TUGAS MATA KULIAH KIMIA FISIKA

BATERAI LITHIUM ION

Disusun Oleh :

Nama : Umar Bandi

NIM : D500120040

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Di era globalisasi ini, peran teknologi dan informasi sangatlah penting bagi kehidupan

manusia. Karena teknologi dan informasilah jarak seolah tak menjadi halangan. Manusia dapat

berkomunikasi dengan mudahnya dalam jarak yang jauh. Hal itu tidak bisa lepas dari

perkembangan teknologi dan informasi.

Dalam kemajuan yang sangat pesat di bidang teknologi dan informasi ini, muncullah

berbagai macam teknologi-teknologi yang memungkinkan kita untuk dengan mudahnya

membawa berbagai macam alat yang bias dibawa kemana-mana, seperti laptop, handphone, mp3

player, dsb. Hal tersebut memungkinkan karena adanya baterai yang berfungsi untuk menyuplai

daya yang dibutuhkan oleh peralatan portable tersebut.

Hampir semua alat elektronik yang menggunakan tenaga listrik dari baterai menggunakan

lithium-ion baterai karena kelebihan yang dimilikinya. Kelebihannya yang memiliki daya dan

energi yang besar dibandingkan Ni-Cd dan Zinc-Mn baterai menjadikan baterai ini banyak

diaplikasikan pada hampir semua jenis alat elektronik yang membutuhkan energi listrik. Sifatnya

yang rechargeable juga merupakan salah satu kelebihan yang dapat digunakan untuk penyimpan

energi listrik untuk pembangkit listrik tenaga angin dan solar cell.

1.2   Tujuan Penulisan

a)      Untuk mengetahui apa itu lithium ion.

b)      Memberi informasi kepada pembaca.

1.3  Perumusan masalah

1.      Apa itu lithium-ion?

2.      Bagaimana sejarah ditemukannya  lithium-ion?

3.      Bagaimana prinsip kerja lithium ion?

4.      Apa kelebihan dan kekurangan lithium-ion?

BAB II

PEMBAHASAN

Lithium adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Li dan

nomor atom 3. Unsur ini termasuk dalam logam alkali dengan warna putih perak. Dalam keadaan

standar, litium adalah logam paling ringan sekaligus unsur dengan densitas paling kecil. Seperti

logam-logam alkali lainnya, lithium sangat reaktif dan terkorosi dengan cepat dan menjadi hitam

di udara lembab. Oleh karena itu, logam lithium biasanya disimpan dengan dilapisi minyak.

Menurut teorinya, lithium (kebanyakan 7Li) adalah salah satu dari sedikit unsur yang

disintesis dalam kejadian Dentuman Besar walaupun kelimpahannya sudah jauh berkurang.

Sebab-sebab menghilangnya lithium dan proses pembentukan lithium yang baru menjadi topik

penting dalam astronomi. Lithium adalah unsur ke-33 paling melimpah di bumi, namun oleh

karena reaktivitasnya yang sangat tinggi membuat unsur ini hanya bisa ditemukan di alam dalam

keadaan bersenyawa dengan unsur lain. Lithium ditemukan di beberapa mineral pegmatit, namun

juga bisa didapatkan dari air asin dan lempung. Pada skala komersial, logam lithium didapatkan

dengan elektrolisis dari campuran lithium klorida dan kalium klorida.

Sekelumit lithium terdapat dalam samudera dan pada beberapa organisme walaupun

unsur ini tidak berguna pada fungsi biologis manusia. Walaupun demikian, efek neurologi dari

ion lithium Li+ membuat garam lithium sangat berguna sebagai obat penstabilan suasana hati.

Lithium dan senyawa-senyawanya mempunyai beberapa aplikasi komersial, meliputi keramik

dan gelas tahan panas, dan baterai litium. Litium juga memiliki tempat yang penting dalam fisika

nuklir.

Lithium-ion adalah nama dari suatu jenis baterai yang dapat di isi ulang (rechargeable) yang

paling bertenaga dan popular,Lithium-ion bergerak dari anoda (kutup positif)) ke katoda (kutup

negatif) saat digunakan. Dan Lithium-ion akan bergerak kembali dari katoda ke anoda, saat

dilakukan proses charging. Baterai jenis ini banyak digunakan pada consumer electronic.

