadi retak secara

katastrofis kecuali proses pengeringannya dikendalikan oleh penurunan

energi permukaan cair oleh penambahan surfaktan atau eliminasi pori-pori

yang sangat kecil (metode 1), dengan penguapan kritis, yang menghindari

antarmuka padat-cair (metode 2), atau dengan memperoleh ukuran pori

monodisperse dengan mengendalikan laju hidrolisis dan kondensasi

(metode 3).

27

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu

Pengetahuan Indonesia (LIPI) kawasan Puspitek Serpong, Tangerang.

Penelitian ini dilakukan dari bulan November 2017 – Mei 2018.

3.2. Alat dan Bahan Baku

3.2.1. Bahan Baku

Dalam penelitian ini, pembuatan material anoda Li4Ti5O12

menggunakan bahan baku Pro Analysis diantaranya serbuk Lithium

Hidroksida (LiOH), Merck Germany; Titanium (IV) Isopropoxide atau

TTIP (C12H28O4Ti), Sigma Aldrich; Asam Sitrat (C6H8O7), Sigma Aldrich

sebagai chelating agent, dan ethanol (C2H5OH), Merck Germany sebagai

pelarut. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode sol gel.

Untuk membuat lembaran elektroda digunakan bahan tambahan selain dari

material aktif Li4Ti5O12 yaitu PVDF, super P dan pelarut DMAC.

Sedangkan untuk pembuatan coin cell bahan yang digunakan diantaranya

litium metal, elektrolit LiPF6, dan satu set coin cell.

28

3.2.2. Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya sebagai berikut:

1. Beaker Glass

2. Timbangan digital

3. Spatula

4. Mortar dan pesstle

5. Pipet Tetes

6. Magnetic Stirer

7. Hot Plate

8. Furnace

9. Oven

10. Crucible

11. Doctor Blade

Alat karakterisasi yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya:

1. XRD, Rigaku tipe SmartLab 3 kW

2. SEM, Hitachi SU3500

3. Uji Cyclic Voltammetry, WonAtech WBCS3000, Korea

4. Uji Charge – Discharge sel baterai, WonAtech WBCS3000,

Korea

5. Electrochemical Impedance Spectroscopy

29

3.3. Diagram Alir Metode Penelitian

Proses sintesis material keramik Li4Ti5O12 dilakukan dengan

menggunakan metode sol gel menurut reaksi:

4LiOH + 5C12H28O4Ti + 79O2 → Li4Ti5O12 + 60CO2 + 72H2O

Dalam penelitian ini, proses sintering material Li4Ti5O12 dilakukan pada

variasi suhu yang berbeda yaitu pada suhu 500oC, 600oC, 700oC dan 800oC.

Penentuan suhu tersebut diperoleh dari hasil pengujian analisa termal

(DTA/TG). Adapun diagram alir penelitian ini ditampilkan pada gambar 3.1

dan 3.2:

30

Gambar 3. 1 Diagram Alir Sintesis Material Aktif Li4Ti5O12

Mulai

Larutan A

LiOH + Etanol

250 rpm T= 320C dan t = 1

jam

Perhitungan Stoikiometri dan bahan

ditimbang

Larutan B

C12H28O4Ti + Etanol

250 rpm T= 320C dan t = 1

jam

Larutan A + B (Sol) + Asam sitrat

Gel

Gel dikeringkan, T=80oC dan digerus

Prekusor

Li4Ti5O12

Sintering pada suhu 500,

Co600, 700 dan 800

selama 2 jam

Pengujian

DTA/TG

Digerus dan disaring 200 mesh

Material Aktif

Li4Ti5O12

Uji XRD dan

SEM

31

Gambar 3.2 Diagram Alir Pembuatan Baterai

Disiapkan material aktif Li4Ti5O12

dan bahan tambahan yang

digunakan

Material aktif:

a. LTO 500oC

b. LTO 600oC

c. LTO 700oC

d. LTO 800oC

Pembuatan Slurry:

Material Aktif = 85%

PVDF = 10%

Super P = 5%

Coating

Cutting

Assembly

Baterai Coin cell Uji CV, CD dan

EIS

Selesai

32

3.4. Proses Pembuatan Bahan Uji dan Pengujian

Pada penelitian ini dilakukan sintesis material keramik Li4Ti5O12 dengan

menggunakan metode sol gel, bahan baku yang digunakan diantaranya litium

hidroksida (LiOH), titanium (IV) isopropoxide (C12H28O4Ti), asam sitrat

(C2H2O4) sebagai chelating agent dan etanol sebagai pelarut. Berdasarkan

stoikiometri di atas maka untuk membuat 10 gram serbuk LTO diperlukan

2,0883 gr LiOH, 30,9552 gr Titanium (IV) Isopropoxide dan 200 ml etanol

untuk melarutkan masing-masing bahan (100 ml). Masing-masing bahan

dilarutkan dalam etanol menggunakan magnetic bar pada hot plate dengan

kecepatan stirrer 250 rpm selama 1 jam, sehingga terbentuk larutan A (LiOH +

etanol) dan larutan B (C12H28O4Ti + etanol). Setelah itu, larutan A dicampurkan

dengan larutan B sambil terus diaduk sampai terbentuk sol, kemudian

tambahkan asam sitrat ke dalam larutan AB lalu diaduk selama 3 jam sampai

terbentuk gel. Gel dikeringkan pada suhu 80oC selama 2 hari, kemudian

disintering pada suhu 500oC, 600oC, 700oC dan 800oC selama 2 jam.

3.4.1. Proses Pembuatan Slurry

Pembuatan slurry anoda LTO menggunakan perbandingan komposisi

material aktif (LTO) 85%, PVDF 10% dan super P 5% dari total 1 gram

material aktif. Digunakan pelarut DMAC sebanyak 2 ml agar bahan dapat

tercampur dengan homogen. Pertama, menimbang bahan-ahan yang

diperlukan dan pelarut dipanaskan sambil diaduk menggunakan magnetic

bar di atas hot plate dengan suhu disetting pada 70oC/250 rpm. Kemudian

33

setelah 15 menit, PVDF dimasukkan sedikit demi sedikit ke dalam pelarut

yang telah dipanaskan dan tunnggu 15 menit sampai larutan menjadi

homogen. Setelah itu, ditambahkan super P dan tunggu kembali selama 15

menit. Terakhir, dimasukkan material aktif LTO dan tunggu selama 30

menit sampai larutan mengental dan homogen.

3.4.2. Proses Pembuatan Lembaran (Coating)

Coating merupakan proses pelapisan slurry anoda ke lembaran Cu-foil.

Proses ini dimulai dengan meletakkan Cu-foil ke Automatic Thick Film

Coater, kemudian dinyalakan tombol vakum pada mesin. Cu-foil

dibersihkan dengan menggunakan etanol dan ketebalan celah doctor blade

disetting sebesar 300 μm. Slurry dituangkan di atas permukaan Cu-foil dan

doctor balde digeser dengan kecepatan pendorong disetting pada 6

cm/menit. Setelah proses pelapisan selesai, lembaran hasil coating

dikeringkan pada suhu 60oC dan setelah kering disimpan di dalam oven

bersuhu 50oC.

3.4.3. Proses Cutting dan Assembly Coin Cell

Lembaran anoda yang telah kering kemudian dipotong berbentuk

lingkaran dengan diameter 1,6 cm dan diameter separator sebesar 1,9 cm.

Assembling coin cell dilakukan di dalam glove box agar dalam keadaan

vacum, sehingga tidak terjadi reaksi dengan udara luar. Assembling ini

dilakukan setengah sel menggunakan litium metal dan LTO. Adapun proses

assembling coin cell ini dpat dilihat pada gambar 3.3:

34

3.4.4. Karakterisasi termal menggunakan STA

Karakteristik termal sering digunakan untuk menjelaskan teknik

eksperimen analitik yang menyelidiki perilaku sampel sebagai fungsi

temperature. Kegunaan analisa termal adalah untuk mengkarakterisasi,

secara kuantitatif dan kualitatif sifat berbagai macam material pada range

temperature tertentu. Apabila material dipanaskan dengan laju pemanasan

tetap maka akan terjadi prubahan kimia, seperti oksidasi dan degradasi, atau

perubahan fisika, seperti transisi gelas pada polimer, konversi/inversi pada

keramik dan perubahan fasa pada logam.

Karakterisasi termal ini dilakukan dengan menggunakan metode

pengujian DTA (Differential Thermal Analysis) dan TGA

(Thermogravimetry Analysis). Dari pengujian ini dapat diketahui suhu

sintering dari material anoda Li4Ti5O12, suhu sintering yang dipilih akan

1,6 cm

1,9 cm

(a)

(b)

(c)

Gambar 3. 3 Ukuran diameter (a) Anoda LTO, (b) Separator dan (c) Assembling

coin cell

35

mempengaruhi kualitas struktur kristal yang terbentuk. Alat yang digunakan

yaitu STA (Simultaneous Thermal Analysis), DTA-TGA dilakukan pada

kisaran suhu 30 ˚C sampai 1.000 ˚C dengan laju kenaikan suhu 10 ˚C per

menit.

3.4.5. Analisis Struktur Kristal menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)

Difraksi sinar-X merupakan salah satu pengujian tidak merusak (Non

Destructive) yang digunakan untuk mengetahui sejauh mana fasa yang kita

inginkan terbentuk atau fasa lain yang tidak diharapkan, selain itu dapat

diketahui struktur kristal dan parameter kisi dari sampel.

Puncak difraksi sinar-x dihasilkan oleh interferensi konstruktif dari

sinar-X monokromatik yang tersebar pada sudut tertentu dari setiap

rangkaian bidang kisi dalam sampel. Intensitas puncak ditentukan oleh

distribusi atom dalam kisi. Akibatnya, pola difraksi sinar-X menjadi sidik

jari dari susunan atom periodik yang diberikan bahan. Sinar-X ini dihasilkan

oleh tabung sinar katoda, sinar ini akan difilter untuk menghasilkan radiasi

monokromatik, kemudian sinar tersebut diarahkan ke sampel. Interaksi sinar

dengan sampel menghasilkan interferensi konstruktif (dan sinar terdifraksi)

bila kondisinya memenuhi hukum Bragg:

n𝜆 = 2𝑑𝑠𝑖𝑛𝜃, n= 1,2,3,..

36

dimana n adalah bilangan bulat, λ adalah panjang gelombang sinar-x, d adalah

jarak antarplanar menghasilkan difraksi, dan 𝜃 adalah sudut difraksi.

Hukum ini menghubungkan panjang gelombang radiasi

elektromagnetik dengan sudut difraksi dan jarak kisi dalam sampel kristal.

Sinar-X yang terdifraksi ini kemudian dideteksi, diproses, dan dihitung.

Dengan memindai sampel melalui kisaran sudut 2𝜃, memungkinkan semua

arah difraksi dari kisi harus dicapai karena orientasi bahan acak. Konversi

puncak difraksi untuk jarak d memungkinkan identifikasi senyawa karena

setiap senyawa memiliki jarak d yang unik. Hal ini dicapai dengan

perbandingan jarak d dengan standar pola referensi.

