Perpustakaan Digital ITB

Baterai ion litium berpotensi besar sebagai kandidat sistem penyimpan daya listrik skala besar karena memiliki banyak kelebihan seperti kerapatan energi dan potensial kerja yang tinggi, pengisian/pengosongan cepat, tahan lama, dan tidak ada efek memori. Komponen utama dari baterai terdiri dari tiga bagian, yaitu bagian anoda, bagian katoda, dan bagian elektrolit. Sebagai bagian elektrolit pada sel baterai, elektrolit cair memiliki kelemahan, yaitu rentan terhadap kebocoran dan lebih sulit dalam pengemasannya, sementara elektrolit padat dinilai lebih aman, lebih mudah digunakan, dan dapat dibuat dengan dimensi yang lebih kecil seperti membran lapisan tipis. Namun penggunaan elektrolit padat berupa polimer elektrolit pada baterai ion litium perlu memperhatikan aspek lingkungan, terutama ketika digunakan dalam jumlah besar. Polimer yang sulit terdegradasi dapat menyebabkan permasalahan lingkungan yang serius seperti pencemaran tanah dan air, bioakumulasi, sulit didaur ulang dan efek rumah kaca. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengembangkan polimer elektrolit baru dari matriks polimer yang ramah lingkungan, yaitu polimer berbasis selulosa termodifikasi seperti selulosa asetat dan selulosa suksinat. Pada penelitian ini, polimer elektrolit dihasilkan dari blending selulosa asetat dengan selulosa suksinat dan blending selulosa asetat dengan polivinil alkohol (PVA) yang diharapkan dapat menghasilkan membran dengan hantaran ion yang memadai untuk diaplikasikan sebagai elektrolit padat sel baterai ion litium. Penambahan selulosa suksinat ke dalam selulosa asetat dimaksudkan untuk membuka dan memperbesar pori-pori membran, agar dapat memfasilitasi transportasi ion litium berlangsung lebih cepat sehingga diharapkan dapat meningkatkan hantaran ion membran. Penambahan PVA ke dalam membran selulosa asetat karena PVA merupakan polimer yang paling banyak diproduksi dan larut dalam air, bersifat semikristalin, non toksik, transparan, biokompatibel, memiliki ketahanan kimia yang baik, dan mudah dibentuk menjadi film. Membran hasil blending polimer ini diperkirakan memiliki hantaran ion yang baik, karena terjadi proses kompleksasi-dekompleksasi antar polimer yang digunakan, sehingga memudahkan transportasi ion dalam polimer. Selulosa suksinat disintesis dengan metode MAOS (Microwave Assisted Organic Synthesis) dari selulosa dan anhidrida asam suksinat dalam cairan ion [BMIM]Cl (1-butil-3-metil imidazolium klorida) dengan iradiasi gelombang mikro. Selulosa suksinat yang dihasilkan dikarakterisasi melalui analisis gugus fungsi menggunakan spektrofotometri FTIR dan analisis derajat substitusinya. Berdasarkan spektrum FTIR untuk selulosa suksinat hasil sintesis menunjukkan adanya puncak baru pada bilangan gelombang 1722,43 - 1726,29 cm-1, yang merupakan pita serapan untuk C=O ester (monoester) dengan derajat substitusi pada rentang 0,25 - 2,10. Kondisi pelarutan dan kondisi reaksi mempengaruhi derajat substitusi selulosa suksinat yang dihasilkan. Kondisi optimum pada sintesis selulosa suksinat adalah sebagai berikut: konsentrasi pelarutan selulosa dalam [BMIM]Cl sebesar 8,6% b/b, perbandingan mol selulosa : anhidrida asam suksinat yang digunakan adalah 1:10; daya iradiasi gelombang mikro 100 watt, temperatur 170 ºC dan waktu reaksi 30 menit. Dalam penelitian ini, membran polimer elektrolit yang disiapkan ada tiga jenis membran, yaitu membran selulosa asetat-litium perklorat (SA/Li+), membran selulosa asetat-litium perklorat-selulosa suksinat (SA/Li+/SS), dan membran selulosa asetat-litium perklorat-polivinil alkohol (SA/Li+/PVA). Selulosa suksinat dan polivinil alkohol dalam penelitian ini digunakan sebagai aditif untuk meningkatkan karakteristik membran. Pembuatan membran polimer elektrolit dilakukan dengan metode solvent casting, dengan teknik pengendalian penguapan pelarut yang digunakan. Semua membran yang dihasilkan dikarakterisasi melalui analisis gugus fungsi (FTIR), hantaran ion (EIS), sifat mekanik (Tensile Tester), sifat termal (TGA), analisis morfologi (SEM), dan analisis kristalinitas (XRD). Berdasarkan hasil-hasil yang telah diperoleh menunjukkan bahwa penambahan litium perklorat, selulosa suksinat dan polivinil alkohol pada membran selulosa asetat mempengaruhi karakteristik membran yang dihasilkan. Hantaran ion membran selulosa asetat meningkat dengan bertambahnya jumlah litium perklorat yang ditambahkan ke dalam membran, namun sifat mekanik dan kestabilan termal membran menurun serta morfologi membran berubah dari rapat menjadi lebih berpori dan tidak teratur. Sedangkan penambahan selulosa suksinat maupun polivinil alkohol ke dalam membran selulosa asetat-litium perklorat menyebabkan hantaran ion dan kestabilan termal membran cenderung meningkat, akan tetapi sifat mekanik membran cenderung menurun, serta morfologi membran cenderung berubah menjadi lebih berpori dan tidak teratur. Analisis spektrum FTIR membran menunjukkan adanya kompleks koordinasi antara polimer dan litium perklorat. Karakteristik optimum membran selulosa asetat/Li+ diperoleh pada kandungan litium perklorat sebesar 10% (b/b), yaitu hantaran ion sebesar 1,03105 S/cm, kuat tarik 43,29 ± 3,523 MPa, perpanjangan putus 4,52 ± 1,37% dan ketahanan termal sampai suhu 265 oC. Dengan penambahan selulosa suksinat, karakteristik membran selulosa asetat/Li+ yang optimum diperoleh pada kandungan selulosa suksinat sebesar 3% (b/b), yaitu hantaran ion sebesar 1,35105 S/cm, kuat tarik 28,03 ± 5,925 MPa, perpanjangan putus 2,85 ± 0,23%, dan ketahanan termal membran sampai pada suhu 288 oC. Sedangkan pada penambahan PVA diperoleh sifat-sifat membran selulosa asetat/Li+ yang optimal pada kandungan polivinil alkohol sebesar 5% (b/b) yaitu membran memiliki hantaran ion sebesar 1,39105 S/cm, kuat tarik 29,51 ± 0,883 MPa, perpanjangan putus 6,01 ± 2,20% dengan ketahanan termal sebesar 275 oC. Analisis XRD menggambarkan terjadinya kompleks koordinasi antara matriks polimer dan litium perklorat, serta kecenderungan membran menjadi lebih bersifat amorf. Berdasarkan hasil-hasil yang telah diperoleh, ketiga jenis membran tersebut berpotensi digunakan sebagai membran polimer elektrolit untuk aplikasi baterai ion litium. Dari ketiga jenis membran tersebut, yang memiliki karakteristik terbaik berdasarkan hantaran ionnya adalah membran SA/Li+/PVA.