Kepopuleran baterai ini dikarenakan beberapa alasan, seperti beterai jenis ini portable,dengan

ratio energi dibanding berat yang baik, minim memory effec, dsb.

Lithium-ion baterai pertama kali ditemukan oleh M.S. Whittingham pada tahun 1970

yang menggunakan titanium(II)sulfide sebagai katoda dan lithium metal sebagai anoda. Dengan

penelitian yang intensif selama lebih dari 20 tahun, akhirnya pada tahun 1991 Sony

memproduksi secara komersial lithium-ion baterai pertama kalinya. Sejak produksi komersial

tahun 1991, produksi Lithium-ion baterai mengalami kenaikan yang sangat pesat karena telah

membuat revolusi didunia elektronik. Kenaikan produksi lithium-ion baterai pada tahun 2007

mencapai 22.4% di Jepang. Saat ini negara Jepang merupakan produsen baterai terbesar yang

dimiliki oleh Sony, Panasonic, dan Toshiba. Lithium-ion baterai juga merupakan pemimpin

produk beterai yang menguasai 46% atau sekitar 4 milliar US dollar pangsa pasar pada tahun

2007.

Sejak diproduksi tahun 1991, lithium-ion baterai tidak mengalami perubahan signifikan

pada sifat kerja baterai ini. Ada 3 elemen yang berperan dalam proses discharge dan recharge

yaitu: elektroda positif yang mengandung LiCoO2, elektroda negatif yang terbuat dari karbon

grafit (C6), dan separator yang terbuat dari lapisan tipis plastik yang dapat dilalui oleh ion-ion.

Pada proses discharge atau saat kita memakai baterai, Li+ ion bergerak dari negatif ke positif

melalui separator, sehingga elektron bergerak dengan arah yang sama. Aliran elektron inilah

yang menghasilkan energi listrik.

Anodanya adalah Li dalam grafit, sementara katodanya adalah oksida logam transisi (seperti

CoO2). Elektrolit yang digunakan adalah pelarut organik dan sejumlah garam organik.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

Katoda (+)   :   Li+(aq)

+  CoO2(s) +  e- ——>  LiCoO2(s)  ………………. (1)

Anoda           :   Li(s) ——>   Li+ (aq)

+ e- ………………. (2)

Reaksi sel    :   Li(s) +  CoO2(s) ——>  LiCoO2(s)  ……………………. [(1) + (2)]

Prinsip Kerja Baterai Litium-Ion

Terdapat tiga jenis baterai yang menjadi pusat perhatian sekarang ini, yaitu jenis fuel cells, nikel

metal hybrid dan lithium-ion. Prinsip kerja baterai tersebut memanfaatkan reduksi dan oksidasi

untuk menghasilkan listrik pada kedua elektrodanya. Di antara ketiga jenis baterai tersebut,

baterai litium-ion merupakan jenis baterai yang menghasilkan voltase tertinggi, yaitu sekitar 2x

lipat dari baterai nickel-metal hydride. Litium-ion menggunakan komposit yang berstruktur

layer, di mana Litium Cobalt Oxide (LiCoO2) sebagai katodanya dan material karbon (sisipkan

di antara lapisan karbon) sebagai anoda.

Struktur yang terdapat pada baterai lithium-ion bisa Anda lihat pada gambar di bawah ini:

Baterai litium ion terdiri dari anoda, elektrolit, separator, dan katoda. Pada umunya, katoda dan

anoda terdiri dari dua bagian, yaitu material aktif sebagai tempat masuk dan keluarnya ion litium

dan pengumpul elektron sebagai collector current. Proses dihasilkannya listrik pada baterai

litium-ion adalah sebagai berikut :

Ketika anoda dan katoda terhubung, maka elektron akan mengalir dari anoda menuju katoda,

listrik pun akan mulai mengalir. Di bagian dalam baterai terjadi sebuah proses pelepasan ion

litium pada anoda, kemudian ion tersebut akan berpindah menuju katoda melalui elektrolit. Di

bagian katoda bilangan oksidasi kobalt akan berubah dari 4 menjadi 3, hal ini dikarenakan

adanya elektron dan ion litium yang masuk dari anoda. Untuk proses pengisisan ulang baterai,

berbanding terbalik dari proses ini.