Gambar 3. 4 Pola difraksi sinar – X oleh bidang kristal [35]

37

3.4.6. Scanning morfologi dengan SEM

Pengujian dengan menggunakan alat Scanning Electron Microscope

(SEM) digunakan untuk mengamati morfologi (sifat permukaan) dari

sampel seperti bentuk partikel dan ukuran partikel. Selain itu, pada SEM

yang dilengkapi dengan EDX dapat ditentukan pula komposisi internal dari

partikel. SEM bekerja dengan memanfaatkan hamburan balik electron,

interaksi berkas elektron dengan permukaan sampel dapat dilihat pada

gambar 4.2 sebagai berikut:

Dengan menggunakan SEM diperoleh gambar yang diperbesar dengan

memindai sinar elektron primer yang berasal dari elekton gun (perangkat

yang menghasilkan elektron dan dilengkapi dengan detector yang

digunakan untuk mendeteksi elektron yang dihasilkan, yang mungkin

merupakan elektron sekunder yang dipancarkan oleh sampel atau

memantulkan elektron yang mengalami perubahan arah di dalam sampel.

Gambar 3. 5 Interaksi berkas elektron dengan sampel.

38

SEM dapat melihat tiga dimensi struktur permukaan material dengan

resolusi tinggi.

3.4.7. Pengujian performa elektrokimia dengan Uji Cyclic Voltametry (CV)

Cyclic Voltammetry menjadi pengujian pertama untuk mengetahui

performa elektrokimia dari baterai. Pada tahap ini sel dihubungkan dengan

Battery Cycler yang merupakan gabungan dari alat potentiostatic dan

galvanostatic. Tegangan sel sebagai input, dinaikturunkan secara bergantian

pada rentang 0,75-2,8 Volt dengan kecepatan pindai/ scan rate 0.12 mV/s

dan besarnya arus listrik yang mengalir sebagai output dicatat. Dengan

memindahkan data tegangan dan arus pada setiap waktu yang sama akan

didapatkan cyclic voltammogram. Dari hasil pengujian ini dapat diketahui

reversibilitas proses redoks yang terjadi, sehingga dapat ditentukan

besarnya koefisien difusi ion Li.

3.4.8. Pengujian konduktivitas elektronik dengan Uji EIS

Impedansi adalah suatu ukuran kemampuan sirkuit untuk menahan

aliran arus listrik, fungsinya sama seperti hambatan. Impedansi elektrokimia

biasanya diukur dengan menerapkan potensial AC ke sel elektrokimia dan

kemudian mengukur arus melalui sel. Impedansi elektrokimia diukur

dengan menggunakan sinyal eksitasi kecil. Ini dilakukan agar sel tersebut

memiliki respon pseudo-linear. Dalam linear (atau pseudo-linear), respon

terhadap potensi sinusoidal akan menjadi sinusoid pada frekuensi yang

39

sama tetapi mengalami pergeseran fase. Pengujian EIS ini digunakan untuk

mengamati interaksi elektron maupun ion yang berpindah dari komponen

sel selama reaksi elektrokimia. Sehingga dapat ditentukan besarnya

konduktivitas elektronik dari material Li4Ti5O12.

3.4.9. Pengujian Kapasitas Baterai dengan Uji Charge-Discharge

Uji charge – discharge capacity sel dilakukan untuk menentukan

kapasitas listrik yang dapat dihasilkan sel. Dalam pengujian ini digunakan

alat yang sama (WonAtech WBCS3000, Korea) dengan pengujian CV. Sel

dihubungkan dengan Battery Cycler, kemudian diberi arus dan beban

bergantian sebesar 0.1 dari perkiraan kapasitas sel atau 0.1C. Batas tegangan

bawah dan atas (cut-off), masing-masing 0.75 dan 2.8 Volt. Pada uji ini arus

atau beban dibuat konstan, sementara tegangan dicatat seiring berjalannya

waktu. Data tegangan dan data besar arus dikalikan waktu dapat dipaparkan

dalam grafik tegangan sebagai fungsi charge – discharge capacity. Melalui

grafik ini didapatkan charge – discharge capacity sel.

40

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1. Hasil dan pembahasan pengujian STA (Simultaneous Thermal Analysis)

Prekusor yang dihasilkan dengan menggunakan metode sol gel selanjutnya

dilakukan pengujian Thermal Analysis untuk menentukan suhu sintering dan

sifat termal. Analisis termal digunakan untuk menjelaskan teknik eksperimen

analitik yang menyelidiki perilaku sampel sebagai fungsi temperatur. Pada

umumnya terdapat banyak metode yang digunakan dalam analisis termal,

namun metode analisis termal yang digunakan dalam penelitian ini yaitu DTA

(Differential Thermal Analysis) dan TG (Thermogravimetry). Kedua pengujian

tersebut dilakukan secara bersamaan (simultan) dengan menggunakan alat

karakterisasi Simultaneous Thermal Analaysis (STA). Hasil karakterisasi

termal prekusor Li4Ti5O12 dengan STA ditunjukkan pada Gambar 1.

Pengurangan massa pada kurva TG pada gambar 4.1 terjadi dalam 3 tahap

yaitu pada rentang suhu 45oC - 241oC, 241oC - 470oC dan 470oC – 800oC.

Penurunan pertama pada rentang suhu 45oC – 241oC terjadi pengurangan

massa yang cukup besar yakni 30.11%. Pada tahap pertama ini terjadi proses

pelepasan uap air H2O, gas CO2, zat-zat volatile dan ethanol yang digunakan

sebagai pelarut ketika sintesis Li4Ti5O12. Selain itu, terjadi pula proses

dekomposisi asam sitrat dan titanium (IV) isopropoxide. Kemudian penurunan

kedua terjadi pengurangan massa sebesar 10.3%, penurunan ini disebabkan

karena proses dekomposisi titanium (IV) isopropoxide yang masih terjadi

41

(pada rentang suhu 241-358oC) dan dekomposisi LiOH (pada rentang suhu

358oC – 470oC). Pengurangan massa pada ruas tersebut juga dikarenakan

proses pembakaran dari asam sitrat yaitu pemecahan bahan-bahan organik

menjadi karbon karena proses pemanasan di atas suhu dekomposisi material

tersebut[30]. Penurunan massa yang ketiga yaitu pada rentang suhu 470oC -

800oC, penurunan massanya tidak terlalu besar yakni sekitar 6.9%. Pada

penurunan ketiga ini, terjadi proses kristalisasi, mulai terbentuk fasa Li4Ti5O12

dan pelepasan zat-zat volatile. Pada penurunan ini fasa yang terbentuk

cenderung stabil.

Pada kurva DTA terdapat puncak dengan bentuk melengkung ke bawah

pada rentang suhu 36oC – 240oC dengan puncak maksimum pada suhu 132oC.

Hal ini menunjukkan adanya reaksi endotermik, dimana reaksi ini terjadi ketika

Gambar 4. 1 Grafik DTA/TG Li4Ti5O12

42

suhu sampel lebih rendah daripada suhu reference. Ketika suhu sampel lebih

rendah, maka sampel akan menyerap panas dari lingkungan. Pada rentang suhu

ini material mulai terhidrasi, dehidrasi menjadi proses pertama dalam

melakukan suatu pemanasan, pada proses ini unsur-unsur organik seperti uap

air dilepaskan dan pelepasan zat-zat volatile seperti gas CO2. Selain itu, terjadi

proses dekomposisi asam sitrat, dalam proses pelepasan sampai dekomposisi

tersebut dibutuhkan energi (entalphi) sebesar 706.69 J/g.

Begitu juga pada rentang suhu 733oC – 969oC terdapat peak endotermik

dengan peak maksimumnya pada suhu 809˚C. Peak endotermik ini merupakan

proses kristalisasi material Li4Ti5O12, fasa Li4Ti5O12 sudah mulai terbentuk.

Besarnya energi yang dibutuhkan untuk proses kristalisasi ini sebesar 293.8

J/g. Pada gambar 4.2 merupakan gambar yang menunjukkan kurva derivatif

dari kurva DTA prekusor Li4Ti5O12.

Gambar 4. 2 Kurva DTA (hitam) dan Kurva Derivative DTA (Biru) dari prekusor Li4Ti5O12.

43

Pada kurva tersebut terdapat 3 puncak, puncak pertama pada suhu 200oC

menunjukkan adanya perubahan fasa bahan baku yang diakibatkan karena

terjadi pelepasan unsur H2O, gas CO2 dan zat-zat volatile dari serbuk prekusor

Li4Ti5O12. Kemudian terdapat puncak kedua pada suhu 400oC, puncak ini

menunjukkan mulai terjadi pembentukan fasa Li4Ti5O12. Sedangkan puncak

ketiga pada suhu 900oC, terjadi perubahan fasa dari fasa Li4Ti5O12 menjadi fasa

berikutnya. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Subhan [14],

pada suhu 900oC dan 950oC teramati adanya puncak kecil pada sudut utama

20,19o yang dimiliki oleh fasa Li2Ti3O7.

4.2. Hasil dan pembahasan karakterisasi XRD

Berdasarkan hasil analisa termal serbuk Li4Ti5O12 yang dihasilkan sampel

disintering dengan variasi suhu sinter 500oC, 600oC, 700oC dan 800oC

kemudian dilakukan pengujian XRD untuk mengidentifikasi fasa yang

terbentuk dari masing-masing sampel. Identifikasi ini dilakukan dengan

membandingkan harga sudut 2θ antara sampel yang diuji dengan data referensi

dengan rentang pengukuran pada sudut 10o – 90o. Dari hasil pengujian ini

diperoleh kurva yang menunjukkan besarnya intensitas terhadap sudut 2θ,

kurva XRD material Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter dapat dilihat pada

gambar 4.2.

Pada gambar 4.2 (a) merupakan pola XRD dari sampel Li4Ti5O12 yang

disintering pada suhu 500oC, setelah dicocokan dengan database (ICSD- 98-

016-0655) terdapat puncak intensitas yang menunjukkan bahwa fasa Li4Ti5O12

44

telah terbentuk namun masih terdapat unsur pengotor dengan presentase yang

cukup tinggi. Hal ini dapat dilihat dari puncak intensitas dari kedua fasa yang

terbentuk, puncak intensitas yang menunjukkan fasa pengotor TiO2 lebih tinggi

dibandingkan dengan pucak intensitas Li4Ti5O12.

Pola XRD untuk sampel Li4Ti5O12 yang disintering pada suhu 600oC dapat

dilihat pada gambar 4.3 (b), pola yang terbentuk hampir sama dengan pola

XRD pada sampel 500oC hanya saja intensitas dari puncak fasanya yang

berbeda. Puncak intensitas dari fasa Li4Ti5O12 terlihat lebih tinggi sedangkan

puncak intensitas dari fasa TiO2 mengalami penurunan. Fasa pengotor TiO2

dari kedua sampel ini merupakan fasa metastabil TiO2 anatase.

Gambar 4. 3 Kurva XRD material Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sintering pada suhu

(a) 500oC, (b) 600 oC, (c) 700 oC dan (d) 800 oC dengan waktu tahan selama 2 jam.

(d)

(c)

(a)

(b)

45

Gambar 4.3 (c) dan (d) menunjukkan pola XRD untuk sampel 700oC dan

800oC, dari kurva tersebut diperoleh puncak intensitas Li4Ti5O12 yang

terbentuk semakin tinggi dan intensitas impuritasnya semakin berkurang

bahkan sangat kecil. Impuritas yang terdapat pada pola ini adalah fasa TiO2

Rutille pada sudut 2θ= 54,49o, fasa ini merupakan fasa TiO2 yang cukup stabil

pada suhu tinggi [14]. Hao et al [19] dalam penelitiannya memperoleh material

Li4Ti5O12 dengan fasa murni pada suhu sintering 800oC dengan lamanya waktu

sintering selama 20 jam, sehingga impuritas TiO2 dapat dihilangkan dengan

kenaikan temperatur dan lamanya waktu sintering.

