Perpustakaan Digital ITB

Baterai ion litium merupakan teknologi penyimpanan energi yang banyak digunakan pada perangkat elektronik portabel, kendaraan listrik, dan sistem penyimpanan energi skala besar. Salah satu material katode yang menjanjikan untuk aplikasi baterai ion litium generasi berikutnya adalah LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) karena memiliki tegangan operasi tinggi (~4,7 V vs Li/Li?), densitas energi yang tinggi, struktur spinel tiga dimensi, serta bebas kobalt. Namun, material LNMO masih menghadapi berbagai tantangan, seperti degradasi struktur, pelarutan Mn, pembentukan fase impuritas, dan ketidakstabilan antarmuka pada tegangan tinggi yang dapat menurunkan performa elektrokimia. Salah satu pendekatan yang berpotensi meningkatkan stabilitas LNMO adalah melalui rekayasa mikrostruktur. Meskipun demikian, kajian mengenai pengaruh heating rate terhadap evolusi mikrostruktur LNMO yang disintesis melalui metode kopresipitasi serta keterkaitannya dengan performa elektrokimia masih relatif terbatas. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk menginvestigasi pengaruh variasi heating rate selama proses kalsinasi terhadap mikrostruktur dan performa elektrokimia LNMO yang disintesis menggunakan metode kopresipitasi. Material LNMO disintesis menggunakan metode kopresipitasi yang diikuti proses kalsinasi dengan variasi heating rate sebesar 4 °C/min, 7 °C/min, dan 10 °C/min. Karakterisasi struktur kristal dilakukan menggunakan X-ray Diffraction (XRD) yang dilengkapi analisis Rietveld refinement, sedangkan morfologi partikel diamati menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Evaluasi performa elektrokimia dilakukan melalui pengujian Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), charge-discharge, dan stabilitas siklus menggunakan konfigurasi half-cell (LNMO || Li). Hasil penelitian menunjukkan bahwa seluruh sampel berhasil membentuk fase spinel LNMO. Peningkatan heating rate (HR) menyebabkan peningkatan fraksi fase impuritas Na0,67Ni0,33Mn0,67O2 dan penurunan kristalinitas material. Sampel LNMO HR 4 menunjukkan karakteristik mikrostruktur terbaik dengan kandungan fase impuritas paling rendah, morfologi truncated octahedral yang lebih homogen, permukaan partikel yang lebih halus, serta jumlah partikel sekunder yang lebih sedikit dibandingkan sampel lainnya. Hasil pengujian charge-discharge menunjukkan bahwa LNMO HR 4 memiliki kapasitas spesifik discharge sebesar 125,04 mAh g?¹ dan coulombic efficiency sebesar 92,52%. Sementara itu, pengujian EIS menunjukkan bahwa LNMO HR 7 memiliki hambatan transfer muatan (charge transfer resistance, Rct) terendah sebesar 103,4 ?, diikuti oleh LNMO HR 4 sebesar 118,5 ? dan LNMO HR 10 sebesar 124,2 ?. Hasil ini menunjukkan bahwa hambatan transfer muatan yang rendah tidak selalu berkorelasi secara langsung dengan performa elektrokimia secara keseluruhan, karena kinerja LNMO juga dipengaruhi oleh karakteristik mikrostruktur yang terbentuk. Kondisi tersebut mengindikasikan bahwa hubungan antara mikrostruktur dan performa elektrokimia bersifat kompleks dan tidak dapat dijelaskan hanya berdasarkan satu parameter elektrokimia. Interaksi antara struktur kristal, morfologi partikel, fase impuritas, dan karakteristik antarmuka elektrode-elektrolit perlu dipertimbangkan secara simultan untuk memahami mekanisme yang mendasari peningkatan maupun penurunan kinerja material LNMO. Pengujian stabilitas siklus selama 300 siklus pada densitas arus 1 C menunjukkan bahwa LNMO HR 4 memiliki stabilitas siklus terbaik dengan capacity retention sebesar 94,23%. Secara keseluruhan, hasil penelitian mengonfirmasi bahwa variasi heating rate merupakan parameter sintesis yang berperan dalam mengendalikan evolusi mikrostruktur LNMO, yang selanjutnya memengaruhi karakteristik transfer muatan, kapasitas spesifik, dan stabilitas siklus material. Selain itu, hasil penelitian ini menunjukkan bahwa performa elektrokimia LNMO tidak ditentukan oleh satu parameter tunggal, melainkan merupakan hasil interaksi antara kristalinitas, homogenitas morfologi, keberadaan fase impuritas, dan karakteristik transfer muatan yang terbentuk selama proses sintesis. Temuan ini memberikan kontribusi ilmiah berupa pemahaman mengenai peran heating rate dalam mengendalikan evolusi mikrostruktur serta keterkaitannya dengan performa elektrokimia LNMO yang disintesis melalui metode kopresipitasi, sehingga optimasi mikrostruktur melalui kontrol heating rate dapat menjadi salah satu strategi yang menjanjikan untuk meningkatkan performa dan kestabilan material katode LNMO sebagai kandidat material katode baterai ion litium bertegangan tinggi.