Anoda Li4Ti5O12

Anoda Li4Ti5O12 adalah pengganti dari anoda grafit. Penggunaan anoda grafit dapat menimbulkan terbentuknya lapisan tipis SEI (solid electrolyte interphase) di permukaan anoda grafit pada tegangan rendah (~0.8 V) karena elektrolit yang berinteraksi dengan permukaan anoda grafit. Lapisan SEI tersebut akan menghambat transportasi ion Li+ ketika proses charging dan discharging serta dapat menurunkan kemampuan elektrokimia dari baterai lithium ion (Zhao, et al., 2015) dan (Scrosati & Garche, 2010).

Li4Ti5O12 (Lithium titanate atau LTO ) pertama kali dilaporkan oleh Jonker Tahun 1956 memiliki rumus kimia lain yaitu Li1.33Ti1.67O4 atau Li4/3Ti5/3O4 sehingga LTO memiliki struktur kristal cubic spinel dengan stoikiometri AB2O4 (Zhao, et al., 2015). A dan B merupakan kation, masing-masing menunjukkan bentuk site yang berbeda yaitu A (tetrahedral) dan B (oktahedral) sedangkan O merupakan anion. Jumlah anion tiap site berbeda-beda, pada site A terdapat 4 anion berupa oksigen (O2-) dan pada site B terdapat 6 anion berupa oksigen (O2-). Struktur kristal LTO dalam 3 dimensi ditunjukkan pada Gambar 1. Pada gambar tersebut, bola-bola warna kuning merupakan ion Li+, bola bola warna biru merupakan ion Ti4+ sedangkan bola-bola warna merah merupakan ion O2-. Ikatan ion Li+ dan O2- terletak pada site A (tetrahedral) sedangkan ikatan ion Ti4+ dan O2- terletak pada site B (oktahedral).



Gambar 1.  Struktur kristal Li4Ti5O12 (3 Dimensi).

LTO merupakan material zero strain karena pada saat proses interkalasi dan deinterkalasi terjadi sedikit penyusutan pada parameter kisi dari 8.3595 Å menjadi 8.3538 Å dan mengakibatkan perubahan volume kisi yaitu ~0,4% (Zhao, et al., 2015). Nilai perubahan volume kisi tersebut sangat rendah jika dibandingkan dengan perubahan volume kisi grafit (~30%). Tegangan kerja LTO (~1.55 - 1.75 V) lebih tinggi dari tegangan kerja grafit (~0.5 V) (Sandhya, et al., 2014). Nilai tegangan kerja LTO tersebut lebih tinggi daripada tegangan terbentuknya lapisan tipis SEI (~0.8 V) sehingga pada permukaan anoda LTO tidak akan terbentuk lapisan tipis SEI selama proses charging dan discharging. Pada proses charging dan discharging terjadi perubahan fase pada Li4Ti5O12 (fase spinel) menjadi Li7Ti5O12 (fase rocksalt) dan sebaliknya berdasarkan persamaan kimia berikut : 

Li4Ti5O12 + 3e- + 3Li+ <==> Li7Ti5O12

Colbow et al pada tahun 1989 melaporkan bahwa kapasitas discharging anoda LTO secara teoritis adalah 175 mAh/g (Colbow, et al., 1989). Beberapa penelitian yang telah dilakukan oleh Longjiao et al., 2015, Mahmoud et al., 2015, Priyono., 2018 dan Sandhya et al., 2016 berhasil mendapatkan nilai kapasitas discharging baterai dengan anoda LTO yaitu masing-masing 167.4 mAh/g, 165 mAh/g, 78.07 mAh/g dan 130 mAh/g. Baterai dengan anoda LTO juga aman digunakan karena tidak mengandung racun dan harga yang relatif murah. Namun, LTO juga memiliki kelemahan yaitu nilai konduktivitas elektriknya yang rendah sekitar 10-8 – 10-13 S/cm dan koefisien difusi ion lithium yang rendah pada rentang 10-8 – 10-10 cm2/s (Zhao, et al., 2015). Hal tersebut dapat diatasi dengan melakukan coating pada permukaan material LTO, doping, templating dan gabungan dari semuanya (Wu, 2015).


DAFTAR PUSTAKA

Zhao, B., Ran, R., Liu, M. & Shao, Z., 2015. A Comprehensive Review of Li4Ti5O12-Based Electrodes for Lithium-Ion Batteries: The Latest Advancements and Future Perspectives. Materials Science and Engineering R, Volume 98, pp. 1-71.

Scrosati, B. & Garche, J., 2010. Lithium Batteries: Status, Prospects and Future. Journal of Power Source, Volume 195, pp. 2419 2430. 