Dari berbagai banyak jenis logam, kenapa litium yang sangat menjanjikan untuk anoda? Litium

memiliki nilai potensial standar paling negatif (-3.0 V), paling ringan (berat atom:6.94 g),

sehingga bila dipakai untuk anoda dapat menghasilkan kapasitas energi yang tinggi. Berikut ini

cara menghitung nilai teori dari kepadatan energi yang dihasilkan oleh baterai litium ion. Jika

menggunakan logam litium pada anoda, maka dari 1 kg logam litium dapat menghasil kapasitas

energi per 1 kg massa sebesar (Coulumb/second = Ampere) :

Bila dikalikan dengan potensial standar litium (3 V), menjadi 11583 W h/kg (W=Watt, h=hours).

Sedangkan bila menggunakan senyawa karbon sebagai anoda, dan dianggap satu unit grafit ( 6

atom karbon) mampu menampung 1 atom litium, maka setiap 1 kg anoda secara teori memiliki

kepadatan energi 339 A h/kg.

Sama halnya dengan anoda, kapasitas energi pada katoda bisa dihitung dengan cara yang sama.

Untuk LiCoO2, secara teori memiliki kepadatan energy 137 Ah/kg. Dengan mengetahui berat

molekul dari material elektroda (disebut juga material aktif) dan setiap molekulnya berapa

banyak elektron yang keluar masuk, nilai teori dari kepadatan energi dapat dihitung.

Sifat logam lithium yang sangat reaktif membuat aliran ion lithium ini bereaksi spontan karena

sifat logam lithium yang sangat oksidatif.

Kelebihan sifat logam lithium yang memberikan energi yang besar pada baterai

disebabkan oleh daya oksidatif yang tinggi dan massa atom relatif yang kecil sehingga dengan

berat yang lebih ringan, baterai ini dapat menghasilkan energi yang besar. Sebagai perbandingan,

baterai Ni/Cd hanya memiliki energi sekitar 50 Watt.hour (Wh) dengan daya maksimum 1.2V

sedangkan lithium-ion baterai memiliki sekitar 150 Wh dengan daya 3.7V untuk tiap 1 Kg-nya.

Bahkan dari segi volume, tiap 1 dm3 lithium-ion baterai memiliki 500 Wh energi sedangkan

Ni/Cd hanya sekitar 150 Wh. Dengan kelebihan ini, alat elektronik menjadi semakin ringan dan

kecil.

 

ISI DARI BATERAI LITHIUM-ION

1.      Sel Lithium-Ion dapat berbentuk seperti baterai AA biasa, atau bahkan prismatik berbentuk

kotak

2.       Terdapat satu atau beberapa sensor pemantau suhu.

3.     Penyesuaian Tegangan (voltage converter) dan sirkuit pengatur(regulator circuit) untuk

mempertahankan tingkat keamanan tegangan dan arus listrik.

4.      Konektor yang menghubungkan konektor baterai dengan Notebook.

5.      Penyadap tegangan, berfungsi memonitor kapasitas energi pada setiap sel dalam baterai.

6.      Monitor pengisi baterai, terdapat komputer kecil yang memastikan baterai terisi listrik dengan

waktu yang sesingkat mungkin dan dengan kapasitas sepenuh mungkin.

Namun, sifat reaktif lithium ini juga merupakan kendala dari pembuatan lithium-ion baterai.

Kendala utama yang mempersulit bahkan merugikan produsen baterai dan konsumen adalah

faktor keamanan. Dalam pembuatan lithium-ion baterai, tahap akhir sebelum dipasarkan adalah

awal pengisian baterai sekitar 40% dari kapasitas. Tahap awal charging baterai merupakan tahap

yang sangat rentan kebakaran. Salah satu peristiwa yang terjadi adalah di Jepang pada tahun

2007 dimana pabrik baterai Panasonic terbakar saat tahap pengisian baterai. Pada tahun 2006 dan

2008, Sony menarik lebih dari 10 juta baterai untuk PC-nya karena adanya kendala keamanan.

Di tahap konsumen juga kadang terjadi insiden akibat lithium-ion baterai. Pada Juni 2006 di

Ohsaka, salah satu notebook peserta konferensi tiba-tiba terbakar yang mengakibatkan

kebakaran. Hal ini ternyata disebabkan oleh kontaminasi bubuk logam pada baterai.