Dari gambar 4.3 di atas, secara keseluruhan dapat diketahui bahwa fasa

Li4Ti5O12 sudah terbentuk pada range temperature 500 - 800oC dengan struktur

kristal berbentuk kubik dan space group Fd3m, namun masih terdapat

impuritas TiO2 yang tidak habis bereaksi. Tetapi seiring dengan kenaikan suhu

puncak intensitas yang menunjukkan fasa Li4Ti5O12 semakin bertambah tajam

sedangkan puncak yang menunjukkan fasa impuritas TiO2 menurun. Puncak

yang semakin sempit dan tajam mengindikasikan bahwa ukuran kristal yang

terbentuk dari fasa Li4Ti5O12 semakin tinggi. Hasil analisa menggunakan

software HIGHSCORE PLUS, besarnya komposisi fasa yang terbentuk antara

Litium Titanate dan TiO2 dengan variasi suhu sinter untuk masing-masing

sampel dapat dilihat pada tabel 4.1 sebagai berikut:

46

Tabel 4. 1 Komposisi fasa Li4Ti5O12 dan TiO2 dengan variasi suhu sinter

Sampel Fasa Li4Ti5O12

(%)

Fasa TiO2

Anatase (%)

Fasa TiO2

Rutil (%)

Chi2

(𝝌𝟐)

500oC 60.3 39.7 - 1.2

600oC 66.2 33.8 - 1.3

700oC 83.5 - 16.5 1.3

800oC 93.7 - 6.3 1.2

Dari tabel 4.1, persentase komposisi fasa dari Li4Ti5O12 meningkat seiring

dengan kenaikan suhu sintering, sedangkan fasa TiO2 mengalami penurunan.

Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu sintering, fasa Li4Ti5O12 yang

terbentuk semakin banyak. Masih terdapatnya impuritas dalam sampel

disebabkan karena waktu penahanan yang masih rendah, Shen et al [13]

berhasil mensintesis LTO dengan fasa murni pada suhu 800oC dengan waktu

sintering selama 4 jam, selain itu Wang et al [8] juga berhasil mensintesis LTO

dengan tingkat kemurnian yang tinggi pada suhu 800oC sealam 15 jam.

Sehingga impuritas dapat dihilangkan, salah satunya dengan menambah waktu

sintering.

Struktur kristal dari masing-masing fasa dapat dilihat pada gambar 4.4,

struktur kristal dari Li4Ti5O12 berbentuk spinnel kubik (gambar 4.4 a) dimana

nilai parameter kisi a, b dan c sama. Bola berwarna hijau menunjukkan atom

Li yang membentuk kisi tetrahedral, atom Ti ditunjukkan oleh bola berwarna

biru dengan bentuk kisi oktahedral dan bola berwarna merah menunjukkan

atom oksigen. Struktur kristal dari TiO2 ditunjukkan oleh gambar 4.4 b dan c,

keduanya memiliki struktur kristal yang sama dengan bentuk tetragonal,

47

namun berbeda space group. Struktur TiO2 anatase (gambar 4.4 b) dengan

space group I41/a m d dan space group struktur TiO2 rutil (gambar 4.4 c)

P42/m n m. Parameter kisi dari struktur tetragonal memiliki panjang kisi a dan

b sama dan panjang kisi c yang berbeda.

(c)

(a)

(b)

Gambar 4. 4 Struktur kristal dari (a) Li4Ti5O12 (b) TiO2 Anatase dan (c) TiO2

Rutille. Bola berwarna merah merupakan atom oksigen, bola berwarna biru atom

Titanium dan bola berwarna hijau atom Lithium [diperoleh dari software VESTA].

48

Hasil analisa menggunakan software HIGHSCORE terhadap parameter

kisi dan volume kisi diperlihatkan pada tabel 4.2. Kenaikan suhu menyebabkan

nilai parameter kisi bertambah dan volume kisi membesar.

Tabel 4. 2 Parameter kisi Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter menggunakan software

HIGHSCORE.

Sampel (oC) Parameter kisi (Å) Volume kisi (Å3)

500 8.3344 578.93

600 8.3349 579.03

700 8.3568 583.61

800 8.3587 584.00

Nilai parameter kisi di atas mendekati nilai parameter kisi yang dihasilkan

oleh Shen et al [13] (a = 8.368 Å) dan Hao et al [18] (a = 8.364 Å). Hasil analisa

menggunakan software HIGHSCORE diperoleh parameter kisi dari fasa TiO2

yang terdapat pada tabel 4.3.

Tabel 4. 3 Parameter kisi TiO2 dengan variasi suhu sinter menggunakan software

HIGHSCORE.

Sampel

(oC) Fasa TiO2

Parameter kisi Volume

kisi (Å3) a (Å) b (Å) c (Å)

500 Anatase 3.7858 3.7858 9.5092 136.29

600 Anatase 3.7794 3.7794 9.4961 135.64

700 Rutille 4.5910 4.5910 2.9594 62.37

800 Rutille 4.5928 4.5928 2.9595 62.43

4.3. Hasil dan pembahasan karakterisasi SEM

Hasil karakterisasi morfologi sampel dengan menggunakan SEM

(Scanning Electron Microscope) dengan perbesaran 10k dan 1k SE dapat

dilihat pada gambar 4.5 dan 4.6. Secara morfologi, permukaan sampel

49

Li4Ti5O12 pada suhu 500oC dan 600oC memiliki tekstur yang kasar, sedangkan

pada sampel 700oC mulai terbentuk permukaan yang lebih halus dan pada

sampel 800oC tekstur yang terbentuk lebih halus daripada ketiga sampel yang

lain.

Semua sampel terdiri dari partikel-partikel kecil dan besar yang

membentuk agglomerasi dengan bentuk partikel yang beragam seperti bentuk

bulat, persegi panjang, kotak dan tidak beraturan. Tetapi pada sampel 800oC

mulai terbentuk batas-batas butir pada partikel besar, sehingga tampak

terbentuk butiran-butiran partikel yang lebih kecil dan halus. Pada sampel 800

ini juga terdapat partikel-partikel kecil yang memiliki bentuk yang lebih

seragam dan berkumpul membentuk satu material besar (bulk material).

(a) (b)

(c) (d) Gambar 4. 5 Morfologi sampel Li4Ti5O12 hasil karakterisasi menggunakan SEM

dengan pebesaran 10k SE variasi suhu sintering (a) 500oC, (b) 600 oC, (c) 700 oC, (d)

800 oC.

50

Untuk melihat distribusi dari ukuran partikel dapat dilihat pada gambar 4.6

dengan perbesaran 1k SE. Terlihat bahwa bentuk partikel kecil lebih dominan

dibandingkan dengan partikel yang berukuran besar. Namun, partikel-partikel

kecil ini beragglomerasi membentuk satu material besar. Agglomerasi ini

disebabkan karena asam sitrat tidak melapisi semua partikel secara merata,

asam sitrat digunakan sebagai zat pelindung pada saat perlakuan panas

melindungi partikel baru yang terbentuk dari kontak satu sama lain sehingga

tidak terjadi agglomerasi [18].

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4. 6 Morfologi sampel Li4Ti5O12 hasil karakterisasi menggunakan SEM

dengan pebesaran 1k SE variasi suhu sintering (a) 500oC, (b) 600 oC, (c) 700 oC, (d)

800 oC.

51

Untuk menentukan ukuran partikel dari material serbuk Li4Ti5O12 dalam

pengolahan data digunakan software Image-J dengan menggunakan gambar

yang diperoleh dari hasil pengujian SEM dengan perbesaran 1k SE. Data yang

diambil sebanyak 80 dengan ukuran partikel besar, sedang dan kecil, hasil

pengolahan ditampilkan dalam grafik berupa histogram pada gambar 4.7

sebagai berikut:

Grafik histogram di atas, menunjukkan bahwa partikel memiliki ukuran

dengan orde mikro (μ), pertikel dengan ukuran dibawah 2 μm meningkat

seiring dengan kenaikan suhu sintering. Diameter rata-rata ukuran partikel

untuk masing – masing sampel ditunjukkan pada tabel 4.4 sebagai berikut:

Gambar 4. 7 Grafik histogram distribusi ukuran partikel material serbuk Li4Ti5O12

52

Tabel 4. 4 Diameter rata-rata ukuran partikel material Li4Ti5O12 menggunakan Image-J

Sampel

Diameter

Rata-rata

(μm)

Nilai

Minimum

(μm)

Nilai

Maksimum

(μm)

Standar

Deviasi (μm)

±(𝑛)

500oC 4.525 0.961 15.05 2.405 ± (80)

600oC 5.426 1.161 19.517 3.69 ± (80)

700oC 4.681 0.897 23.232 3.558 ± (80)

800oC 3.504 0.594 16.653 2.56 ± (80)

Dari tabel 4.4, ukuran partikel rata-rata terkecil dimiliki oleh sampel

dengan suhu sintering 800oC sebesar 3.504 μm, sedangkan ukuran partikel

rata-rata terbesar diperoleh pada sampel dengan suhu sintering 600oC sebesar

5.426 μm. Sehingga dapat dibandingkan bahwa semakin tinggi suhu sintering

maka ukuran partikel yang terbentuk semakin kecil. Hal ini terjadi karena

dalam proses sintering terjadi proses densifikasi (pemadatan) partikel, namun

dalam penelitian ini waktu penahanan hanya 2 jam sehingga tidak terjadi

pertumbuhan butir, maka dari itu ketika suhunya semakin tinggi ukuran

partikel yang terbentuk semakin kecil.

4.4. Hasil dan pembahasan pengujian Cyclic Voltammetry

Pada pengujian Cyclic Voltammetry dilakukan pengujian setengah sel

dengan sampel berupa coin cell, dalam pengujian ini Li4Ti5O12 yang berperan

sebagai katoda dipasangkan dengan lithium metal yang berperan sebagai anoda

karena tegangannya lebih rendah dibandingkan dengan Li4Ti5O12. Data hasil

pengujian Cyclic Voltammetry berupa kurva yang menunjukkan hubungan

53

antara tegangan (V) sebagai input dengan output berupa arus (I), kurva hasil

pengujian Cyclic Voltammetry dapat dilihat pada gambar 4.8. Pada kurva

tersebut terdapat puncak dengan arah ke atas yang menunjukkan proses

oksidasi yang disebut sebagai puncak anodik dan puncak dengan arah ke bawah

menunjukkan proses reduksi sebagai puncak katodik. Proses reduksi terjadi

pada saat discharging, ion lithium bergerak dari anoda menuju katoda

sedangkan proses oksidasi terjadi pada saat charging ion lithium bergerak ke

arah yang berlawanan menuju anoda. Proses bergeraknya lithium dari anoda

ke katoda atau sebaliknya dinamakan sebagai proses interkalasi dan de-

interkalasi ion lithium.

Pada Cyclic Voltammogram Li4Ti5O12 dengan suhu sintering 500oC dan

600oC yang ditunjukkan oleh kurva berwarna hijau dan biru, pada keduanya

Gambar 4. 8 Grafik Cyclic voltammogram Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter.

54

terdapat puncak oksidasi dan reduksi yang lain yaitu pada range tegangan 2,0

– 2,2 V dan 1,5 – 1,75 V, puncak tersebut merupakan puncak reduksi dan

oksidasi dari TiO2. Hal ini sesuai dengan hasil karakterisasi XRD, bahwa

material yang disintesis masih mengandung impuritas yang cukup besar.