Colbow, K., Dahn, J. R. & Haering, R. R., 1989. Structure and Electrochemistry of The Spinel Oxides LiTi2O4 and Li4/3Ti5/3O4. Journal of Power Sources, Volume 26, pp. 397 402. 

Sandhya, C. P., John, B. & Gouri, C., 2014. Lithium titanate as anode material for lithium-ion cells: a review. International Journal of Ionics The Science and Technology of Ionic Motion, Volume 20, pp. 601-620.

Sandhya, C. P., Gouri, C. & Bibin, J., 2016. Surfactant-assisted sol-gel route to lithium titanate and its electrochemical properties. Journal of Alloys and Compounds, 15 January, Volume 655, pp. 238-243. 

Wu, Y., 2015. Lithium Ion Batteries Fundamentals and Applications. Canada: Electrochemical Energy Storage and Conversion.

Mahmoud, A., Amarilla, J. M. & Saadoune, I., 2015. Effect of Thermal Treatment Used in the Sol-Gel Synthesis of Li4Ti5O12 Spinel on its Electrochemical Properties as Anode for Lithium Ion Batteries. Electrochemica Acta, Volume 163, pp. 213-222. 

 

  

 

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Bagaimana Baterai Bisa Mengalami Kerusakan atau Kegagalan??

Gambar
 Salah satu hal paling penting dalam desain baterai adalah keamanan. Keamanan dapat terjadi dalam bentuk perubahan kimia dalam sel, separator yang digunakan, pemilihan bahan aktif, dan elektrolit yang digunakan. Tetapi pada dasarnya, keamanan lithium-ion dapat dilakukan dengan melindungi sel dalam sistem dan tetap terjaga dalam rentang suhu dan tegangan optimal agar menghindari kegagalan yang dapat menyebabkan bahaya bagi pengguna teknologi yang menggunakan sel lithium ion. Berikut merupakan jenis dan penyebab failure mode yang dapat terjadi pada baterai lithium-ion yang dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1.  Jenis dan Penyebab Failure Mode Kegagalan sel baterai dapat disebabkan oleh beberapa faktor utama seperti korsleting, penguapan (gassing), dan pertumbuhan impedansi. Korsleting, baik internal maupun eksternal, sering disebabkan oleh serpihan, pertumbuhan dendrit, atau penyusutan separator, serta material asing yang menghubungkan antar tab atau menyebabkan penet...
Baca selengkapnya

Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium

Gambar
Prinsip kerja sederhana dari baterai ialah energi kimia dikonversi menjadi energi listrik, atau sebaliknya. Pada baterai ion lithium lebih dikenal sebagai reaksi reduksi dan reaksi oksidasi. Reaksi penambahan jumlah elektron dari molekul atau atom disebut reaksi reduksi, sedangkan reaksi pengurangan jumlah elektron dari molekul atau atom disebut reaksi oksidasi [1]. Berikut skema charge discharge untuk baterai ion lithium seperti Gambar 1 [2] Gambar 1. Skema prinsip pengisian dan pengosongan baterai sekunder ion lithium[2] Dalam baterai ion lithium, katoda dan anoda masing-masing terdiri dari bahan yang berbeda yang dapat disematkan secara reversibel dan melepaskan ion lithium. Terdapat separator dan garam lithium sebagai elektrolit kemudian dilarutkan dalam campuran pelarut seperti dimetil karbonat, etilen karbonat (EC), atau propilen karbonat (PC) [3]. Selama pengisian, ion Li+ dilepaskan dari katoda dan mendapatkan elektron pada anoda, yang direduksi menjadi lithium dan d...
Baca selengkapnya

Elektrolit Keramik Padat untuk Baterai Ion Lithium

Gambar
 Elektrolit keramik dalam baterai litium-ion berfungsi sebagai media padat bagi ion litium untuk berpindah antara anoda dan katoda selama siklus pengisian dan pengosongan. Begini cara kerjanya: 1. **Konduktivitas Ionik**: Elektrolit keramik biasanya terbuat dari senyawa berbasis litium (seperti Li10GeP2S12 atau Li7La3Zr2O12) yang menunjukkan konduktivitas ionik tinggi. Hal ini memungkinkan ion litium bermigrasi melalui struktur keramik secara efisien. 2. **Struktur**: Struktur kristal keramik memberikan kerangka stabil yang memfasilitasi pergerakan ion litium namun tetap kedap terhadap elektron dan spesies lain, sehingga membantu mencegah korsleting. 3. **Stabilitas Elektrokimia**: Elektrolit keramik dapat menahan voltase dan suhu yang lebih tinggi dibandingkan elektrolit cair tradisional, sehingga cocok untuk aplikasi energi dan suhu tinggi. 4. **Keamanan**: Menjadi padat, elektrolit keramik mengurangi risiko kebocoran dan sifat mudah terbakar yang terkait dengan elektrolit cair, ...
Baca selengkapnya