PENGEMBANGAN LITHIUM FERRI PHOSPATE (LiFePO4) SEBAGAI MATERIAL KATODA BATERAI LITHIUM ION DENGAN TINGKAT KEAMANAN TINGGI

Wiwin Candra Astuti1) , YL Sukma Setyo P2)1Diploma III, Teknik Kimia, Universitas Sebelas Maret Surakartaemail: wiwinchandra@gmail.com2Diploma III, Teknik Kimia, Universitas Sebelas Maret Surakartaemail: putrantowibowo12@gmail.com

AbstractLiFePO4 battery is a battery that can be charged repeatedly. LiFePO4 as a cathode material capable of offering long durability, power density and better security level. This study aims to produce lithium powder Ferric phosphate as the cathode material of lithium ion batteries is the safest method Assisted Flame Spray Pyrolisis (FASP). Flame Spray Pyrolysis assited (FASP) is a method of making nanoparticles that utilizes atomizing or spraying a solution in the form of droplets into the fire (flame) and will produce particles in the form of powder. Preparation of precursor solution of Ferric Phosphate Lithium (LiFePO4) by mixing a solution of LiOH.H2O, (NH4) HPO4 .2, and FeSO4.7H2O comparison with solvent mole ratio of 1:1:1 HNO3. After the precursor solution in the syringe pump to enter. Then the solution in the tool to feed the FASP with flowrate 60 ml / hour, 80 ml / hour, 100 ml / hour, 120 ml / hour and will be turned into nano-sized LiFePO4 powder. LiFePO4 powder into the material of lithium ion battery cathode. Having obtained powder, the cathode material was tested by the method of XRD, SEM, Battery Life.Keywords: LiFePO4 battery, FASP, lithium ion

1. PENDAHULUANSaat ini, LiCoO2 umum digunakan sebagai bahan katoda baterai litium ion, yang memiliki kapasitas energi secara teori sebesar 137 A h/kg. Walaupun demikian material komposit ini terbilang tidak stabil dan relatif mahal. Logam Co termasuk logam yang sulit didapat, sehingga relatif mahal bila dibanding logam transisi lainnya, seperti Mn, Fe dan Ni. Selain itu, LiCoO2 tidaklah sestabil material katoda lainnya dan bisa mengalamai penurunan kualitas scr drastis bila terjadi pengisian ulang yang berlebihan Karena itu, diperlukan alternatif material katoda yang murah dan stabil.Selama ini untuk meningkatkan kapasitas dari katoda baterai litium ion, yang digunakan pada laptop, dilakukan penggantian sebagian logam kobalt (Co) dengan logam mangan dan nikel (Li1(Co,Mn,Ni)1O2). Komposisi ideal adalah seperti Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 yang dilaporkan memiliki kapasitas dan mampu menghasilkan voltase yang lebih tinggi dibandingkan dengan LiCoO2. Bila logam Co diganti seluruhnya dengan logam Mn dan Ni, dapat meningkatkan kapasitas 30% dari sebelumnya. Namun apabila kandungan Ni tinggi dapat mengakibatkan masalah pada keamanan/safety. Sedangkan pada penggantian Co dengan Mn memang dapat meningkatkan voltase yang dihasilkan, namun berdampak pada penurunan kapasitas energi.Material katoda lainnya yang menjanjikan adalah senyawa phosphate (LiMPO4). Contoh dari senyawa ini adalah LiFePO4. senyawa ini memiliki kestabilan yang baik pada temperature tinggi berbeda dengan Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 yang mengalami penurunan kapasitas pada suhu yang tinggi Selain itu karena menggunakan besi yang mudah dijumpai, LiFePO4 pun relatif lebih murah dibandingkan material katoda lainnya.Senyawa phosphate lainnya adalah LiMnPO4 dan LiCoPO4. Material ini dilaporkan mampu menghasilkan voltase yang tinggi, yaitu masing-masing 4.1 dan 4.8 V , lebih tinggi dibandingkan LiFePO4 (3.5 V), namun sayangnya memiliki kapasitas energi yg rendah. Hal ini dapat diatasi dengan memadukan LiMnPO4 atau LiCoPO4 dengan LiFePO4, yang menghasilkan voltase (4 V) dan kapasitas energi yang cukup tinggi (150~200 Ah/kg). Campuran ini merupakan salah satu calon kuat bahan katoda baterai litium ion untuk mobil. Dengan tingginya voltase yang dihasilkan dapat mengurangi jumlah baterai yang dibutuhkan.