Dari kurva 4.8, dapat dilihat bahwa semakin tinggi suhu sintering maka

puncak oksidasi dan reduksi yang terbentuk semakin tinggi, sehingga arus

listrik yang dihasilkan semakin besar. Puncak yang tinggi dan tajam

mengindikasikan bahwa proses interkalasi dan de-interkalasi ion lithium

berlangsung dengan cepat. Dari data tegangan dan arus puncak reaksi redoks

dapat dihitung besarnya koefisien difusi ion Li dengan menggunakan

persamaan Randles-Sevcik [31]:

𝑖𝑝 = 2.659 × 105𝑛3/2𝐴𝐶𝐷1/2𝑣1/2

Dimana n adalah banyaknya elektron per molekul, A luas permukaan

(cm2), C konsentrasi ion Li (mol/cm3), D koefisien difusi ion Li dan v adalah

kecepatan scan (V/s) dan ip adalah arus puncak (A). Hasil perhitungan

koefisien difusi dapat dilihat pada tabel 4.5 sebagai berikut:

Tabel 4. 5 Hasil perhitungan koefisien difusi ion Li4Ti5O12 dengan variasi waktu sinter.

Sampel Vreduksi

(Volt)

VOksidasi

(Volt)

VPolarisasi

(Volt)

Ip

(Oksidasi)

(mA)

P (mW) D (cm2/S)

500oC 1.4579 1.7076 0.2497 0.7721 1.3184 3.30× 10−11

600oC 1.4882 1.7103 0.2221 1.9341 3.3079 2.07× 10−10

700oC 1.3948 1.7268 0.3320 4.2537 7.3453 1.00× 10−9

800oC 1.3859 1.7348 0.3489 5.3444 9.2715 1.58× 10−9

55

Dari tabel 4.5, dapat kita lihat selisih tegangan reduksi dan oksidasi

(tegangan polarisasi) dari masing-masing sampel meningkat seiring dengan

kenaikan suhu sintering, tegangan polarisasi ini menunjukkan jarak antara

puncak reduksi dan oksidasi. Selain itu, koefisien difusi ion Li juga meningkat

seiring dengan kenaikan suhu sintering. Hal ini mengindikasikan bahwa

interkalasi dan de-interkalasi ion lithium berlangsung dengan cepat.

Bersesuaian dengan hasil SEM, ukuran partikel menurun seiring dengan

naiknya shu sintering, ukuran partikel yang semakin kecil akan menghasilkan

perpindahan ion semakin mudah karena jarak panjang difusi yang pendek.

4.5. Hasil dan pembahasan pengujian EIS

Pada hasil pengujian EIS, data yang diperoleh kemudian dibuat grafik

berupa cole-cole plot sehingga tampak seperti pada gambar 4.9. Semua sampel

membentuk pola busur setengah lingkaran (semicircle) yang disebut sebagai

“Nyquist Plot” dan garis lurus yang disebut sebagai impedansi Wargburg. Dari

grafik terlihat bahwa impedansi yang dihasilkan memiliki komponen real dan

imajiner, sumbu X menyatakan komponen impedansi real (Z) dan sumbu Y

sebagai impedansi imajiner (Z’)[32]. Dari kedua impedansi tersebut dapat

dihitung nilai resistansi elektronik (Re) dan resistansi transfer muatan (Rct),

dimana nilai kedua resistansi tersebut akan digunakan untuk menghitung nilai

konduktivitas Li4Ti5O12.

Pada gambar 4.9 pola busur setengah lingkaran yang terbentuk semakin

mengecil seiring dengan kenaikan suhu sinter. Pada pola busur setengah

56

lingkaran, sebelah kiri menunjukkan nilai resistansi elektronik (Re) dan sebelah

kanan menunjukkan nilai resistansi transfer muatan (Rct). Nilai resistansi

elektonik dan nilai resistansi transfer muatan terbesar pada sampel LTO 600oC.

Garis lurus pada kurva EIS menunjukkan nilai koefisien difusi wargburg

dari ion Li. Semakin tegak garis, maka semakin besar nilai koefisien difusi ion

Li. Artinya proses interkalasi dan deinterkalasi ion Li berlangsung semakin

cepat. Dari gambar 4.9, sampel LTO 700oC memiliki garis yang lebih tegak

dibandingkan dengan sampel yang lainnya.

Nilai konduktivitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut [32]:

Gambar 4. 9 Grafik EIS Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter.

57

𝑅 = 𝜌𝑙

𝐴

Dimana R merupakan resistansi (Ω), tebal sampel, 𝑙 (cm), luas permukaan

sampel, A (cm2) dan 𝜌 adalah resistivitas. Data perhitungan konduktivitas

Li4Ti5O12 dapat dilihat pada tabel 4.6 sebagai berikut:

Tabel 4. 6 Hasil perhitungan konduktifitas Li4Ti5O12 dengan variasi waktu sinter.

Sampel Tebal

(cm)

A (cm2) Re (𝛀) Rct (𝛀) 𝝈𝒆(𝑺/𝒄𝒎)

𝝈𝒄𝒕

(S/cm) 𝝈 (𝑺

𝒄𝒎⁄ )

500oC 0.011 0.020096 9.123 33.345 0.0599 0.0164 0.0764

600oC 0.014 0.020096 23.879 60.939 0.0291 0.0114 0.0406

700oC 0.010 0.020096 9.187 42.1 0.0541 0.0118 0.0659

800oC 0.080 0.020096 8.614 23.962 0.4621 0.1661 0.6282

Dari tabel 4.6 di atas, konduktivitas tertinggi diperoleh pada sampel

dengan suhu sintering 800oC. Sedangkan konduktivitas paling rendah

ditunjukkan oleh sampel dengan suhu sintering 600oC. Sehingga, semakin

tinggi suhu sintering maka nilai konduktifitasnya semakin besar. Pada saat

proses sintering, terjadi proses kristalisasi Li4Ti5O12. Pada suhu sintering

500oC, kristalisasi dari Li4Ti5O12 belum optimum dan ketika sampel disinter

pada suhu 800oC kristalisasi yang terjadi telah mencapai kondisi maksimum.

Jika dikaitkan dengan hasil karakterisasi SEM, pada suhu sinter 600 terjadi

agglomerasi partikel yang cukup serius sehingga ukuran partikel dari sampel

ini jauh lebih besar (lihat tabel 4.4), ketika ukuran partikelnya semakin besar

maka jarak difusi ion akan semakin panjang sehingga akan menurunkan nilai

konduktivitas.

58

4.6. Hasil dan pembahasan pengujian Charge-Discharge

Gambar 4.9 menunjukkan kurva hasil pengujian charge – discharge

Li4Ti5O12 dengan variasi temperature sintering, tegangan yang diberikan antara

1 – 2,5 Volt dan beban arus 0,1C. Pada gambar 4.10, sampel LTO pada suhu

500 oC ditunjukkan oleh garis berwarna hijau, sedangkan sampel LTO dengan

suhu sintering 600 oC ditunjukkan dengan garis berwarna merah. Pada kedua

kurva (500 oC dan 600 oC) terlihat adanya bentuk undakan pada ujung kurva,

hal tersebut mengindikasikan bahwa kurva yang terbentuk mengandung fasa

lain selain fasa Li4Ti5O12, hasil ini menguatkan hasil pengujian XRD bahwa

kemunculan bentuk undakan tersebut merupakan milik TiO2. Selain itu,

tegangan kerja pada range 1.6 – 2.0 V.

Gambar 4. 10 Grafik Charge-Discharge Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter.

59

Pada kurva charge-discharge, garis berwarna biru dan biru kehijauan

merupakan sampel LTO dengan suhu sintering 700 dan 800, pada kedua kurva

ini tegangan yang terbentuk terlihat datar pada range 1.55 V – 1.6 Volt (versus

Li), ini menggambarkan reaksi kimia utama sebagai mekanisme perpindahan

elektron dari reaksi redoks, pada kurva ini tidak terdeteksi adanya impuritas

ditandai dengan tidak adanya bentuk undakan pada ujung kurva, namun

berdasarkan hasil XRD pada semua sampel masih terdapat impuritas, hanya

saja untuk sampel LTO 700 dan 800 kandungan impuritasnya hanya sedikit.

Data analisis charge-discharge Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sintering

ditampilkan pada tabel 4.7. Kapasitas tertinggi pada siklus pertama charge –

discharge terdapat pada sampel LTO dengan suhu sintering 500oC sebesar

88.45 mAh/g dan 99.83 mAh/g. Namun, kapasitas yang besar ini merupakan

gabungan antara kapasitas Li4Ti5O12 dan TiO2. Begitu pun, dengan kapasitas

yang dihasilkan pada suhu 600 adalah jumlah total dari kapasitas LTO dan

TiO2.

Tabel 4. 7 Data analisis charge-discharge Li4Ti5O12 dengan variasi suhu sinter.

Sampel Siklus ke- Kapasitas (mAh/g)

Charge Discharge

500 1 88,45 99,83

2 86,13 87,99

3 83,55

600 1 61,49 63,08

2 58,61 57,60

3 54,44

700 1 61,75 61,63

2 61,06 60,47

60

3 60,10

800 1 75,98 78,07

2 75,26 75,94

3 69,80 70,07

Kapasitas baterai pada sampel dengan suhu sintering 700 sedikit lebih

tinggi dari kapasitas pada sampel 600 yaitu sebesar 61.44 mAh/g dan 63.08

mAh/g dengan selisih sebesar 0,34 mAh/g, kapasitas baterai bertambah besar

ketika suhu sintering dinaikkan menjadi 800oC sehingga kapasitas charge yang

diperoleh sebesar 75.98 mAh/g dan discharge sebesar 78.07 mAh/g.

Dari tabel tersebut juga dapat kita lihat bahwa antara siklus pertama

dengan siklus kedua dan ketiga kapasitas baterai yang dihasilkan pada suhu

500 dan 600 terjadi penurunan yang cukup signifikan dengan selisih sekitar ~

2.3 – 2.5 mAh/g, sedangkan pada suhu sinter 700 dan 800 penurunan kapasitas

yang terjadi sangat kecil pada range 0.6 – 0.96 mAh/g. Hal ini menunjukkan

TiO2 Rutill lebih stabil jika dibandingkan dengan TiO2 anatase.

Kapasitas yang dihasilkan masih jauh dari kapasitas baterai secara

perhitungan teori yaitu sebesar 175 mAh/g, karena material Li4Ti5O12 masih

mengandung impuritas TiO2. Adanya impuritas ini, menurunkan nilai

konduktifitas dan koefisien difusi ion Lithium sehingga kapasitas yang

dihasilkan juga masih rendah. Selain itu, ketebalan elektroda menjadi salah

satu faktor yang mempengaruhi kapasitas penyimpanan baterai yang

dihasilkan, dalam penelitian ini elektroda yang dibuat memiliki ketebalan

sebesar 0.03 mm. Tentunya nilai ketebalan ini cukup besar, sehingga dapat

61

menurunkan kapasitas energi yang dihasilkan, berdasarkan penelitian yang

dilakukan oleh Slamet dkk [33] bahwa semakin tebal lapisan elektroda maka

nilai hambatan cenderung meningkat maka nilai konduktifitas menurun karena

semakin tebal lapisan akan meningkatkan jarak tempuh elektron dan jarak

difusi ion lithium dalam lembaran anoda semakin panjang. Kemampuan

kapasitas penyimpanan energi baterai lithium tergantung pada banyaknya ion

lithium yang tersimpan dalam struktur elektrodanya dan berapa banyak yang

dapat digerakkan selama proses charge dan discharge, karena jumlah arus

elektron yang tersimpan dan tersalurkan sebanding dengan jumlah ion lithium

yang bergerak [14].