Dari penelitian yang telah banyak dilakukan oleh produsen baterai, penyebab terjadinya

api pada baterai ion lithium adalah kontak lithium dengan logam lain, overcharge, dan

pemanasan. Sedikit saja lithium ini kontak dengan serbuk logam akan menyebabkan api,

sehingga jangan pernah menusuk baterai dengan paku atau benda lain. Pemakaian charger yang

tidak sesuai dimana mengisi baterai dengan tegangan diatas yang seharusnya dalam jangka

waktu lama dapat menyebakan kebakaran. Dan pemanasan diatas 60 derajat juga dapat

membahayakan pengguna. Namun, saat ini baterai telah dilengkapi dengan termometer dan

polimer separator yang dapat mencegah bahaya oleh temperatur tinggi.

Kelebihan dari Baterai Lithium-ion 

1.      Lebih ringan

 Hal ini karena elektroda  dari lithium-ion terbuat dari bahan lithium ringan dan karbon. Lithium

juga adalah elemen yang sangat reaktif, dalam arti banyak energi yang dapat disimpan pada

ikatan atomnya.

2.      Lebih Bertenaga

 Dari data yang ada, Lithium-ion dapat menampung 150 watt-jam pada setiap Kilogramnya,

Sedangkan NiMH(Nickel-Metal Hydride) hanya dapat menampung 100 watt-jam pada setiap

kilogramnyaa.

3.   Lebih Kuat.

 Sebuah baterai Li-Ion Hanya kehilangan 5% dari kapasiitas per Bulan, Sedangkan baterai NiMH

kehilangan 20% dari kapasitas per bulannya.

4.       Lebih Awet.

 Lebih awet disini, dalam arti baterai Li-Ion dapat menangi hingga ratusan kali siklus isi ulang.

5.      Tidak ada efek Memory

Lithium ion tidak memiliki efek memori artinya tidak perlu menunggu sampai habis kapasitas

penggunaannya untuk diisi ulang artinya walau kapasitasnya masih 50% bisa langsung diisi

ulang bandingkan dengan baterai nikel-kadmium yang boleh diisi ulang jika kapasitasnya sudah

habis.

 Kekurangan dari baterai Lithium-Ion

Baterai Lithium-Ion memiliki masa pakai yang terbatas

 Baterai Li-Ion ini hanya kuat bertahan hingga 2 atau 3 tahun, sejak tanggal perakitan tidak

peduli Anda gunakan atau tidak.

Baterai Lithium-Ion sangat sensitif terhadap suhu Tinggi

 Menyebabkan Baterai terdegradasi lebih cepat dari seharusnya, sehingga umur baterai menjadi

lebih pendek.

Baterai akan benar-benar tidak dapat digunakan

 Ini akan terjadi jika Anda menggunakan baterai Li-ion secara terus-menerus sampai habis.

Harga Baterai Lithium-Ion Relatif mahal

Ini karena dalam setiap  set Baterai Lithium-Ion, memiliki komputer onboard untuk

mengaturnya.

Terdapat Peluang Kecil yang berbahaya.

Apabila proses pengepakan buruk, maka akan ada potensi baterai akan terbakar atau lebih

parahnya akan meledak.

BAB III

PENUTUP

a)      Kesimpulan

Dari makalah ini dapat disimpulkan bahwa:

         Lithium –ion adalah nama dari suatu jenius baterai yang dapat di isi ulang (rechargeable) yang

paling bertenaga dan popular.

         Saat baterai Li-ion digunakan Li+ ion bergerak dari anoda ke katoda melalui separator.

         Saat baterai Li-ion pada proses charging Li+ ion bergerak dari katoda ke anoda.

Daftar pustaka

http://dering.co.id/2013/02/apa-sih-baterai-lithium-ion-itu/

Ditulis oleh Rudi Riono pada 15 Februari 2013/diakses pada 9-5-2014 pukul 15.00 WIB

http://www.hamdanchemyr.blogspot.com/2012/06/li-ion-kimia-fisika.html

Ditulis oleh Hamdan Wijaya pada 21 Juni 2012/diakses pada 11-05-2014 pukul 20.00 WIB

http://m.portal.paseban.com/?mod=content&act=read&id=2888

Ditulis oleh Anonim pada 17 Oktober 2011/diakses pada 10-05-2014 pukul 18.00 WIB