pembuatan elektrolit bermatrik padatan polimer dari kitosan untuk baterai ion litium

PEMBUATAN ELEKTROLIT BERMATRIK PADATAN POLIMER DARI KITOSAN UNTUK BATERAI ION

LITIUM

Departemen KimiaDepartemen Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi BandungInstitut Teknologi Bandung

20102010

Disusun OlehHenny Firdaus(10506049)

Dosen PembimbingDr. I Made Arcana

Agenda Presentasi

Pendahuluan Metodologi Penelitian Hasil dan Pembahasan Kesimpulan

Pendahuluan Metodologi Penelitian

Hasil dan Pembahasan Kesimpulan

Latar Belakang

http://www.batteryuniversity.com/parttwo-55.htm

Lead-acid NiCdNiMH

Li-ion

Kebutuhan baterai sekunder

Mengapa Litium?

Litium merupakan logam yang paling ringan

Reaktif, memiliki potensial kimia yang besar

Lithium ion-polymer battery(LIPB)

Baterai dengan elektrolit berbasis polimer(padat)

Menggunakan litium sebagai penghantar ionik

Rechargeable Secara teoritis memiliki densitas energi serta

efisiensi pengubahan energi yang baik Mampu menahan gaya yang cukup besar Memiliki ketahanan termal yang baik

Prinsip Kerja Baterai Litium

Elektroda negatif

Elektroda positif

Tembaga, kolektor arus negatif Aluminium, kolektor arus positif

Polimer apa yang digunakan dalam LIPB(Solid Polymer Electrolyte)? Memiliki gugus yang elektronegatif Mudah di cetak menjadi film tipis Bersifat sebagai konduktor ionik Bersifat isulator

PEO(Polyethylene oxide)

Polimer semi kristalin Low-toxic Pada suhu ruang tersusun dari 60% fasa

kristalin dan 40% fasa amorf Titik leleh fasa kristalin 65oC , temperatur

gelas fasa amorf -60oC. Memiliki konduktivitas yang lebih tinggi

dibandingkan polimer lain tanpa ada pelarut organik

Dapat membentuk kompleks logam-garam

Permasalahan Konduktivitas tinggi tidak dapat diperoleh

pada suhu ruang Kekuatan mekanik PEO kecil Tingginya kelarutan PEO dalam air

Kitosan

polimer dari ikatan β-1,4 2-amin-2-deoksi-D-glukopiranosa

polimer alam yang dihasilkan dari proses deasetilasi dari kitin

Mengapa kitosan?

Memiliki atom nitrogen lebih banyak(dibandingkan dengan selulosa sintetik) agen pengkelat yang baik

Memiliki konduktivitas yang cukup baik(dry condition)

non toksik , dapat didegradasi, serta dapat digunakan sebagai matrik polimer

Memanfaatkan limbah udang dan menjadikannya sesuatu yang berdaya guna dan bernilai jual.

Hipotesis awal

Dengan mencampurkan PEO, kitosan, dan litium, diharapkan: Kekuatan mekanik meningkat Kelarutan dalam air berkurang Film yang terbentuk tidak berwarna Film yang dihasilkan lebih fleksible Konduktivitas meningkat

Tujuan

Mensintesis kitosan dari kulit udang dengan derajat deasetilasi >65%

Membuat membran polimer elektrolit dengan konduktivitas, ketahanan termal, serta kekuatan mekanik yg baik

Melakukan karakterisasi polimer elektrolit dengan FTIR, TGA/DTA, serta konduktivitas

Diagram Alir Penelitian

Kulit Udang

Demineralisasi

Deproteinasi

Kitin

Deasetilasi

Kitin

tidak

ya

Kitosan

tidak

ya

Sintesis kitosan dari kulit udang

Kitosan PEOGaram Litium

Poliblend dengan solvent tertentu

Pengeringan di udara terbuka

Karakterisasi

Analisis FTIR

Analisis Termal

DTA/TGA

Analisis Konduktivitas

Analisis Permukaan

Analisis Kristalinitas

Larut

tidak

yaPembuatan membran elektrolit

Hasil Analisis FTIR

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

37.5

45

52.5

60

67.5

75

82.5

90

97.5

%T

3778

.55

3448

.72

3429

.43

3332

.99

3309

.85

3290

.56

3271

.27

3107

.32

2931

.80

2885

.51

1658

.78 16

37.5

615

66.2

015

52.7

0

1433

.11

1379

.10

1315

.45

1261

.45

1203

.58

1157

.29

1114

.86

1070

.49

1029

.99

948.

9889

6.90

692.

44

611.

43

401.

19

kitin-h

Spektrum IR kitin

CO karbonil

O-H streching

NH streching

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

37.5

45

52.5

60

67.5

75

82.5

90

97.5

%T

3778

.55

3446

.79

3387

.00

3294

.42

2953

.02

2899

.01

2883

.58

2374

.37

1656

.85

1593

.20

1421

.54

1381

.03

1327

.03

1251

.80

1151

.50

1093

.64

1035

.77

943.

1989

4.97 66

3.51

599.

86

522.

71

401.