62

BAB V

KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:

1. Suhu optimum untuk sintering material anoda Li4Ti5O12 dengan metode

sol gel yaitu pada suhu 800oC. Pada suhu tersebut kandungan impuritas

TiO2 sangat kecil.

2. Struktur morfologi yang dihasilkan lebih halus seiring dengan kenaikan

suhu sinter, namun partikel masih beragglomerasi dan bentuk partikel

tidak homogen. Ukuran partikel yang dihasilkan semakin kecil dengan

rata-rata diameter partikel sebesar 3.504 μm.

3. Performa elektrokimia yang dihasilkan mengalami peningkatan seiring

dengan naiknya suhu sinter, meliputi grafik voltammogram, nilai koefisien

difusi, konduktivitas listrik dan kapasitas charge-discharge. Dari semua

sampel, LTO yang disinter pada suhu 800oC menunjukkan performa

elektrokimia yang baik dengan grafik voltammogram yang tajam dan

bagus, nilai koefisien difusi ion lithium sebesar 1,58 × 10−9 cm2s-1,

konduktivitas listrik sebesar 0.6282 𝑆/𝑐𝑚 dan kapasitas discharge yang

diberikan sebesar 78,07 mAh/g.

63

5.2. Saran

Saran yang dapat diberikan berdasarkan penelitian ini yaitu perlu

menggunakan sumber lithium yang mudah larut dalam etanol contohnya litium

asetat, dilakukan proses milling untuk mereduksi ukuran partikel yang

terbentuk dan menambah waktu penahanan saat sintering, sehingga dapat

diperoleh material dengan fasa murni.

64

DAFTAR PUSTAKA

[1] P. G. Bruce, B. Scrosati, and J. Tarascon, “Lithium Batteries Nanomaterials

for Rechargeable Lithium Batteries ** Angewandte,” pp. 2930–2946, 2008.

[2] Y. Wang et al., “Lithium and lithium ion batteries for applications in

microelectronic devices : A review,” J. Power Sources, vol. 286, pp. 330–

345, 2015.

[3] Masaki Yoshio, Ralph J. Brodd, Akiya Kozawa, Lithium-Ion Batteries. New

York: Springer, 2009.

[4] B. Scrosati, “Recent advances in lithium ion battery materials,” Electrochim.

Acta, vol. 45, no. 15–16, pp. 2461–2466, 2000.

[5] X. Yang et al., “Size-Tunable Single-Crystalline Anatase TiO 2 Cubes as

Anode Materials for Lithium Ion Batteries,” J. Phys. Chem. C, vol. 119, no.

8, pp. 3923–3930, 2015.

[6] B. Zhao, R. Ran, M. Liu, and Z. Shao, “A comprehensive review of

Li4Ti5O12-based electrodes for lithium-ion batteries: The latest

advancements and future perspectives,” Mater. Sci. Eng. R Reports, vol. 98,

pp. 1–71, 2015.

[7] J. Wang, X. Liu, H. Yang, and X. Shen, “Characterization and

electrochemical properties of carbon-coated Li4Ti5O12 prepared by a citric

acid sol – gel method,” J. Alloys Compd., vol. 509, no. 3, pp. 712–718, 2011.

[8] C. Zhang, Y. Zhang, J. Wang, D. Wang, D. He, and Y. Xia, “Li 4 Ti 5 O 12

prepared by a modi fi ed citric acid sol e gel method for lithium-ion battery,”

J. Power Sources, vol. 236, pp. 118–125, 2013.

65

[9] Y. Kuo and J. Lin, “Electrochimica Acta One-pot sol-gel synthesis of Li 4

Ti 5 O 12 / C anode materials for high-performance Li-ion batteries,”

Electrochim. Acta, vol. 142, pp. 43–50, 2014.

[10] R. P. Maloney, H. J. Kim, and J. S. Sakamoto, “Lithium titanate aerogel for

advanced lithium-ion batteries,” ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 4, no. 5,

pp. 2318–2321, 2012.

[11] T. F. Yi, L. J. Jiang, J. Shu, C. B. Yue, R. S. Zhu, and H. Bin Qiao, “Recent

development and application of Li4Ti5O12 as anode material of lithium ion

battery,” J. Phys. Chem. Solids, vol. 71, no. 9, pp. 1236–1242, 2010.

[12] A. Mahmoud, J. M. Amarilla, and I. Saadoune, “Effect of thermal treatment

used in the sol-gel synthesis of Li4Ti5O12 spinel on its electrochemical

properties as anode for lithium ion batteries,” Electrochim. Acta, vol. 163,

pp. 213–222, 2015.

[13] C. M. Shen, X. G. Zhang, Y. K. Zhou, and H. L. Li, “Preparation and

characterization of nanocrystalline Li4Ti5O12 by sol–gel method,” Mater.

Chem. Phys., vol. 78, no. 2, pp. 437–441, 2003.

[14] A. Subhan, “Fabrikasi dan Karakteristik Li4Ti5O12 untuk Bahan Anoda

Baterai Litium Keramik,” Tesis, 2011.

[15] M. Winter and R. J. Brodd, “What are batteries, fuel cells, and

supercapacitors?,” Chem. Rev., vol. 104, no. 10, pp. 4245–4269, 2004.

[16] B. Scrosati, Advances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. New York:

Kluwer Academic Publishers, 2002.

[17] C. P. Sandhya, B. John, and C. Gouri, “Lithium titanate as anode material

66

for lithium-ion cells: A review,” Ionics (Kiel)., vol. 20, no. 5, pp. 601–620,

2014.

[18] Y. J. Hao, Q. Y. Lai, D. Q. Liu, Z. U. Xu, and X. Y. Ji, “Synthesis by citric

acid sol-gel method and electrochemical properties of Li4Ti5O12 anode

material for lithium-ion battery,” Mater. Chem. Phys., vol. 94, no. 2–3, pp.

382–387, 2005.

[19] Y. J. Hao, Q. Y. Lai, J. Z. Lu, H. L. Wang, Y. D. Chen, and X. Y. Ji,

“Synthesis and characterization of spinel Li4Ti5O12 anode material by oxalic

acid-assisted sol-gel method,” J. Power Sources, vol. 158, no. 2 SPEC. ISS.,

pp. 1358–1364, 2006.

[20] H. Xiang, B. Tian, P. Lian, Z. Li, and H. Wang, “Sol-gel synthesis and

electrochemical performance of Li4Ti5O12/graphene composite anode for

lithium-ion batteries,” J. Alloys Compd., vol. 509, no. 26, pp. 7205–7209,

2011.

[21] B. Rods, “Safety Data Sheet,” no. 4, pp. 3–5, 2010.

[22] Sigma-Aldrich, “Material Safety Data Sheet,” pp. 1–5, 2005.

[23] W. Drive et al., “Safety Data Sheet Citric Acid Section 1: Identification of

the Substance/Mixture and of the Company/Undertaking,” no. 11350, pp. 1–

7, 2008.

[24] M. N. Ethanol and V. E. E. G. E. E. Scientific, “Ethanol , Absolute MSDS

Number : M1004 Effective Date : 8 / 23 / 2004 Chemical Product and

Company Identification Company Identification : Composition , Information

on Ingredients,” Explosion, pp. 6–9, 2004.

67

[25] C. J. S. G. W. Brinker, “Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-

Gel Processing,” p. 908, 1990.

[26] U. Schubert, “Part One Sol – Gel Chemistry and Methods,” Sol-Gel Handb.

Synth. Charact. Appl., pp. 1–28, 2015.

[27] L. L. Hench and J. K. West, “The Sol-Gel Process,” Chem. Rev., vol. 90, no.

1, pp. 33–72, 1990.

[28] Rodhiayah Djayasinga, “Pembuatan dan karakterisasi Nanokatalis Ni(1-

x)CuxFe2O4 Serta Uji Aktivasi Pada Konversi (CO2+H2),” Tesis, p. 2015.

[29] S. Widodo, “Teknologi Sol Gel Pada Pembuatan Nano Kristalin Metal

Oksida Untuk Aplikasi Sensor Gas,” Semin. Rekayasa Kim. dan Proses, p.

E-20-1 – E-20-8, 2010.

[30] E. S. Endah yuniarti, Joko Triwibowo, “Pengaruh pH , Suhu dan Waktu pada

Sintesis LiFePO4 / C dengan Metode Sol-Gel Sebagai Material Katoda untuk

Baterai Sekunder Lithium,” Berk. MIPA, vol. 23, no. 3, pp. 218–228, 2013.

[31] J. Wang, Analytical Electrochemistry, Second., no. 1. New York: Wiley-

VCH, 2014.

[32] Gamry Instrument, “Basics of Electrochemical Impedance Spectroscopy,”

Appl. Note AC, vol. 286, no. 1, pp. R491-7, 2010.

[33] S. Priyono, M. A. Dhika, K. Sebayang, and A. Subhan, “PEMBUATAN

ANODA Li4Ti5O12 DAN STUDI PENGARUH KETEBALAN

ELEKTRODA TERHADAP PERFORMA ELEKTROKIMIA BATERAI

ION LITHIUM,” J. Sains Mater. Indones., vol. 17, no. 4, pp. 3–9, 2016.

[34] H. Kato, Y. Yamamoto, M. Nagamine, And, and Y. Nishi, “Lithium ion

68

rechargeable batteries,” Conf. Rec. WESCON/’93, no. 852, pp. 210–214,

1993.

[35] M. Suryanarayana, C., Grant Norton, X-Ray Diffraction A practical

Approach, vol. 53. 1998.

