Perpustakaan Digital ITB

LiNi0,9Mn0,05Al0,05O2 (NMA955) merupakan katode kaya nikel bebas kobalt yang sangat menjanjikan untuk mengatasi kelangkaan dan mahalnya harga kobalt. Peningkatan komposisi nikel pada material katode kaya nikel (Ni?80%) dapat meningkatkan kapasitas spesifik dan menurunkan biaya produksi material katode. Material katode dengan kandungan nikel tinggi mampu menyimpan kapasitas spesifik sebesar 180-220 mAh g-1 , yang dapat meningkatkan efisiensi baterai. Namun material katode kaya nikel seperti NMA955 masih memiliki beberapa kekurangan yang menghambat komersialisasinya seperti tingkat pencampuran kation yang tinggi dan degradasi kapasitas yang cepat. Metode sintesis memiliki dampak yang sangat signifikan terhadap struktur dan sifat elektrokimia material katode NMA955. Kopresipitasi menjadi salah satu metode yang banyak digunakan karena dapat menghasilkan partikel dengan ukuran dan persebaran yang seragam. Konsentrasi agen pengompleks menjadi faktor yang sangat penting dalam metode kopresipitasi, yang secara langsung mempengaruhi proses pertumbuhan kristal dan pembentukan morfologi partikel. Ukuran partikel yang seragam, kristalinitas yang baik, dan morfologi partikel menjadi pertimbangan yang utama untuk mendapatkan material katode baterai dengan performa yang unggul. Penelitian ini melaporkan optimasi konsentrasi agen pengompleks terhadap performa material katode kaya nikel bebas kobalt yang disintesis dengan metode kopresipitasi. Material prekursor yang digunakan berbasis logam sulfat dengan konsentrasi agen pengompleks yang divarasikan dari 0,6-1,5 M. Hasil karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) menunjukkan puncak-puncak material NMA955 yang disintesis bersesuaian dengan puncak LiNiO2 yang mengindikasikan material memiliki struktur layered hexagonal dengan space group R3?m. Rasio intensitas puncak I(003)/I(104) yang melebihi 1,2 memberikan indikasi bahwa seluruh variasi sampel menunjukkan tingkat pencampuran kation yang minim. Seluruh variasi sampel memiliki keteraturan layered hexagonal yang baik, tergambar dari nilai R-Factor yang mendekati 0,5. Selain itu splitting pada puncak (008) dan (110) menandakan penambahan Mn-Al mampu mendukung terbentuknya struktur layered. Partikel yang terbentuk memiliki morfologi terdiri dari partikel berbentuk polihedron yang teraglomerasi dengan ukuran 200-600 nm. Ukuran partikel yang ideal dan kristalinitas yang baik pada material katode NMA955 memungkinkan difusi ion Li+ dan konduksi elektron yang baik sehingga menghasilkan kinerja baterai yang optimal. Hasil pemetaan EDS menunjukkan unsur Al terdistribusi seragam pada seluruh sampel. Sebaran Al yang seragam memainkan peran penting dalam kestabilan struktur dan kinerja elektrokimia material katode NMA955. Pengujian performa elektrokimia dilakukan pada rentang tegangan 2,75-4,3 V dengan metode charge-discharge. Pengujian siklus pertama dilakukan pada rapat arus 0,1 C. Initial discharge capacity material katode NMA955 pada variasi NH3 0,6 M, 0,9 M, 1,2 M, dan 1,5 M sebesar 140,60 mAh g-1 , 167,08 mAh g-1 , 185,51 mAh g-1 , 164,25 mAh g-1 berturut-turut. Rapat arus yang divariasikan setiap 5 siklus pada 0,1 C, 0,2 C, 0,3 C, 0,5 C, 1 C, 2 C, 5C digunakan untuk menguji performa rate capability, material NMA955 yang disintesis dengan konsentrasi amonia 1,2 M (NMA955 NH3 1,2 M) mampu menghantarkan kapasitas sebesar 110,30 mAh g-1 pada rapat arus tinggi yaitu 5 C. Lebih lanjut, material NMA955 NH3 1,2 M mampu mempertahankan kapasitas spesifik sebesar 142,88 mAh g-1 setelah 100 siklus. Hasil uji Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) mengonfirmasi bahwa konsentrasi NH3 dapat mempengaruhi nilai hambatan transfer muatan (Rct), NH3 1,2 M merupakan konsentrasi yang tepat untuk mendapatkan nilai hambatan paling kecil. Hasil karakterisasi dan analisis Cyclic Voltametry (CV) menunjukkan material katode NMA955 NH3 1,2 M memiliki polarisasi paling kecil, koefisien difusi ion Li+ paling besar, dan reversibilitas reaksi yang paling baik. Hal ini mempertegas bahwa material NMA955 NH3 1,2 M memiliki performa elektrokimia paling unggul diantara variasi lainnya.