Sintesis Senyawa LiBOB untuk Elektrolit Padat Baterai Litium Ion Melalui Metode Pencampuran Basah

ASEP SAHIDIR, Prof. Ir. Suryo Purwono, MA.Sc., Ph.D.

2015 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Munculnya kekhawatiran akan bahaya yang dapat ditimbulkan dari penggunaan elektrolit cair pada baterai telah mendorong para peneliti untuk beralih pada penggunaan elektrolit padat. Salah satu elektrolit padat yang saat ini mulai dikembangkan adalah elektrolit dari senyawa Litium Bis(Oksalato) Borat atau LiBOB. Senyawa tersebut dianggap lebih ramah lingkungan karena tidak mengandung unsur halogen. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mempelajari kinetika reaksi sintesis senyawa LiBOB. Reaksi sintesis senyawa LiBOB merupakan reaksi padat-padat yang bersifat non-katalitik. Reaksi dilakukan menggunakan metode pencampuran basah yakni pencampuran reaktan berupa asam oksalat dihidrat, litium hidroksida monohidrat dan asam borat dalam akuabides. Campuran dipanaskan dengan kecepatan pemanasan tetap 5°C/menit dari suhu kamar hingga mencapai suhu target yakni 200°C, 220°C dan 240°C. Setelah suhu target tercapai, suhu diatur tetap dan dilakukan penahanan pemanasan dengan variasi waktu 0 jam; 1 jam; 3 jam; dan 5 jam. Produk hasil reaksi yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan spektrofotometer Fourier Transform Infrared (FTIR) dan difraktometer sinar X. Hasil penelitian menunjukkan bahwa reaksi sintesis senyawa LiBOB melalui metode pencampuran basah memberikan konversi yang tinggi yakni sebesar 99,25% yang dicapai pada suhu reaksi 240°C dan waktu penahanan pemanasan selama 1 jam. Penerapan konsep shrinking core model yang digunakan dalam penyusunan model matematis kinetika reaksi sintesis senyawa LiBOB memberikan hasil yang cukup sesuai baik untuk tahap difusi maupun reaksi kimia yang bersifat mengontrol. Nilai energi aktivasi untuk tahap difusi dan tahap reaksi kimia adalah sebesar 20,605 kJ/gmol dan 9,926 kJ/gmol secara berturut-turut. Berdasarkan data energi aktivasi dari kedua model tersebut, diketahui bahwa reaksi dikontrol oleh tahap difusi dan reaksi kimia. Kata kunci: LiBOB, shrinking core, kinetika, reaksi padat-padat, elektrolit

The potential risk from the usage of the liquid electrolyte has brought researchers to shift into solid electrolyte. One of the currently developing solid electrolytes is an electrolyte extracted from the Lithium Bis(Oxalato)borate compound or LiBOB. This particular compound is relatively environment-friendly as it is halogen-free. This research was conducted to determine the kinetic reaction for synthesis of LiBOB. Synthesis of LiBOB is a non-catalytic solid-solid reaction. Oxalic acid dyhidrate, lithium oxide monohydrate and boric acid were mixed with bi-distilled water, then the mixture was heated from room temperature to targeted temperature with a rate of 5°C/min in air atmosphere. The reaction was performed at constant temperature (200°C, 220°C and 240°C) for various holding time (0 h, 1 h, 3 h and 5 h). Subsequently, the final reaction product was analyzed using FTIR method and XRD method. The result showed that the synthesis of LiBOB through wet-mixing method offered a high conversion of 99,25% at temperature of 240°C and holding time of 1 h. The shrinking core model applied in this study presented a good approach both for diffusion-controlled and chemical reaction-controlled step. Activation energy for the diffusion and chemical reaction was 20,605 kJ/gmol and 9,926 kJ/gmol respectively. According to the data of activation energy for both models, it was found that the diffusion and chemical reactions was the rate-controlling step. Keywords: LiBOB, shrinking core, kinetic reaction, electrolyte, solid-solid reaction

Kata Kunci : LiBOB, shrinking core, kinetika, reaksi padat-padat, elektrolit; LiBOB, shrinking core, kinetic reaction, electrolyte, solid-solid reaction