1 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Pada era transisi kendaraan berbahan bakar fosil menjadi kendaraan listrik, kebutuhan baterai lithium-ion semakin meningkat. Penggunaan kendaraan listrik berbasis baterai ini menjadi pilihan untuk mengurangi emisi gas rumah kaca (CO 2) yang dihasilkan dari kendaraan berbahan bakar fosil yang berdampak pada pemanasan global. Baterai Li-ion adalah jenis baterai isi ulang (rechargeable battery) yang digunakan tidak saja untuk kendaraan listrik namun juga pada berbagai macam gawai seperti telepon seluler, laptop, kamera, dan peralatan elektronik lainnya. Baterai Li-ion termasuk pilihan utama dalam penyediaan energi baru terbaharukan (EBT) yang menjadi program pemerintah untuk dikembangkan. Teknologi baterai lithium ion ini masih terus berkembang, khususnya pemilihan material katoda dan anoda yang dapat memberikan performa yang baik dengan harga yang kompetitif (Goodenough dan Park, 2013). Kinerja baterai Li-ion sangat bergantung pada performa katoda atau elektroda positif. Jenis-jenis baterai lithium-ion juga diklasifikasikan berdasarkan jenis material penyusun katodanya. Jenis dan karakteristik material katoda merupakan faktor kunci yang menentukan kapasitas sel baterai baik kapasitas charge-maupun discharge dan umur pakai baterai. Karakteristik material katoda memegang peranan penting dalam kinerja elektrokimia sel baterai karena proses penghantaran arus listrik terjadi melalui mekanisme interkalasi dan deinterkalasi ion lithium dalam struktur material katoda ini (Wang dkk., 2019). Salah satu material katoda yang saat ini dan diprediksi ke depan akan banyak digunakan pada baterai Li-ion adalah LiNi xMnyCozO2 atau dikenal dengan singkatan NMC. Baterai Li-ion tipe NMC dikenal memiliki densitas energi yang tinggi, aman, berumur panjang, dan relatif murah (J. Li dkk., 2017). Baterai NMC yang mempunyai katoda dengan struktur kristal berlapis (layered) dilaporkan memiliki kinerja elektrokimia yang baik, aman, dan 1amper1e murah 2 (Yabuuchi dan Ohzuku, 2005), (Rao dkk., 2011). Hal ini disebabkan oleh keberadaan ion Mn 4+ yang dapat menstabilkan struktur dan memberikan kapasitas charge-discharge yang lebih tinggi (>160 mAh/g) (Xu dkk., 2012),(Gallus dkk., 2014). Kelebihan katoda NMC lainnya adalah kapasitas teoritis yang tinggi dan nilai transformasi siklus charge-discharge yang 2amper mendekati nol sehingga mempunyai efisiensi kinerja yang baik pada rentang tegangan 2,5 volt – 4,4 volt. Nikel, mangan, dan kobalt secara sinergis meningkatkan dan mempertahankan kinerja baterai NMC. Nikel berperan dalam meningkatkan nilai kapasitas discharge (Lu dkk., 2001), sementara mangan berperan dalam memperpanjang umur baterai dan menjaga keseimbangan termal baterai (Kim dkk., 2006). Kobalt dilaporkan memiliki peran dalam menjaga kapasitas discharge baterai Li-ion dengan mencegah interferensi atom nikel yang mengisi kisi kristal yang seharusnya ditempati oleh lithium (Noh dkk., 2013). Pada penelitian tesis ini digunakan metode ko-presipitasi untuk mempreparasi material prekursor katoda baterai NMC 811 dengan komposisi material penyusun yang diatur sedemikian rupa sehingga diperoleh perbandingan mol nikel : mangan : kobalt = 8 : 1 : 1. Metode ko-presipitasi dipilih karena prosesnya yang mudah dilakukan dan dikontrol dengan mengkondisikan parameter-parameter yang ditetapkan. Metode ko-presipitasi ini banyak diaplikasikan di