69

LAMPIRAN

Lampiran 1

GAMBAR

Bahan yang digunakan

untuk sintesis Proses melarutkan

LiOH + Etanol

(Lar. A)

Proses melarutkan

Titanium (IV)

Isopropoxide +

Etanol (Lar. B)

Proses

mencampurkan A+B

Prekusor gel Li4Ti5O12

Prekusor gel Li4Ti5O12

yang telah dikeringkan

Prekusor Li4Ti5O12 dihaluskan

70

Material aktif Li4Ti5O12 yang

telah disinter. Pembuatan slurry

Lembaran anoda LTO Lembaran yang telah di cutting

Preparasi assembly coin

cell

71

Lampiran 2

Perhitungan Stoikiometri

Perhitungan Massa Bahan Li4Ti5O12

Persamaan Stoikiometri:

4LiOH + 5C12H28O4Ti + 79O2 → Li4Ti5O12 + 60CO2 + 72H2O

Diketahui massa atom relative dari masing-masing unsur adalah:

Ar. Li = 6,941; Ar.C = 12,0107; Ar.Ti = 47,967; Ar.O = 15,9994

Maka besarnya berat molekul masing-masing bahan adalah:

Mr. LiOH = 23,9483 gr/mol

Mr. C12H28O4Ti = 283,993 gr/mol

Mr. Li4Ti5O12 = 59,0918 gr/mol

Menghitung jumlah mol Li4Ti5O12

𝑚𝑜𝑙 𝐿𝑖4𝑇𝑖5𝑂12 =𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎

𝑀𝑟=

10 𝑔𝑟𝑎𝑚

459,0918 𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙= 0,0218 mol

Perhitungan massa LiOH

Menghitung jumlah mol LiOH

mol LiOH

𝑚𝑜𝑙 𝐿𝑖4𝑇𝑖5𝑂12=

Koef. LiOH

𝐾𝑜𝑒𝑓. 𝐿𝑖4𝑇𝑖5𝑂12

mol LiOH =Koef. LiOH

Koef. Li4Ti5O12× mol Li4Ti5O12

mol LiOH =4

1× 0,0281 gr/mol

mol LiOH = 0,0872 mol

72

Menghitung massa LiOH

Massa LiOH = mol × Mr

= 0,0872 mol × 23,9483 gr

mol

= 2,08829 gram

Perhitungan massa C12H28O4Ti

Menghitung jumlah mol C12H28O4Ti

mol C12H28O4Ti

mol Li4Ti5O12=

Koef. C12H28O4Ti

Koef. Li4Ti5O12

mol C12H28O4Ti =Koef. C12H28O4Ti

Koef. Li4Ti5O12× mol Li4Ti5O12

mol C12H28O4Ti =5

1× 0,0218 gr/mol

mol C12H28O4Ti = 0,109 mol

Menghitung massa C12H28O4Ti

Massa C12H28O4Ti = mol × Mr

= 0,109 mol × 283,993gr

mol

= 30, 9552 gram

Menghitung Volume C12H28O4Ti

𝜌 =𝑚

𝑉

Volume C12H28O4Ti = 30,9552

0,96 gr/cm3

73

Lampiran 3

Data base Highscore

Name and formula

Reference code: 98-016-0655

Compound name: Lithium Titanium Oxide (1.33/1.67/4)

Common name: Lithium Titanium Oxide (1.33/1.67/4)

Chemical formula: Li1.33O4Ti1.67

Crystallographic parameters

Crystal system: Cubic

Space group: F d -3 m

Space group number: 227

a (Å): 8.3520

b (Å): 8.3520

c (Å): 8.3520

Alpha (°): 90.0000

Beta (°): 90.0000

Gamma (°): 90.0000

Calculated density (g/cm^3): 3.49

Volume of cell (10^6 pm^3): 582.60

Z: 8.00

RIR: 3.56

Subfiles and quality

Subfiles: User Inorganic

Quality: User From Structure (=)

Comments

Creation Date: 01/02/2009

Modification Date: 30/12/1899

Original ICSD space group: FD3-MZ. X-ray diffraction from single crystal

Structure type: Al2MgO4. Temperature factors available

74

Temperature in Kelvin: 295

Structure type: Al2MgO4

Recording date: 2/1/2009

ANX formula: AB2X4

Z: 8

Calculated density: 3.49

R value: 0.036

Pearson code: cF56

Wyckoff code: e d a

Structure TIDY: TRANS Origin 1/2 1/2 1/2

Publication title: Single crystal growth and structure refinement of Li4 Ti5 O12

ICSD collection code: 160655

Structure: Al2MgO4

Chemical Name: Lithium Titanium Oxide (1.33/1.67/4)

Second Chemical Formula: Li (Ti1.67 Li0.33) O4

References

Structure: Ohshima, K.;Akimoto, J.;Kijima, N.;Takahashi,

Y.;Kataoka, K., Journal of Physics and Chemistry

of Solids, 69, 1454 - 1456, (2008)

Peak list

No. h k l d [A] 2Theta[deg] I [%]

1 1 1 1 4.82203 18.384 100.0

2 0 2 2 2.95288 30.243 0.8

3 1 1 3 2.51822 35.623 42.2

4 2 2 2 2.41101 37.264 2.6

5 0 0 4 2.08800 43.298 60.9

6 1 3 3 1.91608 47.409 6.1

7 2 2 4 1.70484 53.722 0.1

8 1 1 5 1.60734 57.271 17.7

9 0 4 4 1.47644 62.897 33.2

10 1 3 5 1.41175 66.136 10.8

11 2 4 4 1.39200 67.198 0.1

12 0 2 6 1.32057 71.367 0.0

13 3 3 5 1.27367 74.427 3.6

14 2 2 6 1.25911 75.437 2.4

15 4 4 4 1.20551 79.432 7.3

16 1 5 5 1.16951 82.394 4.3

17 2 4 6 1.11608 87.289 0.2

Structure

75

No. Name Elem. X Y Z Biso sof Wyck.

1 O1 O 0.23740 0.23740 0.23740 0.7264 1.0000 32e

2 TI1 Ti 0.00000 0.00000 0.00000 0.8369 0.8333 16c

3 LI1 Li 0.00000 0.00000 0.00000 0.8369 0.1667 16c

4 LI2 Li 0.37500 0.37500 0.37500 0.7659 1.0000 8b

Stick Pattern

Name and formula

Reference code: 98-000-9854

Mineral name: Anatase

Compound name: Anatase

Common name: Anatase

Chemical formula: O2Ti1

Crystallographic parameters

Crystal system: Tetragonal

76

Space group: I 41/a m d

Space group number: 141

a (Å): 3.7970

b (Å): 3.7970

c (Å): 9.5790

Alpha (°): 90.0000

Beta (°): 90.0000

Gamma (°): 90.0000

Calculated density (g/cm^3): 3.84

Volume of cell (10^6 pm^3): 138.10

Z: 4.00

RIR: 4.99

Subfiles and quality

Subfiles: User Inorganic

User Mineral

Quality: User From Structure (=)

Comments

Creation Date: 01/01/1980

Modification Date: 01/04/2006

Original ICSD space group: I41/AMDS

Stable below 300 K (3rd ref., Tomaszewski), 300-800 K: Pbca. X-ray

diffraction from single crystal

Structure type: TiO2(tI12). Temperature factors available

Temperature in Kelvin: 873

The structure has been assigned a PDF number (experimental powder diffraction

data): 21-1272

The structure has been assigned a PDF number (calculated powder diffraction

data): 01-071-1168

Compound with mineral name: Anatase

Structure type: TiO2(tI12)

Recording date: 1/1/1980

Modification date: 4/1/2006

Mineral origin: Binntal, Wallis, Switzerland

ANX formula: AX2

Z: 4

Calculated density: 3.84

R value: 0.023

Pearson code: tI12

77

Wyckoff code: e a

PDF code: 00-021-1272

Structure TIDY: TRANS Origin 0 3/4 5/8

Structure TIDY: REMARK Transformed from non-centrosymmetric setting.

Publication title: Refinement of the structure of anatase at several temperatures

ICSD collection code: 9854

Structure: TiO2(tI12)

Chemical Name: Titanium Oxide

Second Chemical Formula: Ti O2

References

Structure: Meagher, E.P.;Schwerdtfeger, C.F.;Horn, M.,

Golden Book of Phase Transitions, Wroclaw, 1, 1 -

123, (2002)

Peak list

No. h k l d [A] 2Theta[deg] I [%]

1 0 1 1 3.52981 25.210 100.0

2 0 1 3 2.44378 36.747 6.5

3 0 0 4 2.39475 37.527 19.7

4 1 1 2 2.34200 38.405 7.7

5 0 2 0 1.89850 47.875 26.2

6 0 2 2 1.76490 51.756 0.0

7 0 1 5 1.71042 53.533 16.6

8 1 2 1 1.67200 54.865 16.3

9 1 2 3 1.49924 61.834 2.9

10 0 2 4 1.48771 62.366 12.2

11 1 1 6 1.37223 68.298 5.5

12 2 2 0 1.34244 70.032 5.7

13 0 1 7 1.28737 73.504 0.5

14 1 2 5 1.27075 74.627 8.7

15 0 3 1 1.25476 75.744 2.4

16 0 2 6 1.22189 78.162 0.0

17 0 0 8 1.19738 80.080 0.4

18 0 3 3 1.17660 81.791 0.6

19 2 2 4 1.17100 82.267 4.3

20 1 3 2 1.16468 82.811 1.9

Structure

No. Name Elem. X Y Z Biso sof Wyck.

1 O1 O 0.00000 0.25000 0.16720 1.4800 1.0000 8e

2 TI1 Ti 0.00000 0.25000 0.37500 1.0300 1.0000 4b

78

Stick Pattern

Name and formula

Reference code: 98-005-3601

Mineral name: Rutile

Compound name: Rutile

Common name: Rutile

Chemical formula: O2Ti1

Crystallographic parameters

Crystal system: Tetragonal

Space group: P 42/m n m

Space group number: 136

a (Å): 4.5850

b (Å): 4.5850

c (Å): 2.9590

Alpha (°): 90.0000

Beta (°): 90.0000

79

Gamma (°): 90.0000

Calculated density (g/cm^3): 4.26

Volume of cell (10^6 pm^3): 62.20

Z: 2.00

RIR: 3.66

Subfiles and quality

Subfiles: User Inorganic

User Mineral

Quality: User From Structure (=)

Comments

Creation Date: 01/04/2003

Modification Date: 01/04/2006

Original ICSD space group: P42/MNM

Stable from 800 to 1800 K (2nd ref., Tomaszewski), 300-800 K: Pbca. z(Ti)

corrected from 0.0002 into 0.0000 for symmetry

reasons

Cell of Zi.9 Zr.1 O2: 4.619, 2.991. At least one temperature factor

missing in the paper.. No R value given in the

paper.

Structure type: TiO2(tP6). Structure calculated theoretically

Temperature in Kelvin: 300. Standard deviation missing in cell constants

Pressure in MPa: 100

The structure has been assigned a PDF number (experimental powder diffraction

data): 21-1276

The structure has been assigned a PDF number (calculated powder diffraction

data): 01-071-4513

Compound with mineral name: Rutile

Structure type: TiO2(tP6)

Recording date: 4/1/2003

Modification date: 4/1/2006

ANX formula: AX2

Z: 2

Calculated density: 4.26

Pearson code: tP6

Wyckoff code: f a

PDF code: 00-021-1276

Publication title: Molecular dynamics study of the Ti O2 (rutile) and Ti O2-Zr O2

systems

ICSD collection code: 53601

80

Structure: TiO2(tP6)

Chemical Name: Titanium Oxide

Second Chemical Formula: Ti O2

References

Structure: Kitoh, R.;Fujii, I.;Fukuda, K., Golden Book of

Phase Transitions, Wroclaw, 1, 1 - 123, (2002)

Peak list

No. h k l d [A] 2Theta[deg] I [%]

1 1 1 0 3.24208 27.489 100.0

2 0 1 1 2.48621 36.098 48.2

3 0 2 0 2.29250 39.268 6.8

4 1 1 1 2.18557 41.274 19.0

5 1 2 0 2.05047 44.131 6.1

6 1 2 1 1.68537 54.394 56.1

7 2 2 0 1.62104 56.743 17.2

8 0 0 2 1.47950 62.752 7.9

9 1 3 0 1.44990 64.183 8.4

10 2 2 1 1.42168 65.616 0.5

11 0 3 1 1.35790 69.120 19.3

12 1 1 2 1.34597 69.821 9.7

13 1 3 1 1.30200 72.545 1.3

14 2 3 0 1.27165 74.565 0.2

15 0 2 2 1.24310 76.582 2.1

16 1 2 2 1.19979 79.887 1.1

17 2 3 1 1.16833 82.496 4.4

18 0 4 0 1.14625 84.446 3.1

19 1 4 0 1.11203 87.688 1.0

20 2 2 2 1.09278 89.642 7.1

Structure

No. Name Elem. X Y Z Biso sof Wyck.

