Perpustakaan Digital ITB

Baterai ion litium sebagai salah satu sistem penyimpan energi yang sedang dikembangkan mempunyai suatu komponen yang menjadi membran pemisah antara katode dan anode atau yang disebut sebagai separator. Separator yang telah digunakan dan dikomersialkan secara luas merupakan separator poliolefin yang digunakan bersama dengan elektrolit cair. Separator tersebut bersifat volatil dan mudah terbakar pada suhu tinggi sehingga kurang efektif pemakaiannya untuk peralatan listrik yang membutuhkan spesifikasi tinggi seperti tingkat keamanan, densitas energi dan siklus hidup tinggi. Masalah tersebut dapat diatasi dengan mengembangkan separator dari komposit sebagai elektrolit padat. Elektrolit padat komposit atau Composite Solid Electrolyte (CSE) dapat berfungsi sebagai separator dan sekaligus sebagai media transpor ion litium. Pada penelitian ini, CSE yang terdiri atas karboksimetil kitosan atau carboxymethyl chitosan (CMCh, C), zeolit ZSM-5 (Z), garam LiClO4 (L) dan 1- butyl-3-methylimidazolium chloride (BMImCl, B) telah disintesis dengan metode pencetakan larutan. Penelitian ini bertujuan untuk menyediakan komposit CMCh/ZSM-5 yang kompatibel dengan konduktivitas ion, kekuatan tarik dan stabilitas termal yang seimbang ketika berinteraksi dengan LiClO4 dan BMImCl. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi waktu agitasi saat sintesis zeolit ZSM- 5 tidak terlihat jelas perbedaannya pada zat antara (Z1A, Z3A dan Z5A), namun tampak jelas perbedaannya pada produk hidrotermalnya (Z1AH, Z3AH dan Z5AH). Karakterisasi yang paling membedakan zat antara dan produk yang satu dengan lainnya yaitu melalui spektra FTIR pada panjang gelombang 950 cm-1. Pada zat antara Z1A, puncaknya sangat kecil dan menghilang pada proses hidrotermal Z1AH, sedangkan untuk Z3A, Z3AH, Z5A dan Z5AH puncaknya masih tampak jelas, baik pada zat antara maupun pada produk. Diduga bilangan gelombang 950 cm-1 menunjukkan secondary building unit (SBU) zeolit ZSM-5 atau zeolit ZSM-5 parakristalin karena kemiripan strukturnya dengan sikloheksan konformasi perahu terbalik. Zat antara dan produk zeolit ZSM-5 diuji sebagai pengisi matriks polimer CMCh untuk mengetahui jenis zeolit mana yang menunjukkan sifat konduktivitas ion CSE yang optimum. Z5AH merupakan filler terbaik dalam sintesis CSE dengan konduktivitas ion, kekuatan tarik dan onset degradasi termal membran CMCh/Z5AH-LiClO4 masing-masing sebesar 4,35x10-6 S cm-1, 46,67 MPa, dan 256,94oC. Konduktivitas ion membran meningkat satu orde lebih tinggi dari membran CMCh murni (8x10-7 S cm-1). Kemiripan struktur dan gugus fungsi dari CMCh dan Z5AH yang diduga menyumbangkan kompatibilitas antara CMCh dan Z5AH dalam membran CMCh/Z5AH-LiClO4. Sebelum sintesis CSE dengan variasi berat LiClO4, terlebih dahulu dilakukan variasi berat Z5AH dalam sintesis CSE untuk menentukan berat Z5AH optimum. Berat zeolit ZSM-5 yang disiapkan adalah 0,5 %, 1,5% dan 3 % terhadap berat total campuran. Fungsi berat zeolit ZSM-5 dalam kekuatan mekanik membran CSE yang utama dianalisis dari kekuatan tariknya. Kekuatan tarik membran CZ0,5, CZ1,5 dan CZ3 masing-masing adalah 42,74 MPa, 48,21 MPa dan 82,59 MPa. Hasil ini menyatakan bahwa pada kadar rendah, sedang dan tinggi, zeolit ZSM-5 Z5AH berturut-turut berfungsi untuk menurunkan, mempertahankan dan meningkatkan kekuatan tarik dari CSE dibandingkan kekuatan tarik membran CMCh murni (53,12 MPa). Sintesis membran CSE dengan variasi berat LiClO4 (5, 10, 15, 20, 25 dan 30 % b/b) dilakukan pada berat Z5AH optimal 1,5 % b/b dan CMCh 98,5 % b/b. Membran CZL10 dan CZL25 merupakan dua membran CZL dengan konduktivitas ion optimum masing-masing sebesar 4,35x10-6 S cm-1 dan 1,04x10-5 S cm-1. Keterhubungan kontinu antara rantai polimer CMCh dan Z5AH dalam membran CZL10 dan misfit dislocation yang teratur antar rantai CMCh-Z5AH pada membran CZL25 menyebabkan peningkatan konduktivitas ionnya. Pada tahap akhir sintesis membran CSE, dilakukan sintesis membran dengan variasi berat cairan ion BMImCl (5, 10, dan 15 %) pada komposisi membran CZL10. Membran CZLB menunjukkan kondisi optimum konduktivitas ion yaitu pada CZL10B10 (1,20x10-5 S cm-1). Homogenitas konduktivitas ion membran CZL10B10 disumbangkan oleh homogenitas permukaan yang ditunjukkan dengan morfologi SEM dan AFM dan fleksibilitas membran yang tinggi akibat penambahan cairan ion. CZL10 dan CZL10B10 berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai elektrolit padat dalam sel baterai ion litium dengan anode litium. Keseimbangan sifat konduktivitas ion, kekuatan tarik dan stabilitas termal elektrolit padat membran tersebut diharapkan akan menjamin ketahanan, densitas energi dan siklus hidup yang tinggi ketika diaplikasikan pada baterai ion litium dengan anode litium.