Perpustakaan Digital ITB

Penggunaan kendaraan listrik berbasis baterai menjadi pilihan untuk menurunkan emisi gas CO2 yang dihasilkan dari sektor transportasi yang berasal dari kendaraan berbahan bakar fosil. Baterai lithium ion (LIB) menjadi pilihan yang paling banyak digunakan saat ini sebagai sumber energi dari kendaraan listrik. Performa LIB bergantung pada jenis katoda yang digunakan. Katoda berbasis nikel, khususnya Ni0,8Mn0,1Co0,1O2 (NMC 811) diprediksi akan banyak digunakan pada kendaraan listrik di masa yang akan datang. Pemilihan katoda NMC 811 ini karena memiliki kapasitas dan energi spesifik yang tinggi serta biaya produksi yang relatif lebih rendah. Baterai dengan katoda NMC 811 memiliki kekurangan pada aspek kestabilan termal dan kapasitas retensi siklus charge-discharge saat digunakan secara terus-menerus. Modifikasi pada katoda NMC banyak dilakukan untuk meningkatkan performa elektrokimianya, khususnya kapasitas retensi siklusnya, salah satunya dengan cara melakukan doping. Berdasarkan fakta tersebut, penelitian ini dilakukan untuk mempelajari pengaruh doping scandium terhadap performa elektrokimia sel katoda NMC 811, khususnya dampaknya terhadap kestabilan siklus kerjanya (retensi kapasitasnya). Pada penelitian ini dilakukan doping Sc pada katoda berbasis NMC 811 dengan metode ko-presipitasi. Prekursor NMC disintesis dengan cara mereaksikan garamgaram sulfat (NiSO4.6H2O, CoSO4.7H2O dan MnSO4.H2O) dalam media H2C2O4.2H2O 2M sebagai reagen penghelat (chelating agent) dan NH4OH sebagai pengatur pH selama 2 jam. Presipitat yang diperoleh direaksikan dengan Sc2O3 dalam keadaan padat, kemudian dilakukan kalsinasi pada suhu 600 oC selama 6 jam dan dilanjutkan dengan proses sintering pada suhu 800 oC selama 12 jam dengan injeksi gas oksigen. Prekursor yang dihasilkan kemudian diaplikasikan sebagai katoda pada sel baterai NMC 811 dan NMC didoping Sc yang berbentuk silinder. Variabel pada percobaan sintesis prekursor katoda ini adalah dosis dopan Sc, yaitu 0; 2,5; 5; dan 7,5% mol Sc dari total mol Ni+Mn+Co+Sc pada prekursor berbasis NMC 811. Material sintesis NMC 811 dan NMC didoping Sc menggunakan bahan kimia teknis dari pasaran. Produk proses ko-presipitasi, produk kalsinasi dan sintering dilakukan proses karakterisasi masing-masing dengan menggunakan Xray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy dan Scanning Electron Microscope Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (SEMii EDS). Tahap selanjutnya dilakukan perakitan sel baterai dan pengujian performa elektrokimia sel menggunakan battery system test 8 (BST-8), Cyclic Voltammetry (CV) dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Data-data pengukuran yang diperoleh kemudian diolah untuk mendapatkan performa elektrokimia sel baterai yang meliputi kapasitas sel, retensi kapasitas dalam persen, konduktivitas ionik dan koefisien difusi ion lithium dan dilakukan perbandingan untuk tiap variasi katoda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan dopan Sc tidak merubah struktur kristal heksagonal dari NMC 811 tetapi meningkatkan ukuran dan keteraturan struktur kristal. Morfologi prekursor NMC 811 cenderung berbentuk bulat, sedangkan NMC didoping Sc cenderung berbentuk poligonal. Penambahan dopan Sc dapat meningkatkan diameter partikel pernyusun prekursor katoda NMC 811. Hasil analisis FTIR memperlihatkan kesesuaian gugus senyawa yang terbentuk pada masing-masing tahap yang mengindikasikan adanya ikatan O-H, C-O dan ikatan karbonat (CO3 2-) yang semakin melemah (melandai) setelah proses kalsinasi dan sintering. Kapasitas discharge terbaik ditunjukkan oleh sampel NMC 811 sebesar 147,564 mAh/g dengan efisiensi 96,016%. Sementara, untuk retensi kapasitas terbaik diperoleh pada sampel NMC-7,5% Sc dengan nilai 87,54%. Dari hasil pengukuran CV, selisih puncak potensial redoks terendah yang mengindikasikan reversibilitas reaksi reduksi-oksidasi saat siklus charge-discharge ditunjukkan oleh sampel NMC-7,5% Sc sebesar 1,02 V. Penambahan dopan Sc mengakibatkan selisih puncak redoks yang semakin kecil. Berdasarkan data-data hasil pengukuran EIS, nilai konduktivitas dan difusi ion lithium terbaik ditunjukkan oleh sampel NMC-7,5% Sc dengan nilai masing-masing 3,92x10-10 cm2/s dan 4,61x10-07 S/cm. Hasil penelitian yang diperoleh menjawab hipotesis penelitian, dimana proses doping Sc dapat meningkatkan kestabilan siklus charge-discharge dan retensi kapasitas sel baterai NMC 811.