Perpustakaan Digital ITB

Limbah baterai ion litium, berupa anoda, katoda, separator, elektrolit dan juga pembungkus luar mengandung logam berharga seperti Co, Mn, dan Ni yang dapat digunakan kembali melalui proses daur ulang. Prediksi peningkatan limbah baterai yang akan mencapai 25 miliar pada tahun 2020 juga menjadi salah satu penyebab pentingnya dilakukan daur ulang. Penelitian ini melaporkan daur ulang material aktif katoda baterai ion litium dengan proses leaching menggunakan asam sitrat dan asam askorbat dilanjutkan dengan kopresipitasi asam oksalat dan sintesis ulang material aktif katoda. Penelitian yang dilakukan terdiri dari empat tahap, yaitu (1) discharge baterai dan pemrosesan awal katoda, (2) leaching dengan asam, (3) kopresipitasi, dan (4) sintesis ulang material katoda. Pemrosesan awal yang dilakukan berupa pengerikan material katoda, perendaman dalam larutan NMP, pencucian, kalsinasi, dan penggilingan dengan ball milling. Berdasarkan analisa menggunakan instrumen X-Ray Diffractometer (XRD) dan Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX), material katoda baterai yang digunakan pada proses daur ulang adalah LixNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NCM) berstruktur layer dengan perbandingan Ni:Co:Mn = 1:1:1. Proses kalsinasi suhu 800 ?C selama 2 jam tidak dapat mengubah struktur material menjadi lebih bagus, akan tetapi menyebabkan perubahan fasa material menjadi spinel ditandai dengan munculnya bidang (220) dan (422). Analisa morfologi menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) menunjukkan bahwa partikel NCM berbentuk bola dengan ukuran tidak seragam serta beraglomerasi. Ukuran partikel material berkurang dari 500-900 nm menjadi 100-400 nm setelah dilakukan penggilingan. Asam sitrat dan asam askorbat digunakan sebagai agen leaching material aktif katoda NCM. Leaching material aktif katoda dengan agen asam askorbat memiliki beberapa keunggulan jika dibandingkan dengan asam sitrat yang ditambah pereduksi sukrosa, antara lain efisiensi lebih tinggi, massa residu yang dihasilkan lebih sedikit, serta waktu leaching yang lebih cepat. Asam askorbat berperan sebagai pereduksi ringan dan dapat mereduksi logam transisi menjadi bentuk yang lebih mudah larut, sehingga tidak memerlukan pereduksi tambahan. Kondisi optimal eksperimen dengan agen leaching berupa asam askorbat adalah konsentrasi asam sebesar 1,25 M dengan waktu selama 30 menit dan pada suhu 70 ?C. Ion logam hasil leaching dapat diendapkan melalui proses kopresipitasi oksalat. Analisa menggunakan XRD menunjukkan bahwa endapan yang diperoleh berupa MC2O4?2H2O (M = Co, Mn, Ni). Berdasarkan analisa X-Ray Fluoresence (XRF), komposisi unsur Ni, Co, dan Mn pada endapan oksalat mengalami perubahan dari 1:1:1 (sebelum daur ulang) menjadi 1:1:0,8 dengan komposisi unsur Mn yang lebih sedikit dibandingkan logam transisi lainnya. Hal ini berkaitan dengan ikatan senyawa kompleks antara Mn dan chelation asam organik yang lebih kuat serta kelarutan MnC2O4 yang tinggi. Sintesis ulang material aktif katoda atau R-NCM dilakukan dengan proses solid state menggunakan prekursor material hasil kopresipitasi oksalat dan litium asetat yang kemudian dikalsinasi pada suhu 780-950 ?C. Hasil analisa menggunakan instrumen XRD menunjukkan struktur material R-NCM yang disintesis dengan suhu kalsinasi > 800 ?C memiliki puncak yang tajam dan tidak terdeteksi puncak pengotor. R-NCM 900 ?C memiliki parameter struktur yang paling bagus dengan cation mixing yang rendah dan layer yang tersusun dengan baik. Material R-NCM 900 ?C memiliki morfologi yang berlapis-lapis dengan permukaan yang halus dan memiliki garis batas yang jelas ketika dianalisa menggunakan SEM. Selain itu, R-NCM 900 ?C memiliki sifat elektrokimia paling bagus dengan nilai Rct sebesar 42,01 ? dan kapasitas discharge awal sebesar 104,3 mAh/g (0,2 C). Setelah dilakukan cycle sebanyak 50 kali, diperoleh retensi kapasitas sebesar 70,76%. Terbentuknya material katoda NCM hasil sintesis ulang yang memiliki karakteristik mendekati baterai yang masih baru menunjukkan bahwa proses daur ulang telah berhasil dilakukan.