Perpustakaan Digital ITB

Material LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) merupakan jenis material katode yang menjanjikan untuk diaplikasikan pada teknologi fast-charging baterai litium ion. Hal ini karena pada struktur LNMO terdapat jalur difusi ion litium tiga dimensi sehingga mempercepat pergerakan ion litium saat proses interkalasi dan deinterkalasi. Kemudian, LNMO memiliki densitas energi mencapai 650 Wh kg-1 dan tegangan kerja yang tinggi, yaitu 4,7 V sehingga berpotensi untuk diaplikasikan pada kendaraan listrik. Keunggulan lainnya adalah material LNMO tidak terkandung unsur kobalt sehingga bersifat tidak berbahaya bagi lingkungan dan juga unggul di sisi ekonomi. Namun, LNMO memiliki beberapa kelemahan, yaitu distorsi Jahn-Teller yang membuat struktur kristal LNMO tidak stabil dan juga dekomposisi elektrolit pada tegangan tinggi menyebabkan pembentukan cathode electrolyte interphase (CEI) yang tebal sehingga dapat menurunkan konduktivitas transfer muatan. Penambahan material pada LNMO menjadi strategi yang efektif untuk melindungi partikel dari serangan elektrolit. Namun, material tersebut haruslah bersifat konduktif agar tetap dapat memudahkan untuk transfer muatan. Pada penelitian ini melaporkan sintesis LNMO dengan metode kopresipitasi dan melakukan studi mengenai pengaruh penambahan material berbasis graphene, seperti exfoliated-graphene (EG) dengan variasi persentase massa untuk meningkatkan performa elektrokimia material katode LNMO pada aplikasi baterai litium ion. Hasil karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) menunjukkan pola XRD material LNMO dengan struktur kristal Fd3?m. Terdapat fase impuritas LixNi1-xO (37,4° dan 43,7°) dan Na0,7MnO2,05 (37,4°). Kemudian, perbandingan pola XRD antara material LNMO dan LNMO yang telah dicampur dengan EG (LNMO-EG) terdapat perbedaan pada 26,5o . Intensitas pada puncak 26,5° terlihat jelas seiring penambahan persentase massa material EG. Hal ini mengonfirmasi keberadaan EG pada material LNMO yang telah dimodifikasi. Morfologi partikel antara material LNMO dan LNMO-EG memiliki bentuk yang sama yaitu truncated octahedral dan berukuran 1-2 µm. Dengan morfologi truncated octahedral yang mengindikasikan adanya tiga bidang pembentuk, yakni (111) dan (100) mendukung material LNMO menghasilkan performa elektrokimia yang baik. Hal tersebut dikarenakan masingmasing bidang memiliki peranan dalam kestabilan (111) dan konduktivitas ionik (100). Kemudian, pada LNMO-EG terlihat adanya material EG berupa lembaran-lembaran yang menghubungkan partikel LNMO satu sama lain. Hal ini dapat meningkatkan konduktivitas elektronik dan juga melindungi partikel LNMO dari serangan elektrolit. Hasil uji Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) mengonfirmasi dengan nilai Rct yang semakin rendah akibat penambahan material EG. Berdasarkan uji charge-discharge pada siklus pertama dengan densitas arus 0,1 C mengonfirmasi bahwa struktur kristal LNMO yang terbentuk Fd3?m akibat adanya reaksi redoks Mn3+/Mn4+ di sekitar 4,0 V. Penambahan persentase EG yang terlalu rendah dinilai kurang efektif namun ketika persentase EG terlalu tinggi maka akan menghambat pergerakan ion Li+ . Hal tersebut dikonfirmasi melalui performa elektrokimia dari material LNMO pada pengujian rate capability dan stabilitas siklus. Sesuai dengan hasil pengujian, LNMO 5% EG memiliki performa yang optimum dengan kapasitas spesifik discharge 93,67 mAh g-1 pada 5 C dan retensi kapasitas sebesar 95,22% setelah 100 siklus pada densitas arus 1 C.