pimnas emas presentasi pkmp
TRANSCRIPT
Tingkat Konsumsi BBM Tinggi
Mobil Listrik Nasional
Difusivitas ion Li+ rendah
Biaya produksi ekonomis Ramah lingkungan Sustainable Memiliki beda potensial tinggi Densitas energi tinggi Stabilitas cycling yang baik Ketersediaan cukup melimpah
Bat
erai
Liti
um LiCoO2
LiNiO2
LiMn2O4
LiFePO4
Keunggulan LiFePO4 :
`Analisis Pengaruh Komposisi dan Ukuran Nanokomposit LiFePO4
Terhadap Performa Baterai Lithium Melalui Metode Flame Spray Pyrolysis Sebagai Inovasi Teknologi Baterai Hemat Energi
Program Kreativitas Mahasiswa Bidang Penelitian
Nur Abdillah Siddiq (2411.100.081)Ahmad Fauzan ‘Adziimaa (2409.100.028)Firqi Abdillah K. (2311.100.195)Miratul Alifah (1411.100.046)Nur Fadhilah (2412.100.097)
Dipersembahkan oleh :
Dyah Sawitri, ST, MT.NIDN. 0001017026
Dosen Pendamping :
Nomor Antrian Hak Cipta W15-UM.02.02.095
KONSEP DASAR BATERAI
Skema Interkalasi Baterai Lithium (Stark, 2011)
Katoda Produktivitas Ion Li+ Difusivitas Performa
Fe(III)PO4 + Li+ + e- LiFe(II)PO4
1
ROADMAP PENELITIAN SINTESIS LiFePO4
Y. Lin, 2012
Prekursor : FeC2O4·2H2O,
LiNO3 danNH4H2PO4
Jing Liu, 2009
Prekursor:FePO4.4H2O,
LiOH.H2O, citric acid
Kerun Yang, 2011
Prekursor : Li2C2O4,
FePO4.2H2O, H2C2O4.2H2O, dan
PAALi
Siddiq dkk, 2013
Prekursor: FeSO47H2O, LiOH,
(NH4)2HPO4, Sumberkarbon (glukosa)
LiFePO4/C
Jae-Kwang Kim, 2008
Prekursor : Li2CO3, FeC2O4·2H2O,
NH4H2PO4, citric Acid, sucrose
N. A. Hamid, 2012
Prekursor:Iron (III)
acetylacetonate, tri-butylphosphate, Li2CO3, Glukosa
Oliver Waser, 2011
Prekursor : Li-acetylacetonate,
iron (III)-acetylacetonate,
tributyl phosphate, C2H2
2
Metode Ball Mill Metode Sol GelMetode Flame Spray Pyrolysis
Efektivitas Rendah Impuritas Tinggi Prekursor Organik
Prekursor Anorganik
PERUMUSAN MASALAH
Bagaimana pengaruh ukuran partikel LiFePO4dan komposisi karbon dari glukosa terhadapperforma baterai Litium yang disintesis melaluimetode flame spray pyrolisis?
3
PERALATAN EKSPERIMENHigh Voltage
8
6
5
7
4
3
1
2
8
LPG
Oksidizer
Gas pembawa
Water
cooling
Reactor flame
Burner
Cyclone
Ultrasonic nebulizer
Condensor
Water trap Vacuum pump
Prekursor :FeSO47H2O; LiOH; (NH4)2HPO4, GlukosaPerbandingan Li:Fe:P:Glukosa= 1:1:1:xPelarut : larutan HNO3 0,1 M
4
Rekayasa Ukuran
Variabel Bebas : Laju Alir Gas Pembawa
Variabel Kontrol : V Alir Gas LPG = 0,5 L/menit , V Alir
Oxidizer = 2,5 L/menit, t = 60 menit,
Laju alir gas pembawa (liter/menit)
123
Rekayasa Komposisi
Variabel Bebas : Konsentrasi Glukosa
Variabel Kontrol : V Alir Gas Pembawa = 1 L/menit, V Alir Gas LPG = 0,5 L/menit , V Alir Oxidizer = 2,5 L/menit, t = 60 menit
Konsentrasi Glukosa (% Prekursor)
0.10.150.2
0.25
1: 0
1: 0,15
1: 0,20
1: 0,25
1: 0,10
LiFePO4 ICDD 40-1499
10 20 30 40 50 60 70 80 90
2
Inte
nsit
y [a
.u.]
(020
)
(011
)(1
20)
(101
)
(121
)
(211
)(1
31)
(111
)
(031
)
(140
)(0
12)
(221
)(0
41)
(112
)
(222
)
(400
)
(142
)
(331
)(1
60)
(311
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Inte
nsit
y [a
.u.]
1 liter/menit
2 liter/menit
3 liter/menit
LiFePO4 ICDD 40-1499
(02
0)
(011
)
(12
0)
(10
1)
(12
1)
(211
)(1
31
)
(111
)
(03
1)
(14
0)
(01
2) (
22
1) (
04
1)
(11
2)
(22
2)
(40
0)
(14
2)
(33
1)(1
60
)
(311
)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Inte
nsit
y [
a.u
.]
