Perpustakaan Digital ITB

Penggunaan baterai ion litium (LIB) diprediksi akan meningkat setiap tahunnya dan sebagai konsekuensinya jumlah baterai ion litium bekas akan ikut meningkat di masa depan. Limbah baterai litium akan menjadi masalah lingkungan apabila tidak ditangani dengan baik. Sementara itu, pada baterai ion litium terdapat unsur-unsur dengan konsentrasi dan nilai jual yang tinggi, seperti kobalt dan litium. Indonesia tidak memiliki sumber daya litium dan kobalt dalam jumlah yang signifikan sehingga baterai ion litium bekas berpotensi untuk digunakan sebagai sumber daya sekunder unsur litium dan kobalt. Salah satu cara untuk memperoleh kembali unsur-unsur tersebut dari baterai ion litium bekas adalah dengan melakukan pemrosesan temperatur tinggi pada baterai ion litium bekas. Pada studi ini telah dilakukan studi kinetika reduksi katoda LiCoO2 dengan menggunakan grafit dan bahan aditif NaCl. Percobaan dimulai dengan melakukan karakterisasi sampel LiCoO2 yang digunakan sebagai bahan baku pada studi ini. Sampel dianalisis dengan menggunakan X-ray Diffraction (XRD) untuk mengetahui struktur kristal dan kemurnian dari LiCoO2. Selain itu perubahan berat dan perpindahan panas saat sampel LiCoO2 direaksikan dengan grafit dan garam NaCl dianalisis dengan menggunakan alat Thermogravimetric-Differential Thermal Analysis (TG-DTA). Selanjutnya, sampel LiCoO2 seberat 1,5 gram dicampurkan dan dibriket dengan tepung kanji seberat 0,3 gram. Briket kemudian dikalsinasi dan disinter dalam muffle furnace pada temperatur maksimum 900oC selama 290 menit. Sampel yang telah disinter ditimbang untuk mengetahui berat awal sebelum direduksi. Tiap sampel kemudian disusun dalam krusibel porselen dengan grafit lempengan sebagai alas dan tutupnya. Serbuk grafit juga ditambahkan di sekitar sampel sebagai lapisan pelindung sampel dari oksidasi dengan atmosfer sekitar. Pada percobaan dengan penambahan NaCl, garam NaCl ditambahkan pada lapisan pelindung serbuk grafit sesuai dengan variasi yang ditargetkan. Sampel selanjutnya direduksi di dalam muffle furnace pada variasi temperatur yang telah dipilih, yaitu 900 ?C, 1000 ?C, 1100 ?C, 1200 ?C, dan 1300 ?C. Waktu reduksi divariasikan mulai dari 5 menit, 15 menit, 30 menit, 60 menit, hingga 120 menit. Setelah proses reduksi selesai, sampel dikeluarkan dari muffle furnace lalu didinginkan secara natural hingga mencapai suhu ruangan. Berat briket hasil reduksi ditimbang beratnya dengan menggunakan neraca analitik dan kemudian dikarakterisasi lebih lanjut dengan menggunakan XRD dan Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS). Analisis XRD dilakukan dengan tujuan untuk mengidentifikasi senyawa-senyawa yang terbentuk pada sampel hasil percobaan, sementara analisis SEM-EDS dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui mikrostruktur dan komposisi sampel hasil percobaan. Data hasil eksperimen kemudian dianalisis untuk memperkirakan mekanisme reduksi LiCoO2, mempelajari pengaruh temperatur reduksi, waktu penahanan, dan penambahan NaCl terhadap derajat reduksi LiCoO2, serta mengidentifikasi tahapan pengontrol laju reduksi LiCoO2. Hasil TG-DTA menunjukkan bahwa reduksi LiCoO2 terjadi melalui pembentukan senyawa CoO dan Li2CO3 pada temperatur dibawah 650 ?C, yang kemudian dilanjutkan dengan pembentukan logam Co pada temperatur diatas 650 ?C, dan pembentukan senyawa Li2O atau LiCl pada temperatur diatas 840 ?C. Temperatur reduksi berpengaruh terhadap jenis senyawa yang terbentuk selama proses reduksi. Pada temperatur dibawah 900 ?C litium akan stabil sebagai senyawa Li2CO3, pada temperatur diatas 900 ?C litium akan stabil sebagai Li2O, dan pada temperatur diatas 1300 ?C litium menguap sebagai gas LiCl. Hasil percobaan juga menunjukkan peningkatan temperatur menghasilkan peningkatan kehilangan berat dari sampel yang menandakan peningkatan derajat reduksi LiCoO2. Derajat reduksi tertinggi ditemukan pada temperatur 1300 ?C dimana semua kobalt dalam material katoda telah berubah menjadi logam. Penambahan NaCl pada proses reduksi katoda menghasilkan pembentukan lelehan garam LiCl dan Li2O. Lelehan garam tersebut menguap pada temperatur di atas 1100 ?C. Analisa data kinetika mengindikasikan bahwa keseluruhan proses reduksi LiCoO2 dikendalikan oleh reaksi kimia orde-dua dengan persentase pengurangan berat sampel yang dapat diformulasikan sebagai berikut: = 39,83% ? [1 ? 1 ?[1 + [44667exp(19934?????)]????]]