19

kitosan-a

Spektrum IR kitosan

Gugus amina

NH streching

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

30

40

50

60

70

80

90

100

%T

3761

.19

3414

.00

3388

.93

3373

.50

2920

.23

2879

.72

2362

.80 23

37.7

2

1570

.06

1413

.82

1340

.53

1259

.52

1155

.36

1087

.85

1029

.99

896.

90

661.

5861

7.22

524.

64

401.

19

22

Spektrum IR membran kitosan 90%-litium10%Spektrum IR membran kitosan 90%-PEO10%

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

37.5

45

52.5

60

67.5

75

82.5

90

97.5

%T

3778

.55

3446

.79

3387

.00

3294

.42

2953

.02

2899

.01

2883

.58

2374

.37

1656

.85

1593

.20

1421

.54

1381

.03

1327

.03

1251

.80

1151

.50

1093

.64

1035

.77

943.

1989

4.97 66

3.51

599.

86

522.

71

401.

19

kitosan-a50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

37.5

45

52.5

60

67.5

75

82.5

90

97.5

%T

3778

.55

3446

.79

3387

.00

3294

.42

2953

.02

2899

.01

2883

.58

2374

.37

1656

.85

1593

.20

1421

.54

1381

.03

1327

.03

1251

.80

1151

.50

1093

.64

1035

.77

943.

1989

4.97 66

3.51

599.

86

522.

71

401.

19

kitosan-a

Spektrum IR kitosan

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

37.5

45

52.5

60

67.5

75

82.5

90

97.5

%T

3778

.55

3446

.79

3387

.00

3294

.42

2953

.02

2899

.01

2883

.58

2374

.37

1656

.85

1593

.20

1421

.54

1381

.03

1327

.03

1251

.80

1151

.50

1093

.64

1035

.77

943.

1989

4.97 66

3.51

599.

86

522.

71

401.

19

kitosan-a

Spektrum IR kitosan

Terjadinya pergeseran amina pada 1580 ke bilangan gelombang yang lebih rendah menunjukkan bahwa telah terbentuk kompleks antara garam Li dan atom nitrogen dari gugus amina, serta antara asam asetat dan nitrogen

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

20

30

40

50

60

70

80

90

100

%T3

77

8.5

5

34

23

.65

34

12

.08

28

83

.58

23

62

.80 2

33

7.7

2

15

70

.06

14

15

.75

13

44

.38

12

51

.80

11

53

.43

10

97

.50

10

29

.99

95

8.6

2

89

8.8

3

84

2.8

9

66

1.5

86

19

.15

52

6.5

7

61

Spektrum IR membran kitosan75%-PEO10%-Li10%

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

37.5

45

52.5

60

67.5

75

82.5

90

97.5

%T

37

78

.55

34

46

.79

33

87

.00

32

94

.42

29

53

.02

28

99

.01

28

83

.58

23

74

.37

16

56

.85

15

93

.20

14

21

.54

13

81

.03

13

27

.03

12

51

.80

11

51

.50

10

93

.64

10

35

.77

94

3.1

98

94

.97

66

3.5

1

59

9.8

6

52

2.7

1

40

1.1

9

kitosan-a

Spektrum IR kitosan

Membran Elektrolit

Analisis Konduktivitas

Konduktivitas membran berbagai komposisi

komposisi membran (% berat)Konduktivitas kitosan PEO Litium

1.01E-05 90 10 2.09E-05 85 10 55.58E-05 90 108.22E-05 100 8.88E-05 80 10 102.11E-04 75 10 15

Analisis Kekuatan Mekanik

komposisi stress(kgf/mm2) strain(%)Modulud

Young(Kgf/mm2

)C 42.44 162.5 0.261

C-L 10% 43.29 146.67 0.29C-P 10% 44.62 120 0.37

C-P 10%-L 5% 36.71 150.83 0.24C-P 10%-L 10% 23.28 140 0.17C-P 10%-L 15% 20.83 167.5 0.12

Perbandingan Kekuatan Mekanik dan Konduktivitas

Terdapat kecenderungan bahwa konduktivitas ionik berbanding terbalik dengan kekuatan mekanik

Analisis Permukaan

Kitosan(8.22E-05)

Kitosan-Li10%(5.58E-05)

Kitosan-PEO10%(1.01E-05)

Kitosan-PEO10%-Li5%(2.09E-05)



Analisis Kristalinitas

Kitosan-Li10% Kitosan-PEO10%

Kitosan-PEO10%-Li5% Kitosan-PEO10%-Li15%

Kesimpulan

Kitosan berhasil disintesis dengan derajat deasetilasi sebesar 82%

Membran polimer elektrolit berhasil dibuat dengan konduktivitas maksimum 2.1x10-4S/cm dan kekuatan mekanik sebesar 20.83 Kgf/mm2

Membran elektrolit telah dianalisis dengan menggunakan FTIR, EIS, Tensile tester, SEM, dan X-RD

•Allah SWT•Kedua orang tua•Dr. I Made Arcana•Prof. Dr. Ing Cynthia L Radiman•Teman-teman LKFM•Teman-teman yang hadir di ruangan ini

Terima Kasih

pembuatan elektrolit bermatrik padatan polimer dari kitosan untuk baterai ion litium

Documents