1 liter/menit
2 liter/menit
3 liter/menit
LiFePO4 ICDD 40-1499(0
20
)
(011
)
(12
0)
(10
1)
(12
1)
(211
)(1
31
)
(111
)
(03
1)
(14
0)
(01
2)(2
21
) (0
41
)(1
12
)
(22
2)
(40
0)
(14
2)
(33
1)(1
60
)
(311
)
HASIL ANALISA XRD
LiFePO4 dengan variasi laju alir gas pembawa LiFePO4 dengan variasi % Glukosa terhadap prekursor
Kristalinitas Terbaik = 1 L/menit5
Kristalinitas Terbaik = 0.1 %
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Ju
mla
h
Diameter (nm)
dp = 159 nm
σ = 1,701
dp = 340 nm
σ = 1,358
dp = 506 nm
σ = 1,526
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Jum
lah
Diameter (nm)
400 nm
(a)
400 nm
(b)
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Jum
lah
Diameter (nm)
400 nm
(c)
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Eksperimen
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Eksperimen
Eksperimen
ANALISA SEM
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Jum
lah
Diameter (nm)
dp = 159 nm
σ = 1,701
dp = 340 nm
σ = 1,358
dp = 506 nm
σ = 1,526
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Jum
lah
Diameter (nm)
400 nm
(a)
400 nm
(b)
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Jum
lah
Diameter (nm)
400 nm
(c)
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Eksperimen
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Eksperimen
Eksperimen
(a) (b)
(c) (d)
1 μm 1 μm
1 μm 1 μm
LiFePO4 dengan variasi % Glukosa terhadap prekursorMorfologi (kiri) dan distrbusi ukuran (kanan) dengan variasi laju alir gas pembawa
6
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Ju
mla
h
Diameter (nm)
dp = 159 nm
σ = 1,701
dp = 340 nm
σ = 1,358
dp = 506 nm
σ = 1,526
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Jum
lah
Diameter (nm)
400 nm
(a)
400 nm
(b)
100 1000 10000
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fra
ksi
Jum
lah
Diameter (nm)
400 nm
(c)
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Eksperimen
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Simulasi
ukuran awalSimulasi
ukuran akhir
Eksperimen
Eksperimen
1 L/menit
2 L/menit
3 L/menit
0.1 % 0.15 %
0.2 % 0.25 %
Ukuran Partikel Terkecil = 1 L/menit Ukuran Partikel Terkecil = 0.25 %
ANALISA EIS
Gao (2013) = 1,04 × 10-11 (cm2 s-1)Metode : Oxalic Acid-assisted Ball-Mill Method
Variabel DLi+ (cm2 s-1)
LiFePO4 Tanpa glukosa 8.59888 × 10-10
LiFePO4 Dengan glukosa 3.36236 × 10-9
7
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Dif
usi
vita
s (1
0-9
)
Konsentrasi Glukosa (Glukosa:Prekursor=x:1)
Difusivitas Terhadap Konsentrasi Glukosa
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400 500 600
Dif
usi
vita
s(1
0-1
0)
Ukuran (nm)
Difusivitas Terhadap Ukuran
25,55 3,36
0.93
11,07
2,8
2.01
0,86
2,4
159
KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:1.Performa LiFePO4 terbaik diperoleh ketika ukuran partikel sebesar 159 nm.2.Penambahan glukosa 0,25% dapat meningkatkan difusivitas ion Lithium menjadi 3.36236 × 10-9 cm2 s-1.
8
KETERCAPAIAN LUARAN
9
Seminar Nasional
Seminar Nasional Teknik Kimia Soebardjo Brotohardjono X UPN Veteran 26 Juni 2013
KETERCAPAIAN LUARAN
10
Menunggu Hasil Seleksi Seminar Internasional
Karunya University, India. Notification of acceptance : 30 October 2013
KETERCAPAIAN LUARAN
11
Mendapatkan No. Antrian Hak Cipta
Nomor Antrian Hak Cipta W15-UM.02.02.095
KETERCAPAIAN LUARAN
12
Diliput Media
Koran Jawa Pos Rubrik Pendidikan, Rabu 10 Juli 2013
TAMBAHAN LUARAN
13
PENGEMBANGAN KE DEPAN
14
Meneliti denganvariable lain
Bekerjasamadengan MNI
ProduksiskalaindustriLiFePO4
PENGEMBANGAN KEDEPAN
15
Suryandanu, Direktur Eksekutif MNI
Variabel Flame Spray Pyrolysis:
- Prekursor yang digunakan
- Laju Alir Gas Oxidizer
- Laju Alir Gas LPG
- Laju Alir Gas Pembawa
- Komposisi Glukosa
