Citra Deliana Dewi Sundari
PUBLIC Latifa Noor
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
EMBARGO  2027-07-19 
EMBARGO  2027-07-19 
Citra Deliana Dewi Sundari
PUBLIC Latifa Noor
Baterai ion litium telah meraih kesuksesan dalam hal komersialisasi dan telah digunakan secara
luas karena memiliki densitas energi yang tinggi. Namun, terlepas dari kelebihannya, baterai
ion litium masih memiliki sejumlah masalah, meliputi masalah keamanan yang rendah,
pencemaran lingkungan, keterbatasan kapasitas energi, dan keterbatasan desain. Baterai ion
litium komersial menggunakan elektrolit cair berbasis pelarut organik yang memiliki resiko
mudah terbakar dan meledak jika terjadi kebocoran material elektrolit dan penggunaan baterai
yang tidak tepat. Untuk mengatasi hal ini, elektrolit cair perlu diganti dengan elektrolit padat
yang tidak mudah terbakar. Elektrolit polimer padat (SPE) memiliki beberapa keunggulan
dibandingkan elektrolit cair, diantaranya dapat digunakan untuk baterai ion litium bertegangan
tinggi, proses pembuatan yang relatif sederhana, tingkat keamanan yang tinggi, bersifat
fleksibel, serta memungkinkan penggunaan anoda logam litium sehingga densitas energi dari
baterai ion litium dapat ditingkatkan. Salah satu material yang berpotensi untuk dikembangkan
sebagai SPE adalah karboksimetil kitosan (CMCS), karena memiliki konduktivitas ion yang
lebih tinggi dibandingkan polimer yang umum dikembangkan sebagai SPE yaitu polietilen
oksida (PEO), serta memiliki kemampuan yang baik untuk melarutkan garam litium.
Penambahan
garam litium dengan anion berukuran besar seperti litium
bis(trifluorometanasulfonil)imida (LiTFSI) dilaporkan dapat meningkatkan konduktivitas ion
karena mudah terdisosiasi di dalam matriks polimer. Selain itu, penambahan cairan ion 1-etil
3-metilimidazolium bis(trifluorometanasulfonil)imida (EMImTFSI) berpotensi dapat
meningkatkan konduktivitas ion dan kestabilan elektrokimia SPE.
Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan SPE berbasis CMCS dan EMImTFSI untuk
dapat diaplikasikan sebagai SPE pada baterai ion litium. Garam litium LiTFSI digunakan
sebagai sumber ion litium. Penambahan LiTFSI pada SPE CMCS telah berhasil meningkatkan
konduktivitas ionnya dari 2,09 x 10-7 S cm-1 hingga mencapai nilai tertingginya yaitu 7,81 x
10-5 S cm-1 pada temperatur ruang, dengan penambahan sebanyak 25% LiTFSI. Penambahan
LiTFSI lebih lanjut justru menurunkan konduktivitas ion dan sifat mekanik SPE karena adanya
pembentukan kristal garam yang menyebabkan ketidakhomogenan struktur. SPE
CMCS/LiTFSI-25% memiliki kekuatan tarik yang tinggi sebesar 35,6 MPa, stabil secara
termal hingga temperatur ~244 °C, kestabilan elektrokimia yang tinggi hingga 5,4 V (vs.
Li/Li+), dan kestabilan siklus litium plating/stripping galvanostatik dengan overpotensial yang
rendah (~30 mV). Lebih lanjut, penambahan EMImTFSI sebesar 10-20% menyebabkan
terjadinya penurunan kristalinitas pada SPE, sehingga meningkatkan konduktivitas ion SPE.
Nilai konduktivitas ion tertinggi diperoleh pada penambahan 20% EMImTFSI dengan nilai
mencapai 1,38 x 10-4 S cm-1 pada temperatur ruang. Nilai tegangan tarik SPE meningkat pada
penambahan EMImTFSI hingga 30% dan turun pada penambahan 40% EMImTFSI, namun
perubahannya berada pada rentang nilai yang terbatas (28,1 – 31,2 MPa). Sementara itu, nilai
regangan tarik SPE berkurang dengan cukup signifikan seiring penambahan cairan ion
EMImTFSI,
mengakibatkan
SPE
menjadi
bersifat
lebih
kaku.
SPE
CMCS/LiTFSI/EMImTFSI-20% stabil secara elektrokimia hingga 5,5 V (vs. Li/Li+). SPE ini
juga menunjukkan siklus yang stabil hingga lebih dari 1000 jam pada siklus litium
plating/stripping galvanostatik, dengan nilai overpotensial yang kecil (~4 mV).
Metode komputasi DFT dan dinamika molekul digunakan untuk memahami mekanisme
konduksi ion, interaksi antarpartikel, serta mendukung temuan eksperimen. Studi komputasi
awal pada sistem biner elektrolit EMImTFSI/LiTFSI menunjukkan bahwa interaksi
antarmolekul yang terjadi bersifat non kovalen dan interaksi elektrostatik lemah, dengan
kekuatan interaksi antarmolekul pada sistem EMImTFSI/LiTFSI lebih kuat daripada sistem
EMImTFSI murni. Ion Li+ berdifusi melalui gerakan kooperatif kation-anion, dengan nilai
konduktivitas ion Li+ mencapai nilai maksimum pada konsentrasi LiTFSI intermediet, yaitu
pada rentang xLi antara 0,1 dan 0,2. Perhitungan DFT pada sistem CMCS/LiTFSI
menunjukkan bahwa besarnya energi interaksi antara Li+ dengan TFSI- dan antara Li+ dengan
rantai CMCS (13,73 dan 12,22-14,52 kkal/mol) jauh lebih rendah dari energi interaksi Li+
TFSI- pada sistem LiTFSI murni (38,15 kkal/mol), yang mendukung temuan terjadinya
peningkatan konduktivitas ion SPE pada penambahan LiTFSI. Namun, pada konsentrasi
LiTFSI yang tinggi, interaksi kuat antara Li+ dengan TFSI- menjadi dominan, sehingga memicu
penurunan konduktivitas ion. Hal ini dikonfirmasi oleh hasil simulasi dinamika molekul, yaitu
bilangan koordinasi antara Li+ dengan oksigen pada TFSI- mengalami peningkatan seiring
peningkatan konsentrasi LiTFSI di dalam sistem. Mekanisme konduksi ion litium dalam sistem
SPE CMCS/LiTFSI merupakan kombinasi antara ion hopping dan gerakan segmental polimer.
Lebih lanjut, perhitungan DFT pada sistem CMCS/LiTFSI/EMImTFSI menunjukkan bahwa
adanya kation EMIm+ dapat membatasi koordinasi Li+ dengan ion TFSI, meskipun energi
interaksi antara Li+ dengan ion TFSI- mengalami peningkatan. Simulasi dinamika molekul
pada sistem CMCS/LiTFSI/EMImTFSI mengindikasikan adanya peningkatan koefisien difusi
ion Li+ sebesar 3,42% serta penurunan koefisien difusi TFSI- sebesar 11,62% akibat adanya
penambahan cairan ion EMImTFSI. Peningkatan mobilitas ion Li+ dan penurunan mobilitas
ion
TFSI- dapat memberikan dampak positif pada konduktivitas ion SPE
CMCS/LiTFSI/EMImTFSI untuk aplikasi baterai.