2. METODEAlatAlat yang digunakan adalah :1. Serangkaian alat Flame Assited Spray Pyrolysis2. Gelas beaker 250 ml3. Gelas beaker 500 ml4. Magnetic Stirrer5. Gelas ukur 50 ml6. Pipet volume7. Cawan porselin8. SendokBahanBahan yang digunakan adalah1. HLiO 2. FeSO43. (NH4)2HPO44. HNO35. Aquadest6. Ethanol absolute

Penelitian pembuatan nanopartikel LiFePO4 dilakukan di Labolatorium Dasar Teknik Kimia Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3. HASIL DAN PEMBAHASANProses Flame Assisted Spray Pyrolysis (FASP) adalah pembentukan droplet-droplet kecil dari medium fase cair dan salah satu metoda umum yang digunakan dalam sintesis padatan partikel nanostruktur Flame Spray Pyrolysis (FASP) merupakan metode pembuatan nanopartikel yang memanfaatkan atomisasi atau penyemprotan larutan berupa droplet kedalam api (flame) dan akan menghasilkan partikel berupa serbuk.Pembuatan larutan precursor1. Membuat larutan HNO3 1 M sebagai pelarut2. Menimbang HLiO, FeSO4, (NH4)2HPO4 dengan perbandingan mol 1:1:13. Melarutkan (NH4)2HPO4 dalam HNO3 1 M, kemudian ditambahkan FeSO4, dan yang terakhir penambahan HLiO sedikit demi sedikit4. Larutan LifePO4 ditambahkan etanol absolut dengan perbandingan 6:1Membuat nanopartikel LiFePO4 menggunakan rangkaian alat Flame Assited Spray Pyrolysis1. Merangkai alat FASP

Gambar 1. Gambar Rangkaian Alat2. Memasukan larutan precursor kedalam syringe pump yang sudah terhubung dengan air brush3. Nyalakan api pada burner4. Hidupkan blower5. Mengatur laju alir gas LPG sebesar 1 liter/menit dan laju alir gas N26. Jalankan syringe pump dengan flowrate precursor sebesar 60 ml/jam, 80 ml/jam, 100 ml/jam, 120 ml/jam7. Hentikan proses pada volume mendekati 60 ml

Untuk kondisi operasi penelitian menggunakan FASP adalah sebagai berikut :

Tabel 1 Kondisi Operasi PercobaanNoKecepatan precursor (ml/jam)Kecepatan udara (l/mnt)Kecepatan api (l/mnt)Volume (ml)Berat (gram)

1603159,40,479

2803159,41,007

31003159,41,005

412031590,949

Hasil XRD dari keempat sampel

Gambar 2. Hasil XRD Sampel PercobaanOrange = kec. prekursor 60 ml/jamHijau = kec. prekursor 80 ml/jamMerah= kec. prekursor 100 ml/jamBiru= kec. prekursor 120 ml/jam

Hasil XRD diatas menunjukkan intensitas yang rendah jika suplay udara berasal dari kompresor.

Untuk XRD LiFePO4 komersil adalah

Gambar 3. Hasil XRD LiFePO4 Komersil

Setelah satu sampel yaitu pada sampel pertama di furnace selama 4 jam dalam gas N2 hasilnya sebagai berikut :

Gambar 4. Hasil XRD LiFePO4 hasil percobaan setelah di furnace

Dari hasil XRD sampel diatas menunjukkan bahwa intensitas LiFePO4 sudah tinggi dan hampir mendekati yang komersil.

5. KESIMPULANa. Material katoda LiFePO4 dibuat dengan metode Flame Assisted Spray Pyrolysis (FASP) agar partikel berukuran nano dan lebih efektifb. Percobaan menggunakan udara dari kompresor tidak menimbulkan intensitas yang tinggi.c. Setelah bahan difurnace hasil mempunyai intensitas yang lebih tinggi.

6. REFERENSI

Ki Bagus Teguh Santoso , M. Nur Eka Fitriadi. 2012. Pembuatan Nanopartikel Tungsten Trioksida (WO3) Menggunakan Proses Flame Assisted Spray Pyrolysis (FASP). UNS : Surakarta. Prasetyo, Yudi. 2013. Baterai LiFePO4 Ion untuk Kendaraan Listrik. Jakarta.Prihandoko, Bambang. Technology lithium bateray. Tangerang. LIPIPurwaningsih, Dyah dan Hari Sutrisno. 2012. Pengembangan Material Li1+XMn2-Xo4 Untuk Aplikasi Elektroda Positif Baterai Litium. UNY : Yogyakarta.Purwanto, A., 2011,Fabrication of Tungsten Oxide Nanoparticles using Flame Assisted Spray Pyrolysis (FASP) from Aqueous Precursor for Harmful Pollutant Degradation using Sun Light Irradation, ITSF Foundation-Japan, Indonesia.Zhang D., Haran B.S., Durairajan A., White R.E., Podrazhansky Y. And Popov B.N., J. Power Sources 91 (2000)