Perpustakaan Digital ITB

Seiring dengan tren global yang mulai bergerak dari sistem energi berbasis fosil menuju sistem energi bersih, permintaan penggunaan baterai ion lithium akan semakin meningkat. Namun dengan umur pakai baterai yang singkat, peningkatan penggunaan baterai akan mengakibatkan jumlah limbah baterai meningkat. Limbah baterai mengandung logam berat dan elekrolit organik yang dapat mencemari lingkungan dan berdampak negatif pada kesehatan masyarakat jika tidak ditangani dengan baik. Penelitian ini mempelajari pengaruh temperatur dan waktu reduksi terhadap derajat reaksi, fasa-fasa yang terbentuk, reaksi-reaksi yang terlibat dan kinetika reaksi reduksi karbotermik katoda baterai ion litium nikelmangan- kobalt oksida agar dapat diperoleh komponen nikel, mangan, dan kobalt dalam bentuk logam dan komponen litium dalam bentuk karbonat. Percobaan yang sudah dilakukan meliputi karakterisasi sampel sebelum reaksi reduksi, simulasi aspek termodinamika reaksi yang mungkin terjadi, reaksi reduksi karbotermik katoda baterai ion litium, serta karakterisasi hasil reduksi. Sampel yang digunakan pada percobaan ini adalah katoda baterai murni tipe LiNiMnCoO2 (NMC). Simulasi termodinamika dilakukan untuk senyawa LiCoO2, LiMn2O4, dan LiNiO2 dengan memvariasikan jumlah karbon sebagai reduktor dan temperatur reaksi reduksi. Percobaan reaksi reduksi karbotermik dilakukan dengan memvariasikan temperatur reduksi dari 600 – 900°C dan waktu penahanan dari 5 menit hingga 120 menit. Untuk menganalisis fasa yang terbentuk, sampel digerus lalu dianalisis menggunakan metode analisis X-Ray Diffraction (XRD). Untuk menganalisis mikrostruktur fasa yang terbentuk, sampel hasil reaksi reduksi di-mounting dan dipotong untuk memperlihatkan penampang melintang sampel lalu dianalisis menggunakan Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectrometry (SEM-EDS). Hasil simulasi yang dilakukan memperlihatkan bahwa pada rentang temperatur 600 – 900°C, kobalt dan nikel dapat diperoleh sebagai logam, mangan diperoleh dalam bentuk MnO, dan litium diperoleh dalam bentuk Li2CO3. Berdasarkan hasil percobaan yang telah dianalisis dengan SEM-EDS dan metode XRD, temperatur reaksi reduksi karbotermik mempengaruhi derajat reduksi karbotermik LiNiMnCoO2 dan senyawa produk yang dihasilkan. Waktu penahanan reaksi reduksi karbotermik mempengaruhi derajat reduksi LiNiMnCoO2 dan derajat aglomerasi partikel. Secara umum, derajat reduksi tertinggi tercapai pada waktu penahanan reduksi 60 menit. Berdasarkan mikrostruktur sampel hasil reduksi, partikel logam dan oksida semakin membesar seiring dengan meningkatnya waktu penahanan. Reaksi reduksi karbotermik katoda baterai LiNiMnCoO2 dengan karbon telah diidentifikasi mengikuti model kinetika progressive conversion model orde satu.