1 O1 O 0.30220 0.30220 0.00000 0.5000 1.0000 4f

2 TI1 Ti 0.00000 0.00000 0.00000 0.5000 1.0000 2a

Stick Pattern

81

82

Lampiran 4

Perhitungan Koefisien Difusi Ion Li

Persamaan Randles-Sevcik [30]:

𝑖𝑝 = 2.659 × 105𝑛3/2𝐴𝐶𝐷1/2𝑣1/2

𝐷𝐿𝑖 =𝐼𝑝

2

(2,659 × 105)2(𝑛1,5)2𝐴2𝐶2𝑣

Dimana:

n = banyaknya elektron per molekul (3)

A = luas permukaan (2.0096 cm2)

C = konsentrasi ion Li (0.00437 mol/cm3)

D = koefisien difusi ion Li (cm2/S)

v = kecepatan scan (V/s)

ip = adalah arus puncak (A).

Sampel Ip (A) n A (cm2) C (mol/cm3) v (V/s)

500 0.0007721 3 2.0096 0.00437 0.00012

600 0.0019341 3 2.0096 0.00437 0.00012

700 0.0042537 3 2.0096 0.00437 0.00012

800 0.0053444 3 2.0096 0.00437 0.00012

𝐼𝑝2 (2,659 × 105)(𝑛1,5)2𝐴2𝐶2𝑣 D

5.96138 x 10-7 18100 3.30× 10−11

3.74074 x 10-7 18100 2.07× 10−10

1.8094 x 10-7 18100 1.00× 10−9

2.85626 x 10-7 18100 1.58× 10−9

83

1. LTO 500oC

𝐷𝐿𝑖 =(0.0007721)2

(2,659 × 105)(3)3𝐴2𝐶2𝑣

𝐷𝐿𝑖 =(0.0042357)2

(2,659 × 105)(3)3(2.0096)2(0.00437)2(1.2 × 10−4)

= 3.30 × 10−11 𝑐𝑚2/𝑆

2. LTO 600oC

𝐷𝐿𝑖 =(0.0019431)2

(2,659 × 105)(3)3(2.0096)2(0.00437)2(1.2 × 10−4)

= 2.07× 10−10 𝑐𝑚2/𝑆

3. LTO 700oC

𝐷𝐿𝑖 =(0.0019431)2

(2,659 × 105)(3)3(2.0096)2(0.00437)2(1.2 × 10−4)

= 1.00 x 10−9 𝑐𝑚2/𝑆

4. LTO 800oC

𝐷𝐿𝑖 =(0.0053444)2

(2,659 × 105)(3)3(2.0096)2(0.00437)2(1.2 × 10−4)

= 1.58 x 10−9 𝑐𝑚2/𝑆

84

Lampiran 5

Data Hasil EIS dan Perhitungan Konduktifitas Li4Ti5O12

1. LTO 500oC

CoGambar 1. Grafik Impedansi pada sampel LTO 500

Time F (Hz) Z(Ω) deg(deg) Rs(Ω) X(Ω)

Vmoni

(V) Imoni (A)

14:56:09 20000 10.26 -27.23 9.123 4.6939 0.032 0.003119

14:56:10 15240 11.384 -29.03 9.9541 5.5233 0.035 0.003082

14:56:11 11620 12.703 -30.11 10.99 6.372 0.038 0.003032

14:56:13 8852 14.234 -30.52 12.262 7.2294 0.041 0.00287

14:56:14 6746 15.947 -30.1 13.797 7.9967 0.045 0.002837

14:56:15 5141 17.748 -28.99 15.525 8.6008 0.049 0.002784

14:56:16 3918 19.577 -27.36 17.387 8.997 0.053 0.002722

14:56:17 2986 21.422 -25.44 19.345 9.2025 0.057 0.002654

14:56:18 2275 23.172 -23.31 21.28 9.1702 0.06 0.00259

14:56:19 1734 24.847 -21.07 23.186 8.9332 0.061 0.002437

14:56:21 1321 26.352 -18.84 24.94 8.51 0.065 0.00245

14:56:22 1007 27.732 -16.79 26.549 8.0119 0.068 0.00244

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

X(Ħ)

Rs(Ħ)

Cole-Cole Plot

85

14:56:23 767.4 28.96 -14.82 27.996 7.4097 0.07 0.00242

14:56:24 584.8 30.06 -13.02 29.287 6.7739 0.072 0.002396

14:56:25 445.7 31.009 -11.39 30.398 6.1253 0.074 0.002373

14:56:27 339.6 31.788 -9.98 31.307 5.5095 0.075 0.002354

14:56:28 258.8 32.483 -8.79 32.102 4.9618 0.076 0.002333

14:56:29 197.2 33.063 -7.8 32.757 4.4898 0.077 0.002319

14:56:30 150.3 33.605 -7.12 33.345 4.168 0.077 0.002304

14:56:31 114.6 34.071 -6.6 33.845 3.9154 0.078 0.00229

14:56:33 87.3 34.524 -6.33 34.314 3.806 0.076 0.002196

14:56:34 66.53 35.032 -6.21 34.826 3.7897 0.077 0.002206

14:56:35 50.7 35.487 -6.25 35.276 3.8622 0.078 0.002207

14:56:36 38.64 36.026 -6.44 35.799 4.0429 0.079 0.002199

14:56:38 29.44 36.614 -6.76 36.359 4.3094 0.08 0.002186

14:56:39 22.44 37.284 -7.13 36.996 4.6285 0.081 0.002168

14:56:41 17.1 38.08 -7.53 37.751 4.9872 0.082 0.002143

14:56:42 13.03 38.949 -8.11 38.559 5.4929 0.082 0.002111

14:56:44 9.931 39.898 -8.57 39.452 5.9455 0.083 0.00207

14:56:46 7.568 40.975 -9.09 40.461 6.4725 0.083 0.002018

14:56:48 5.767 42.122 -9.63 41.528 7.0488 0.082 0.001951

14:56:50 4.395 43.462 -10.09 42.789 7.6174 0.081 0.001864

14:56:53 3.35 44.874 -10.59 44.11 8.2447 0.076 0.001691

14:56:56 2.553 46.395 -11.08 45.53 8.9154 0.073 0.001568

14:56:09 1.945 48.121 -11.73 47.115 9.7867 0.068 0.001414

14:56:10 1.482 49.921 -12.01 48.828 10.387 0.062 0.001237

14:56:11 1.13 51.51 -12.97 50.197 11.557 0.054 0.001052

14:56:13 0.861 53.478 -13.69 51.96 12.653 0.046 0.000869

14:56:14 0.656 56.344 -14.31 54.596 13.925 0.04 0.000702

86

14:56:15 0.5 57.669 -13.47 56.081 13.437 0.032 0.000557

2. LTO 600oC

CoGambar 2. Grafik Impedansi pada sampel LTO 600

Time F (Hz) Z(Ω) deg(deg) Rs(Ω) X(Ω) Vmoni

(V) Imoni (A)

14:56:02 20000 25.1 -17.75 23.879 7.6459 0.063 2.50E-03

14:56:03 15240 26.7 -18.05 25.383 8.2696 0.066 2.46E-03

14:56:04 11620 28.5 -17.94 27.077 8.7675 0.069 2.41E-03

14:56:05 8852 30.3 -17.55 28.867 9.1284 0.069 2.28E-03

14:56:07 6746 32.1 -16.86 30.698 9.3057 0.072 2.26E-03

14:56:08 5141 33.9 -15.97 32.566 9.3197 0.075 2.23E-03

14:56:09 3918 35.555 -15.09 34.329 9.2533 0.078 0.00219

14:56:10 2986 37.144 -14.18 36.012 9.0984 0.08 0.002156

14:56:11 2275 38.644 -13.37 37.596 8.9361 0.082 0.002122

14:56:13 1734 40.118 -12.6 39.152 8.7501 0.081 0.002015

14:56:14 1321 41.413 -12.09 40.495 8.6727 0.084 0.00204

14:56:15 1007 42.731 -11.65 41.85 8.6321 0.087 0.002042

14:56:16 767.4 44.059 -11.46 43.181 8.7513 0.09 0.002033

14:56:17 584.8 45.493 -11.47 44.585 9.0438 0.092 0.002012

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

X(Ħ)

Rs(Ħ)

Cole-Cole Plot

87

14:56:18 445.7 47.021 -11.49 46.079 9.3652 0.094 0.001988

14:56:19 339.6 48.705 -11.54 47.72 9.745 0.095 0.001958

14:56:21 258.8 50.553 -11.57 49.525 10.142 0.097 0.001925

14:56:22 197.2 52.576 -11.39 51.541 10.38 0.099 0.001887

14:56:23 150.3 54.56 -10.95 53.566 10.368 0.101 0.001852

14:56:24 114.6 56.661 -10.46 55.719 10.286 0.103 0.001814

14:56:25 87.3 58.622 -9.72 57.78 9.897 0.101 0.001717

14:56:27 66.53 60.233 -9.05 59.482 9.4767 0.103 0.001708

14:56:28 50.7 61.598 -8.38 60.939 8.9827 0.105 0.001698

14:56:29 38.64 62.92 -7.9 62.322 8.6524 0.106 0.001683

14:56:30 29.44 64.157 -7.54 63.602 8.4181 0.107 0.001667

14:56:31 22.44 65.398 -7.35 64.86 8.3715 0.108 0.001648

14:56:33 17.1 66.63 -7.38 66.077 8.5639 0.109 0.001628

14:56:34 13.03 68.026 -7.39 67.459 8.7558 0.109 0.001603

14:56:35 9.931 69.469 -7.5 68.874 9.0697 0.109 0.001575

14:56:36 7.568 71.013 -7.64 70.383 9.4356 0.11 0.001541

14:56:38 5.767 72.632 -7.79 71.962 9.8415 0.109 0.001501

14:56:39 4.395 74.395 -7.95 73.679 10.294 0.108 0.00145

14:56:41 3.35 76.287 -8.21 75.505 10.893 0.102 0.001338

14:56:42 2.553 78.291 -8.41 77.449 11.455 0.099 0.001269

14:56:44 1.945 80.473 -8.7 79.548 12.167 0.095 0.001176

14:56:46 1.482 82.77 -8.84 81.786 12.72 0.088 0.001063

14:56:48 1.13 85.115 -9.12 84.039 13.49 0.08 0.000934

14:56:50 0.861 87.647 -9.3 86.493 14.172 0.07 0.000796

14:56:53 0.656 90.673 -9.39 89.456 14.801 0.06 0.000661

14:56:56 0.5 92.809 -9.12 91.636 14.706 0.05 0.000536

88

3. LTO 700oC

Cofik Impedansi pada sampel LTO 700Gambar 3. Gra

Time F (Hz) Z(Ω) deg(deg) Rs(Ω) X(Ω) Vmoni

(V) Imoni (A)