industri baterai karena dapat menggunakan beragam bahan baku seperti garam sulfat, garam klorida, garam dengan anion organik dan garam nitrat. Metode ini juga dikenal fleksibel dan dapat menyesuaikan dengan ketersediaan bahan baku. Prosesnya sederhana dan tidak membutuhkan peralatan yang canggih (Zhao dkk., 2014) (Peralta dkk., 2018). Indonesia memiliki cadangan dan produksi tambang nikel yang tertinggi di dunia pada Tahun 2021, menurut Laporan United State Geological of Survey (USGS). Menurut Minerals Commodity Summaries Report, USGS, Januari 2022, produksi tambang nikel Indonesia pada Tahun 2021 adalah sebesar 1 juta ton nikel ekivalen, dengan cadangan sebesar 21 juta ton nikel. Sumber daya dan cadangan nikel di Indonesia berupa deposit laterit yang banyak ditemukan di wilayah Provinsi 3 Maluku Utara, Sulawesi Tengah dan Sulawesi Tenggara. Dengan peningkatan kebutuhan bahan baku baterai berbasis nikel, proses pengolahan dan pemurnian bijih nikel laterit untuk menghasilkan bahan baku untuk baterai, khususnya untuk digunakan pada kendaraan listrik, perlu terus ditingkatkan. Pada saat ini belum ada hasil penelitian yang melaporkan performa baterai, khususnya baterai Li-ion tipe NMC yang bahan baku katodanya menggunakan produk proses pengolahan dan pemurnian bijih nikel laterit dari Indonesia. Pada penelitian ini dilakukan proses sintesis material prekursor katoda baterai NMC 8:1:1 dengan metode ko-presipitasi, menggunakan nikel sulfat yang dihasilkan dari proses ekstraksi dan pemurnian bijih nikel laterit dari Pulau Sulawesi. Karakteristik material prekursor ini dibandingkan dengan karakteristik prekursor katoda NMC 811 komersial, prekursor NMC 811 yang disintesis dengan bahan-bahan kimia komersial, dan prekursor katoda NMC 811 yang sumber nikelnya adalah dari MHP (Mixed Hydroxide Precipitate). Dari keempat jenis material prekursor katoda ini kemudian dilakukan pembuatan sel baterai NMC 811 yang masing-masing diuji performa elektrokimianya. I.2 Tujuan Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis perbedaan karakteristik material prekursor katoda baterai NMC 8:1:1 yang disintesis dengan metode ko-presipitasi, menggunakan nikel sulfat yang dihasilkan dari proses ekstraksi dan pemurnian bijih nikel laterit dari Pulau Sulawesi dengan material prekursor katoda NMC 811 komersial, prekursor NMC 811 yang disintesis dengan bahan-bahan kimia komersial, dan prekursor katoda NMC 811 yang sumber nikelnya adalah dari MHP (Mixed Hydroxide Precipitate). Dievaluasi juga performa sel baterai NMC 811 yang katodanya dibuat dari ke-empat jenis prekursor katoda tersebut. Serangkaian percobaan dan analisis di laboratorium telah dilakukan dengan tujuan sebagai berikut: 1 Mengetahui karakteristik struktural material LiNi xMnyCozO2 sebagai bahan penyusun NMC 811 yang sumber nikelnya berupa nikel sulfat yang dihasilkan dari proses ekstraksi dan pemurnian bijih nikel laterit dari Pulau Sulawesi, 4 berasal dari nikel sulfat komersial dan berasal dari MHP serta dibandingkan dengan karakteristik struktural material LiNi xMnyCozO2 komersial. 2 Menganalisis morfologi material LiNi xMnyCozO2 sebagai bahan penyusun katoda NMC 811 yang sumber nikelnya berupa nikel sulfat yang dihasilkan dari proses ekstraksi dan pemurnian bijih nikel laterit dari Pulau Sulawesi, berasal dari nikel sulfat komersial dan berasal dari MHP serta dibandingkan dengan morfologi material LiNi xMnyCozO2 komersial.