Perpustakaan Digital ITB

Katode bebas kobalt berbasis LiNixMnyAlzO2 (NMA) merupakan kandidat material yang menjanjikan karena memiliki densitas energi tinggi dan biaya produksi yang lebih rendah dibandingkan katode berbasis kobalt. Namun, kandungan nikel yang tinggi menyebabkan material rentan mengalami degradasi, akibat paparan kelembapan udara yang memicu pembentukan residual lithium compounds (RLCs), seperti LiOH dan Li?CO?. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan meningkatkan stabilitas penyimpanan katode NMA melalui pelapisan permukaan menggunakan 2 wt% Polyacrylic acid (PAA). Material NMA-pristine disintesis melalui metode kopresipitasi dan kalsinasi, kemudian dilapisi PAA untuk menghasilkan NMA-PAA. Karakterisasi dilakukan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan Rietveld refinement, Scanning Electron Microscope (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), dan pengujian Charge-Discharge (CDC). Stabilitas penyimpanan dievaluasi setelah material disimpan pada kelembapan relatif sekitar 80% selama 3 dan 7 hari. Hasil XRD menunjukkan bahwa NMA-pristine dan NMA-PAA memiliki struktur heksagonal berlapis ?-NaFeO? dengan grup ruang R3?m, ditandai oleh peak splitting yang jelas pada bidang (006)/(102) dan (108)/(110). Kedua material memiliki rasio c/a > 4,9, rasio intensitas I(003)/I(104) > 1,2, serta nilai R-factor masing-masing sebesar 0,399 dan 0,420, yang mengindikasikan struktur berlapis yang stabil dengan tingkat pencampuran kation Ni²?/Li? yang rendah. Selanjutnya, pengamatan SEM menunjukkan bahwa kedua material tersusun atas partikel submikron berbentuk spiral, dan pelapisan PAA tidak mengubah morfologi awal material. Namun, setelah penyimpanan 3 dan 7 hari, permukaan NMA-pristine menjadi semakin kasar, sedangkan NMA-PAA tetap mempertahankan morfologi awalnya. Temuan tersebut didukung oleh hasil FTIR yang menunjukkan pita serapan karbonat pada 865, 1438, dan 1496 cm?¹, dengan intensitas yang lebih rendah pada NMA-PAA setelah penyimpanan 7 hari, sehingga mengindikasikan pembentukan Li?CO? yang lebih sedikit. Sejalan dengan hasil tersebut, pengujian EIS menunjukkan bahwa nilai resistansi transfer muatan (Rct) awal NMA-PAA sebesar 44,7 ?, lebih rendah dibandingkan NMA-pristine sebesar 106,4 ?. Setelah penyimpanan 3 hari, nilai Rct iii meningkat menjadi 74,6 ? pada NMA-PAA dan 120,4 ? pada NMA-pristine, kemudian mencapai 120,4 ? dan 151,2 ? setelah 7 hari penyimpanan. Adapaun hasil elektrokimia, kapasitas pengisian spesifik awal NMA-pristine dan NMA-PAA masing-masing sebesar 275,85 dan 191,89 mAh g?¹, sedangkan kapasitas pengosongan spesifik awalnya sebesar 209,90 dan 177,76 mAh g?¹. Meskipun kapasitas awal NMA-pristine lebih tinggi, efisiensi Coulombic awalnya hanya 76,1%, lebih rendah dibandingkan NMA-PAA yang mencapai 92,6%. Selain itu, kurva dQ/dV menunjukkan bahwa pelapisan PAA tidak mengubah mekanisme interkalasi/deinterkalasi ion Li?. Pada pengujian kemampuan laju, NMA-PAA menghasilkan kapasitas yang lebih tinggi pada 5C, yaitu 111,8 mAh g?¹ dibandingkan NMA-pristine sebesar 106,8 mAh g?¹, serta menunjukkan retensi kapasitas yang lebih baik setelah 100 siklus, yaitu 66,17% dibandingkan 61,2%. Setelah penyimpanan, NMA-pristine mengalami penurunan kapasitas pengosongan spesifik awal dari 209,90 mAh g?¹ menjadi 99,47 mAh g?¹ (?52,6%) setelah 3 hari dan 53,65 mAh g?¹ (?74,4%) setelah 7 hari, disertai penurunan efisiensi Coulomb awal dari 76,1% menjadi 68,6% dan 27,3%. Sebaliknya, NMA-PAA menunjukkan penurunan yang lebih kecil, yaitu dari 177,76 mAh g?¹ menjadi 138,76 mAh g?¹ (?21,9%) setelah 3 hari dan 86,95 mAh g?¹ (?51,1%) setelah 7 hari, dengan efisiensi Coulombic awal yang tetap lebih tinggi, yaitu 72,6% dan 60,3%. Pengujian siklus pada laju 0,5C dalam rentang tegangan 2,75–4,3 V juga menunjukkan bahwa NMA-PAA mempertahankan kapasitas pelepasan yang lebih tinggi dibandingkan NMA-pristine setelah penyimpanan. Dengan demikian, pelapisan permukaan menggunakan PAA terbukti efektif dalam mengurangi pembentukan pengotor permukaan, menekan peningkatan hambatan transfer muatan, serta meningkatkan stabilitas struktur dan ketahanan penyimpanan katode NMA pada kondisi kelembapan tinggi.