14:39:43 20000 11.466 -36.75 9.1874 6.8596 0.036 0.003108

14:39:45 14630 13.513 -37.44 10.729 8.2153 0.041 0.003032

14:39:46 10700 15.886 -36.79 12.723 9.5137 0.047 0.002937

14:39:47 7821 18.492 -34.87 15.172 10.572 0.051 0.002748

14:39:48 5719 21.144 -32.15 17.903 11.25 0.056 0.002669

14:39:49 4182 23.731 -28.92 20.771 11.478 0.061 0.002583

14:39:51 3058 26.042 -25.67 23.471 11.282 0.065 0.002501

14:39:52 2236 28.177 -22.68 25.997 10.866 0.068 0.002428

14:39:53 1635 30.184 -20.03 28.358 10.34 0.069 0.002294

14:39:54 1196 31.908 -17.77 30.385 9.7389 0.073 0.002301

14:39:55 874.6 33.626 -15.89 32.342 9.2051 0.077 0.002283

14:39:57 639.5 35.277 -14.12 34.212 8.6033 0.079 0.002253

14:39:58 467.7 36.806 -12.56 35.925 8.0062 0.082 0.00222

14:39:59 342 38.129 -11.01 37.426 7.2851 0.083 0.002189

14:40:00 250.1 39.301 -9.66 38.744 6.5942 0.085 0.002162

14:40:01 182.9 40.302 -8.48 39.861 5.9424 0.086 0.002136

14:40:02 133.7 41.091 -7.56 40.733 5.4049 0.087 0.002118

14:40:04 97.8 41.833 -7.03 41.518 5.1204 0.084 0.002011

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600

X(Ħ)

Rs(Ħ)

Cole-Cole Plot

89

14:40:05 71.52 42.394 -6.75 42.1 4.9832 0.086 0.002028

14:40:06 52.3 42.937 -6.87 42.628 5.1345 0.087 0.002032

14:40:07 38.24 43.51 -7.36 43.152 5.5727 0.088 0.002027

14:40:08 27.97 44.189 -8.24 43.733 6.3321 0.089 0.002014

14:40:10 20.45 44.963 -9.53 44.342 7.4457 0.09 0.001994

14:40:11 14.95 46.01 -11.32 45.115 9.0324 0.09 0.001964

14:40:12 10.94 47.398 -13.54 46.08 11.097 0.091 0.00192

14:40:13 7.997 49.173 -16.28 47.201 13.786 0.091 0.001857

14:40:15 5.848 51.584 -19.55 48.609 17.264 0.091 0.001769

14:40:16 4.276 54.84 -23.37 50.343 21.75 0.09 0.001649

14:40:18 3.127 59.18 -27.72 52.388 27.529 0.085 0.001443

14:40:19 2.287 65.062 -32.59 54.819 35.042 0.083 0.001271

14:40:21 1.672 72.951 -37.8 57.642 44.713 0.079 0.001077

14:40:23 1.223 83.764 -42.91 61.351 57.031 0.074 0.000878

14:40:25 0.894 98.622 -48.46 65.396 73.822 0.069 0.000695

14:40:30 0.654 118.35 -53.75 69.987 95.439 0.064 0.000538

14:40:33 0.478 144.24 -59.59 73.005 124.41 0.059 0.000409

14:40:37 0.35 182.91 -63.46 81.714 163.65 0.057 0.000308

14:40:42 0.256 236.46 -69 84.735 220.75 0.055 0.000229

14:40:49 0.187 302.28 -73.23 87.214 289.42 0.052 0.000169

14:40:57 0.137 389.04 -75.42 97.95 376.51 0.049 0.000125

14:41:09 0.1 516.98 -76.06 124.5 501.76 0.044 8.38E-05

90

4. LTO 800oC

CoGambar 4. Grafik Impedansi pada sampel LTO 800

Time F (Hz) Z(Ω) deg(deg) Rs(Ω) X(Ω) Vmoni

(V) Imoni (A)

14:43:46 20000 8.75 -10.14 8.6145 1.5402 0.027 0.002719

14:43:47 15240 9.01 -10.26 8.8693 1.6056 0.028 0.002566

14:43:49 11620 9.25 -10.33 9.1018 1.6594 0.029 0.002545

14:43:50 8852 9.54 -10.62 9.3769 1.7575 0.029 0.002517

14:43:51 6746 9.82 -10.97 9.6366 1.8679 0.03 0.002486

14:43:52 5141 10.1 -11.52 9.9367 2.0262 0.031 0.002448

14:43:53 3918 10.5 -11.93 10.258 2.1681 0.032 0.002406

14:43:55 2986 10.8 -12.55 10.579 2.355 0.033 0.002351

14:43:56 2275 11.3 -13.28 10.949 2.5841 0.034 0.002283

14:43:57 1734 11.7 -13.94 11.355 2.8185 0.034 0.002199

14:43:58 1321 12.195 -14.93 11.784 3.1415 0.036 0.002095

14:43:59 1007 12.745 -15.79 12.264 3.4683 0.038 0.001972

14:44:01 767.4 13.369 -16.85 12.795 3.8759 0.04 0.00183

14:44:02 584.8 14.061 -18 13.372 4.3456 0.042 0.001609

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

X(Ħ)

Rs(Ħ)

Cole-Cole Plot

91

14:44:03 445.7 14.911 -19.19 14.083 4.9009 0.044 0.001447

14:44:04 339.6 15.905 -20.21 14.925 5.4953 0.046 0.00127

14:44:05 258.8 17.062 -21.08 15.92 6.1374 0.049 0.001089

14:44:06 197.2 18.385 -21.42 17.115 6.7137 0.052 0.000914

14:44:08 150.3 19.821 -21.37 18.458 7.2229 0.055 0.000752

14:44:09 114.6 21.309 -20.86 19.913 7.5882 0.058 0.000612

14:44:10 87.3 22.751 -20.06 21.37 7.8046 0.058 0.000494

14:44:11 66.53 24.101 -19.19 22.762 7.9224 0.061 0.002719

14:44:12 50.7 25.265 -18.48 23.962 8.0061 0.064 0.002566

14:44:14 38.64 26.382 -18.34 25.042 8.3002 0.066 0.002545

14:44:15 29.44 27.535 -18.59 26.098 8.7781 0.067 0.002517

14:44:16 22.44 28.777 -19.35 27.151 9.5365 0.069 0.002486

14:44:17 17.1 30.29 -20.45 28.381 10.585 0.071 0.002448

14:44:18 13.03 32.101 -21.9 29.784 11.972 0.073 0.002406

14:44:20 9.931 34.265 -23.28 31.474 13.545 0.075 0.002351

14:44:21 7.568 36.862 -24.72 33.483 15.417 0.077 0.002283

14:44:22 5.767 39.841 -26.03 35.799 17.486 0.079 0.002199

14:44:24 4.395 43.341 -27.25 38.531 19.843 0.079 0.002095

14:44:25 3.35 47.331 -28.43 41.625 22.531 0.076 0.001972

14:44:27 2.553 51.961 -29.57 45.191 25.645 0.075 0.00183

14:44:29 1.945 57.162 -30.77 49.114 29.246 0.073 0.001609

14:44:30 1.482 63.651 -31.55 54.24 33.309 0.069 0.001447

14:44:32 1.13 70.54 -32.17 59.71 37.559 0.065 0.00127

14:44:35 0.861 78.977 -32.26 66.787 42.152 0.059 0.001089

14:44:37 0.656 89.361 -32.29 75.546 47.731 0.055 0.000914

14:44:43 0.5 100.88 -30.72 86.724 51.526 0.05 0.000752

92

Nilai konduktivitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut [31]:

𝑅 = 𝜌𝑙

𝐴

𝜎 =1

𝜌

Dimana:

R = resistansi (Ω)

𝑙 = tebal sampel (cm)

A = luas permukaan sampel (cm2) dan

𝜌 = resistivitas (Ω. 𝑐𝑚).

𝜎 = konduktifitas (S/cm)

Sampel Tebal

(cm)

A (cm2) Re (𝛀) Rct (𝛀) 𝝈𝒆(𝑺/𝒄𝒎)

𝝈𝒄𝒕

(S/cm) 𝝈 (𝑺

𝒄𝒎⁄ )

500oC 0,011 0.020096 9.123 33.345 0.0599 0.0164 0.0764

600oC 0,014 0.020096 23.879 60.939 0.0291 0.0114 0.0406

700oC 0,010 0.020096 9.187 42.1 0.0541 0.0118 0.0659

800oC 0,080 0.020096 8.614 23.962 0.4621 0.1661 0.6282

1. LTO 500oC

Konduktifitas elektronik:

𝜌𝑒 =𝑅𝑒𝐴

𝑙

𝜌𝑒 = (9.123)(0.020096)

0.011= 16.66 Ω. 𝑐𝑚

𝜎𝑒 =1

16.66= 0.0599 𝑆/𝑐𝑚

Konduktifitas transfer muatan:

𝜌𝑐𝑡 =𝑅𝑐𝑡𝐴

𝑙

93

𝜌𝑐𝑡 = (33.345)(0.020096)

0.011= 60.91 Ω. 𝑐𝑚

𝜎𝑐𝑡 =1

60.91= 0.0164 𝑆/𝑐𝑚

Konduktivitas total:

𝜎 = 𝜎𝑒 + 𝜎𝑐𝑡

𝜎 = 0.0599 + 0.0164 = 0.0764 𝑆/𝑐𝑚

2. LTO 600oC

Konduktifitas elektronik:

𝜌𝑒 =𝑅𝑒𝐴

𝑙

𝜌𝑒 = (33.879)(0.020096)

0.014= 47.86 Ω. 𝑐𝑚

𝜎𝑐𝑡 =1

47.86= 0.0291 𝑆/𝑐𝑚

Konduktifitas transfer muatan:

𝜌𝑐𝑡 =𝑅𝑐𝑡𝐴

𝑙

𝜌𝑐𝑡 = (60.939)(0.020096)

0.014= 87.47 Ω. 𝑐𝑚

𝜎𝑐𝑡 =1

87.47= 0.01143 𝑆/𝑐𝑚

Konduktivitas total:

𝜎 = 𝜎𝑒 + 𝜎𝑐𝑡

𝜎 = 0.0291 + 0.01143 = 0.0406 𝑆/𝑐𝑚

3. LTO 700oC

Konduktifitas elektronik:

𝜌𝑒 =𝑅𝑒𝐴

𝑙

𝜌𝑒 = (9.187)(0.020096)

0.010= 18.46 Ω. 𝑐𝑚

94

𝜎𝑐𝑡 =1

18.46= 0.0541 𝑆/𝑐𝑚

Konduktifitas transfer muatan:

𝜌𝑐𝑡 =𝑅𝑐𝑡𝐴

𝑙

𝜌𝑐𝑡 = (42.1)(0.020096)

0.010= 87.60 Ω. 𝑐𝑚

𝜎𝑐𝑡 =1

87.60= 0.01182 𝑆/𝑐𝑚

Konduktivitas total:

𝜎 = 𝜎𝑒 + 𝜎𝑐𝑡

𝜎 = 0.0541 + 0.01182 = 0.0659 𝑆/𝑐𝑚

4. LTO 800oC

Konduktifitas elektronik:

𝜌𝑒 =𝑅𝑒𝐴

𝑙

𝜌𝑒 = (8.614)(0.020096)

0.080= 2.163 Ω. 𝑐𝑚

𝜎𝑐𝑡 =1

2.163= 0.4621 𝑆/𝑐𝑚

Konduktifitas transfer muatan:

𝜌𝑐𝑡 =𝑅𝑐𝑡𝐴

𝑙

𝜌𝑐𝑡 = (23.962)(0.020096)

0.080= 6.019 Ω. 𝑐𝑚

𝜎𝑐𝑡 =1

6.019= 0.6282 𝑆/𝑐𝑚

Konduktivitas total:

𝜎 = 𝜎𝑒 + 𝜎𝑐𝑡

𝜎 = 0.4621 + 0.1661 = 0.6282 𝑆/𝑐𝑚