BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Pasir Besi Pasir besi merupakan

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1
Pasir Besi
Pasir besi merupakan sumber daya alam yang banyak terdapat di
Indonesia. Pasir besi banyak ditemukan di pantai selatan pulau Jawa dan salah
satunya di daerah Kulon Progo. Pasir besi dapat dimanfaatkan dalam industri baja
karena pasir besi banyak mengandung besi (Fe) sebagai bahan baku pembuatan
baja. Pasir besi juga banyak mengandung mineral-mineral magnetik seperti
magnetit (Fe3O4), hematit (α – Fe2O3), dan maghemit (ɣ - Fe2O3) sehingga pasir
besi dapat digunakan di dalam industri lain. Magnetit dapat digunakan sebagai
bahan dasar pembuatan tinta kering / toner yang biasa digunakan di dalam mesin
fotokopi dan printer laser. Maghemit adalah bahan utama pembuatan pita kaset.
Ketiga mineral tersebut juga dapat digunakan dalam industri pembuatan magnet
permanen (Yulianto, 2002).
II.2
Metode Pembuatan Material Katoda
II.2.1 Solid state synthesis
Solid state synthesis adalah percobaan atau penelitian yang digunakan
untuk memproduksi struktur kimia dengan reaksi yang dilakukan pada kondisi
ekstrim, seperti suhu tinggi dan tekanan, tanpa pelarut. Metode ini umumnya
digunakan untuk produksi massal, struktur lanjut, seperti keramik khusus, kilap
kristal dan piezoelectrics. Keunggulan metode ini adalah bahan yang dibutuhkan
sedikit dan reaksinya mudah. Akan tetapi metode ini memiliki kelemahan, yaitu
suhu pemanasan sangat tinggi dan sulit untuk mengatur homogenitas.
Pada penelitian ini dengan menggunakan metode solid state bahan-bahan
yang digunakan disentesis pada kondisi suhu tinggi selama beberapa jam sehingga
terbentuk LiFePO4 sebagai bahan pembuatan baterai lithium.
II.2.2 Metode Kopresipitasi
Sintesis kopresipitasi adalah metode kopresipitasi menggunakan precursor
sebagai zat yang akan diendapkan. Pada metode ini, reaktan dalam bentuk garam
yang dilarutkan di air dan dicampurkan secara bersama-sama. Kemudian terjadi
pengendapan dari logam-logamnya, lalu disaring dan dikalsinasi. Hal ini karena
prekursor bersifat membantu dalam pengendapan secara bersama.
Metode ini mempunyai kelemahan, yaitu kelarutan dari sampel yang ada
harus sama agar sama-sama mengendap. Akan tetapi, kelebihan dari metode
kopresipitasi ini adalah suhu kalsinasi bisa lebih rendah. Selain itu, penambahan
defek (reagen yang terdekomposisi sebelum atau selama reaksi, contohnya:
nitrat → O2 + NOX) dapat meningkatkan laju difusi dan luas permukaan dari
padatan yang dihasilkan mempunyai homogenitas yang tinggi.
Pada penelitian ini metode kopresipitasi ditujukan untuk memperkecil
ukuran partikel pasir besi dengan pencucian HCl dan NH4OH sebelum
direaksikan dengan berbagai bahan pada suhu tinggi selama beberapa jam untuk
menghasilkan LiFePO4 sebagai bahan pembuatan baterai lithium.
II.3
Material Katoda
Secara umum, material katoda ini berfungsi sebagai sumber ion lithium
penghantar arus yang dapat berpindah dari katoda ke anoda dan sebaliknya,
sehingga sangat menentukan performa dari baterai lithium itu sendiri. Jumlah ion
yang dilepaskan material katoda saat charging dan jumlah ion yang kembali pada
saat discharging menghasilkan densitas energi dan densitas power baterai.
Semakin banyak lithium dari katoda menuju anoda maka densitas energi sel
baterai semakin besar dan semakin banyak lithium yang kembali ke katoda dari
anoda maka densitas powernya semakin besar (Triwibowo, 2011).
Di antara begitu banyak bahan katoda yang diteliti, LiFePO4 dengan
struktur olivin dianggap sebagai calon yang sangat baik untuk bahan material
katoda baterai lithium ion karena memiliki kapasitas teoritis yang tinggi (170
mAh/g), stabilitas termal, murah dan ramah lingkungan (Gao, 2011). Namun
kelemahan dari material ini adalah konduktifitas listrik rendah yaitu berorde 10-9
S/cm dan difusi lithium ion yang lamban. Dua kelemahan tersebut membatasi
aplikasi LiFePO4 sebagai material katoda. Difusi ion lithium yang rendah dapat
diatasi dengan menurunkan dimensi partikel sampai skala nanometer. Untuk
mengatasi konduktifitas listrik yang rendah dapat diatasi juga dengan conductive
agent seperti penambahan karbon dan polimer yang dapat meningkatkan
performance LiFePO4 .(Anies, 2011).
Keunggulan dari material katoda LiFePO4 telah menarik perhatian sebagai
katoda baru bahan elektroda yang menjanjikan untuk baterai lithium-ion,
sedangkan kelemahan dari bahan ini rendahnya konduktivitas elektronik intrinsik
LiFePO4 dan koefisien difusi yang rendah dari Li+. LiFePO4 dengan konduktivitas
listrik sekitar 10-9-10-11 S cm-1 dan koefisien difusi kimia yang ditemukan berada
dikisaran 10-11-10-13 cm2 s-1 tergantung pada konsentrasi Li+ dan metode
karakteristik yang digunakan (Wang, 2006 ).
II.4
Baterai Lithium ion
Sebuah baterai lithium ion pada dasarnya terdiri dari lima komponen yaitu
katoda, anoda, separator, collector dan elektrolit. Katoda secara umum
dikategorikan menjadi tiga jenis, yaitu (1) lithium berbasis oksida logam, seperti
LiCoO2, (2) transisi logam fosfat, seperti Li3V2(PO4)3 dan LiFePO4 dan (3) spinel
seperti LiMn2O4(Wang, 2006).
Dalam kondisi charge dan discharge baterai ion lithium bekerja menurut
fenomena interkalasi, yaitu proses pelepasan ion lithium dari tempatnya di struktur
kristal suatu bahan elektroda dan pemasukan ion lithium pada tempat di struktur
kristal bahan elektroda yang lain (Prihandoko, 2010). Proses interkalasi pada
baterai lithium ion pada saat charge dan discharge dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar II.1. Proses perpindahan ion lithium dari katoda ke anoda
Kemampuan kapasitas energi yang tersimpan dalam baterai lithium
tergantung pada beberapa banyak ion lithium yang dapat disimpan dalam
struktur bahan elektrodanya dan berapa banyak yang dapat digerakkan dalam
proses charging dan discharging, karena jumlah arus elektron yang tersimpan
dan tersalurkan sebanding dengan jumlah ion lithium yang bergerak (Linden,
2002). Pada saat charging, material katoda akan terionisasi dan menghasilkan
ion lithium bermuatan positif dan berpindah kedalam elektrolit menuju material
anoda, sementara elektron yang diberikan akan dilepaskan bergerak melalui
rangkaian luar menuju elektroda negatif (anoda). Ion lithium ini akan masuk ke
dalam material anoda melalui mekanisme interkalasi.