Perpustakaan Digital ITB

Perkembangan teknologi baterai modern seperti Lithium-Ion Battery (LIB), telah mendesak kebutuhan untuk sumber energi yang lebih efisien, ringan, dan ramah lingkungan. Akan tetapi penggunaan elektrolit cair yang memfasilitasi konduktivitas ionik antara elektroda meskipun sangat efektif dalam kinerja baterai, tetapi memiliki resiko keselamatan yang signifikan termasuk kebocoran, mudah terbakar, dan ketidakstabilan termal. Selain itu, separator konvensional berbasis poliolefin, seperti polipropilen (PP) dan polietilen (PE) memiliki keterbatasan signifikan dalam hal stabilitas termal dan kemampuan menahan pertumbuhan dendrit litium, serta dampak lingkungan karena sulit terdegradasi. Untuk mengatasi kelemahan tersebut dan seiring berkembangnya konsep baterai organik dan solid- state, pengembangan solid polymer electrolyte (SPE) berbasis polimer biodegradable menjadi solusi yang menjanjikan untuk meningkatkan keselamatan serta ramah lingkungan. SPE berfungsi sebagai elektrolit sekaligus separator elektronik antara anoda dan katoda. Penelitian ini mengembangkan membran SPE berbasis polivinil alkohol (PVA), yang dikenal memiliki sifat mekanik baik, dapat membentuk film yang stabil, biaya rendah, dan sifat biodegradable. Untuk meningkatkan konduktivitas ionik PVA, ditambahkan litium asetat (LiCH3COO) sebagai sumber ion Li?. Namun penambahan garam litium sering menurunkan kekuatan mekanik membran. Oleh karena itu, nanokristalin selulosa (CNC) digunakan sebagai agen penguat, sedangkan cairan ion 1-etil-3-metilimidazolium bromida (EMImBr) digunakan sebagai pemlastis dan konduktor ionik untuk meningkatkan fase amorf membran dan mobilitas ion. Kombinasi ketiga bahan ini diharapkan dapat menghasilkan membran SPE dengan konduktivitas ionik tinggi, kekuatan mekanik optimal, dan sifat ramah lingkungan yang sesuai untuk aplikasi baterai generasi baru. Metode sintesis yang digunakan melibatkan isolasi selulosa dari bonggol jagung dan hidrolisis untuk memperoleh nanokristalin selulosa, yang kemudian dikarakterisasi menggunakan FTIR, analisis ukuran partikel, dan analisis morfologi menggunakan SEM dan TEM. Cairan ion EMImBr disintesis menggunakan Microwave-Assisted Organic Synthesis (MAOS) dan dikarakterisasi dengan ¹H- NMR dan ¹³C-NMR. Membran SPE [PVA/LiCH3COO/CNC/EMImBr] difabrikasi dengan teknik solution casting dan diuji menggunakan XRD, FTIR, SEM, TGA, UTM, dan EIS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan 10% LiCH3COO ke dalam matriks PVA menghasilkan konduktivitas ionik diperoleh sebesar 1,43×10?? S/cm dengan kekuatan mekanik yang tinggi (tegangan 36,12 MPa, regangan 530,46%). Penambahan EMImBr pada membran [PVA/10% LiCH3COO] meningkatkan konduktivitas ionik, dengan nilai optimum pada 40% EMImBr yaitu mencapai 2,21×10?? S/cm, meskipun diikuti oleh penurunan kekuatan mekanik. Sebaliknya, penambahan 5% CNC pada membran [PVA/10% LiCH3COO] meningkatkan kekuatan mekanik (tegangan 40,3 MPa, regangan 524,97%), meskipun mengakibatkan penurunan konduktivitas ionik. Berdasarkan variasi komposisi yang diuji (penggabungan penambahan CNC dan EMImBr ke dalam PVA/10% LiCH3COO), kombinasi 5% CNC-30% EMImBr menunjukkan hasil paling optimum, menghasilkan konduktivitas ionik tertinggi (5,26×10?? S/cm) dengan sifat mekanik yang baik (tegangan 21,82 MPa, regangan 884,64%). Kebaharuan dari penelitian ini adalah penggabungan nanokristalin selulosa dan cairan ion EMImBr untuk mencapai keseimbangan optimal antara konduktivitas ionik dan kekuatan mekanik pada membran SPE berbasis polimer biodegradable, yang belum banyak dieksplorasi. Penelitian ini juga memanfaatkan limbah pertanian sebagai sumber nanokristalin selulosa dan menunjukkan hasil yang ramah lingkungan serta biaya rendah. Membran SPE [PVA/LiCH3COO/CNC/EMImBr] yang dikembangkan berpotensi menjadi SPE solid-state yang aman dan efisien untuk baterai ion litium generasi berikutnya, mendukung pengembangan teknologi baterai organik, serta memberikan kontribusi pada solusi penyimpanan energi yang lebih hijau dan berkelanjutan.