- Spesifikasi Ultrasonic Nebulizer
`Analisis Pengaruh Komposisi dan Ukuran Nanokomposit LiFePO4
Terhadap Performa Baterai Lithium Melalui Metode Flame Spray Pyrolysis Sebagai Inovasi Teknologi Baterai Hemat Energi
Program Kreativitas Mahasiswa Bidang Penelitian
Nur Abdillah Siddiq (2411.100.081)Ahmad Fauzan ‘Adziimaa (2409.100.028)Firqi Abdillah K. (2311.100.195)Miratul Alifah (1411.100.046)Nur Fadhilah (2412.100.097)
Dipersembahkan oleh :
Dyah Sawitri, ST, MT.NIDN. 0001017026
Dosen Pendamping :
Nomor Antrian Hak Cipta W15-UM.02.02.095
Kemurnian
TinggiEkonomis
Proses
Cepat
Proses Aerosol
Metode Flame Spray Pyrolysis
Satu
Tahap
Aplicable dalam
Industri
FLAME SPRAY PYROLYSIS
Distribusi suhu tidak merata
Ukuran tidak seragam (40 – 200 nm)
Profil (suhu, arah laju alir dll) sulit diketahui secara eksperiment
Fenomena pembentukan partikel
SIMULASIPKMP
(Kiri) Contour suhu pada laju alir gas
pembawa (a) 1 (b) 2 dan (c) 3
liter/menit
(Kanan atas) Contour suhu simulasi
pada laju alir gas pembawa (a) 1, (b)
2 dan (c) 3 liter/menit
(Kanan bawah) Contour suhu
eksperimen pada laju alir gas
pembawa (a) 1, (b) 2 dan (c) 3
liter/menit
Reaksi : Species Transport single reaction (Westbrook, 1993) Laju alir gas pembawa
K
(a) (b) (c)0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18
200
400
600
800
1000
1200
Tem
per
atu
re (
K)
Reactor Length (cm)
1 liter/min
2 liter/min
3 liter/min
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
500
1000
1500
2000
2500
Tem
per
atu
re (
K)
Reactor Lenght (cm)
1 liter/min
2 liter/min
3 liter/min
(d)
(e)
Reduksi ukuran partikel LiFePO4
Doping Metal/Metal Oxide {Co, Mn, Ni}
Doping ion (sisi Li atau sisi Fe)
PENINGKATAN DIFUSIVITAS
Isolasi Partikel dengan Pelapisan Karbon
2
Perbandingan Metode Sintesis LiFePO4
Ball Milling : Lebih mudah, Reaksi Satu Tahap, Membutuhkan energi besar, hasil tidak seragam, bentuk sulit dikontrol, ukuran tidak mampu mencapai nanopartikel.,
Sol Gel : Terdapat pengotor, bentuk morfologi sulit dikontrol, ukuran mudah dikontrol, ukuran cenderung besar, Proses Lama, Lebih dari satu tahap
Flame Spray Pyrolysis : Lebih mudah mengontrol ukuran, kemurnian tinggi, dapat mencapai ukuran nanopartikel
Elementary Reaction
- FeSO4.7H2O FeSO4 + 7H2O
2FeSO4 2FeO + 2SO2 + O2
- (NH4)2HPO4 NH4H2PO4 + NH3 Pada suhu 150 oC
2NH4H2PO4 NH3 + 3H2O + P2O5
- 2LiOH Li2O + H2O
Overall ReactionLi2O + P2O5 + 2FeO 2LiFePO4 Pada suhu 550 oC
KINETIKA REAKSI
8
Penimbangan LiOH 0,08 gr Pelarutan HNO3 (100 ml) Penambahan 0,4 gr (NH4)2HPO4
Penambahan 0.9 gr FeSO4.7H2O + Glukosa
Flame Spray Pyrolysis Pengambilan Produk LiFePO4TAH
APA
N S
INTE
SA
7
Baterai Lithium Hemat Energi
Pelapisan dengankarbon (diperoleh dari Glukosa)
menghindariagglomerasi danoksidasi sehinggamemperbesardifusivitas
Analisis Komposisi
Analisis Ukuran
Reduksi ukuranpartikel LiFePO4
meningkatkan luaspermukaan sehinggamemperbesarkapasitas baterai
HIPOTESIS PENELITIAN
Presipitasidroplet
Reaksi Drying Sintering
Partikelsolid m
Denseaggregate
Surfaceprecipitation Reaksi
Pengeringancepat
Gentle dryingHollow particles
Shell-likeparticles
Evaporasiprekursor
Reaksi
Nanoparticles
Nukleasi,Surface growth,
Koagulasi &Sintering
Aggregation &Agglomeration
Agglomeratednanoparticles
Molekulproduk & cluster
Uapprekursor
Dropletprekursor
Evaporasisolvent
Performa Baterai
Indikator Performa Konvensional Modifikasi
Kapasitas
Lifetime 400 kali pemakaian 1000 kali pemakaian
Waktu Charging 1 0.01
Harga Bahan Baku Baterai Mahal Ekonomis
Hasil Uji
Laju Aliran (liter/menit) Ukuran Partikel (nm) Difusivitas (cm2 s-1)
1 159 2.56 x 10-9
2 340 1.11 x 10-9
3 506 9.26 x 10-11
Komposisi Glukosa (%) Difusivitas (cm2 s-1)
0 8.6 x 10-10
0,1 2.01 x 10-9
0,15 2.4 x 10-9
0,20 2.8 x 10-9
0,25 3.36 x 10-9