Studi Pengaruh Suhu Kalsinasi Komposit Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 Dengan Penambahan Chelating Agent C6H8O7 Sebagai Material Katoda Baterai Ion Natrium.

Rald, Rivanda Adi Imadudin and Hidayatullah, Irginata Aqil and Ir. Diah Agustina Puspitasari, S.T., M.T., Ph.D and Dr. Mar’atul Fauziyah, S.T. (2023) Studi Pengaruh Suhu Kalsinasi Komposit Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 Dengan Penambahan Chelating Agent C6H8O7 Sebagai Material Katoda Baterai Ion Natrium. Sarjana thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Baterai merupakan salah satu penyimpanan energi listrik terbarukan yang banyak digunakan di berbagai peralatan elektronik. Sejauh ini, baterai ion litium (LIB) menjadi jenis baterai yang paling banyak dipasarkan ketimbang jenis baterai lain. Namun sayangnya, akibat permintaan dan proyeksi kebutuhan LIB yang sangat tinggi, harga litium mengalami peningkatan yang sangat drastis. Dalam 5 bulan pertama tahun 2022, harga litium karbonat melonjak lebih dari 400%, menyentuh harga $54.000/ton. Baterai ion natrium (SIB) merupakan inovasi baru yang dianggap mampu menjadi alternatif memadai untuk menggantikan LIB. Namun pemanfaatan natrium sebagai pengganti litium masih memiliki kekurangan, mengharuskan pemilihan bahan katoda yang tepat dengan kinerja elektrokimia yang baik. Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 adalah salah satu bahan potensial untuk digunakan sebagai katoda SIB karena memiliki konduktivitas ionik dan elektronik Na+ tinggi. Sintesis komposit Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 dilakukan menggunakan metode sol-gel yang dilanjutkan dengan proses kalsinasi. Prekursor yang digunakan, yaitu NaNO3, Mn(NO3)2.4H2O, dan Ni(NO3)2.6H2O, dilarutkan satu per satu dalam demineralized water pada suhu 30°C selama 1 jam. Larutan campuran kemudian ditambahkan chelating agent, yaitu 20 mL 1M C6H8O7 (citric acid), dengan cara diteteskan dan dilanjutkan homogenisasi selama 1 jam. Setelah homogenisasi dengan chelating agent selesai, proses homogenisasi dilanjutkan pada suhu 90°C selama 4 jam untuk menghasilkan campuran berupa sol. Prekursor sol dikeringkan menggunakan oven sebagai proses aging pada suhu 120°C selama 12 jam. Sintesis dilanjutkan dengan proses preheating pada suhu 450°C selama 5 jam serta diakhiri dengan kalsinasi yang divariasikan dengan suhu 800, 850, dan 900°C selama 8 jam. Peningkatan suhu kalsinasi dalam sintesis komposit Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 mampu meningkatkan karakteristik katoda yang dihasilkan pada variabel 800°C dan 850°C, namun variabel 900°C justru menghasilkan katoda dengan kualitas paling buruk. Variabel 800, 850, dan 900°C menghasilkan kemurnian fasa sebesar 78; 83; dan 41% dengan ditemukan impurities MnO2. Pada variabel 900°C terdapat impurities lain, yaitu MnNi6O8, dengan persentase masing-masing impurities adalah 5,7% MnO2 dan 53,3% MnNi6O8. Masingmasing variabel menghasilkan kristalinitas senilai 60; 67; dan 50% dengan ukuran kristal sebesar 35,641; 36,505; dan 34,852 nm. Struktur morfologi masing-masing variabel turut mengalami perubahan seiring meningkatnya suhu kalsinasi, terjadi peningkatan ukuran partikel yaitu 215,017; 217,036; dan 409,07 nm dengan persebaran unsur yang merata pada variabel 800°C dan 850°C, namun terdapat kekosongan natrium pada sebagian wilayah variabel 900°C. Masing-masing variabel memiliki konduktivitas listrik sebesar 1,025.10-3; 1,507.10-3; dan 0,425.10-3 S.cm-1. Dari hasil yang diperoleh, dapat disimpulkan suhu kalsinasi optimal dalam sintesis komposit Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 adalah 850°C.

English Abstract

Battery is one of the renewable electrical energy storage that is widely used in various electronic equipment. So far, lithium ion batteries (LIBs) are the most widely marketed battery type compared to other battery types. But unfortunately, due to the very high demand and projected need for LIBs, the price of lithium has increased dramatically. In the first 5 months of 2022, the price of lithium carbonate jumped more than 400%, touching $54,000/tonne. Sodium ion batteries (SIBs) are a new innovation that is considered to be an adequate alternative to replace LIBs. However, the utilization of sodium as a substitute for lithium still has its drawbacks, requiring the selection of an appropriate cathode material with good electrochemical performance. Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 is one of the potential materials to be used as SIB cathode as it has high Na+ ionic and electronic conductivity. The synthesis of Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 composite was carried out using sol-gel method followed by calcination process. The precursors used, namely NaNO3, Mn(NO3)2.4H2O, and Ni(NO3)2.6H2O, were dissolved one by one in demineralized water at 30°C for 1 hour. The mixed solution was then added with a chelating agent, 20 mL of 1M C6H8O7 (citric acid), by dripping and then homogenized for 1 hour. After the homogenisation with chelating agent was complete, the homogenisation process was continued at 90°C for 4 hours to produce a sol mixture. The sol precursor was dried using an oven as an aging process at 120°C for 12 hours. The synthesis continued with preheating process at 450°C for 5 hours and ended with calcination which was varied with temperatures of 800, 850, and 900°C for 8 hours. Increasing the calcination temperature in the synthesis of Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 composites can improve the characteristics of the cathodes produced at 800°C and 850°C variables, but the 900°C variable actually produces the poorest quality cathodes. The 800, 850, and 900°C variables produced phase purities of 78; 83; and 41% with MnO2 impurities found. In the 900°C variable, there was another impurity, MnNi6O8, with the percentage of each impurity being 5.7% MnO2 and 53.3% MnNi6O8. Each variable produced crystallinity of 60; 67; and 50% with crystal sizes of 35.641; 36.505; and 34.852 nm. The morphological structure of each variable also changes as the calcination temperature increases, increasing the particle size of 215.017; 217.036; and 409.07 nm with an even distribution of elements in the 800°C and 850°C variables, but there are sodium vacancies in some areas of the 900°C variable. Each variable has an electrical conductivity of 1.025 x 10-3; 1.507 x 10-3; and 0.425 x 10-3 S cm-1. Based on the results obtained, it can be concluded that the optimal calcination temperature in the synthesis of Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 composite is 850°C.

Item Type:	Thesis (Sarjana)
Identification Number:	052307
Uncontrolled Keywords:	Kalsinasi, konduktivitas, kristal, Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2, Calcination, conductivity, crystal, Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2.
Divisions:	Fakultas Teknik > Teknik Kimia
Depositing User:	Zainul Mustofa
Date Deposited:	19 Jan 2024 08:10
Last Modified:	19 Jan 2024 08:10
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/212605

Text (DALAM MASA EMBARGO) RIVANDA ADI IMADUDIN RALD.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2025. Download (6MB)

Actions (login required)

View Item