ABSTRAK
Logam transisi oksida (MxOy,M = Co, Fe, Cu, Zn) menarik untuk dijadikanmaterial baru sebagai anoda baterai ion lithium karena secara umum mempunyaikapasitas spesifik lebih besar dari material grafit. Diantara logam logam transisi tersebutZnO mempunyai kelebihan karena mempunyai kapasitas teoritis yang yang tinggi sekitar978 mAh/g atau setara tiga kali dari grafit seperti yang dipakai pada baterai ion lithiumdewasa ini. Kelebihan lain dari ZnO adalah tidak beracun, ketersediaannya banyak danmurah dalam preparasi. Selain itu ZnO mempunyai band gap yang lebar (3,37 eV padasuhu kamar), mobilitas elektron tinggi (100 cm2/Vs) dan ikatan energi yang besar (60meV) sehingga yang telah banyak digunakan di banyak aplikasi seperti semikonduktor,bahan konduktor transparan, biosensor dan bahan anoda dari baterai lithium-ion. Secarakhusus, struktur nano ZnO telah menarik banyak perhatian karena sifat unik dankemungkinan penerapannya di bidang yang luas. Tetapi penerapan material ZnO sebagaianoda baterai ion lithium juga mempunyai kelemahan karena terjadinya ekspansi volumeselama proses charge dan discharge yang akan menyebabkan kerusakan material anodatersebut dan berakibat pada turunnya kapasitas baterai. Maka dilakukan pengendalianmorfologi terhadap struktur ZnO dalam bentuk microrods yang ditumbuhkan padasubstrat tembaga (Cu foils) dengan menggunakan metode kimia basah atau chemical bathdeposition (CBD) pada suhu rendah. Parameter yang diamati adalah keseragaman,densitas dan diameter ZnO microrods hingga didapatkan kondisi optimum untukpertumbuhan ZnO. Efek annealing temperatur pada pertumbuhan ZnO microrods dankristalisasi selanjutnya diteliti. Ukuran, keselarasan dan keseragaman ZnO microrodsdievaluasi dengan pemindaian mikroskop elektron (SEM dan HRSEM), sedangkan untukanalisis struktural dilakukan dengan teknik X-ray difraksi (XRD). Hasil penelitianmenunjukkan bahwa suhu anil berpengaruh secara signifikan terhadap pertumbuhanmicrorods ZnO. Dengan melalui sejumlah pengujian terhadap struktur dan morfologi didapatkan bahwa parameter eksperimental yang baik dicapai dengan menggunakan 3(tiga) lapisan benih, anil pada suhu 150oC dalam waktu 10 menit anil, memberikandiameter rata-rata 218 nm, ukuran kristal 50,16 nm dan densitas 5,05 microrods μm2.Ukuran kristalit terbesar (65,34 nm) diperoleh pada suhu anil pada suhu 100oC dan 10menit waktu anil. Citra SEM dan HRSEM pada semua sampel yang diuji menunjukkan bahwa ZnOmicrorods berhasil ditumbuhkan pada substat lembaran tembaga dengan diameter 200900 nm. Hasil CV memperlihatkan bahwa kapasitas spesifik tertinggi sebesar didapatkanoleh sampel ZnO150 dengan nilai kapasitas spesifik sebesar 811 mAh/gr untukdischarge dan 773 mAh/gr untuk charge pada pengisian densitas arus 0.5 A/gSedangkan kapasitas spesifik terendah didapat pada sampel ZnO50 dengan nilaikapasitas spesifik sebesar 572 mAh/gr untuk discharge dan 562 untuk charge. Sedangkanuntuk ketahanan siklus didapatkan oleh sampel ZnO100 dengan kapasitas retensi 94%pada siklus ke 80 dan ZnO 150 dengan kapasitas retensi 82 %. Dari pengujian ratecapabilities, baterai ZnO memiliki kemampuan discharge dan charge dari 0,1 C hingga2C. Hal ini menunjukkan bahwa telah tercapai tujuan penelitian yaitu sebagaipengembangan awal anoda ZnO microrods sebagai anoda baterai ion lithium dengankapasitas spesifik yang tinggi.
ABSTRACT
Transition-metal oxides (MxOy, M = Co, Fe, Cu, Zn) are such an attractive newmaterials for lithium ion battery anodes, as they generally have bigger specific capacitythan graphite materials. Among the transition metals, ZnO have an advantage of theirhigh theoretical capacity for about 978 mAh/g which are three times the equivalent ofgraphite used in today's lithium ion batteries. Another advantage of ZnO is non-toxic. Itsavailability is abundant and cheap in preparation. In addition, ZnO as a semiconductormaterial has a wide band gap (3.37 eV at room temperature), high electron mobility (100cm2/Vs) and large energy bonds (60 meV) so that it has been widely used in manyapplications, including transparent conductors, biosensors and anode materials fromlithium-ion batteries. In particular, the ZnO nanostructure has attracted much attentiondue to its unique nature and its possible application in a wide field. The variousnanostructures of ZnO have been synthesized using different approaches. In this work,the liquid chemical deposition facile (CBD) of ZnO microrods on copper (Cu) foils wasstudied. During synthesis, we control the uniformity, density and diameter of ZnOmicrorods to determine the optimum conditions. The effects of temperature annealing onthe growth of ZnO microrods and crystallization were further investigated. The size,alignment and uniformity of ZnO microrods were evaluated by scanning electronmicroscopy (SEM), while for structural analysis performed by XRD technique. Theresults showed that the annealing temperature significantly affected the growth of ZnOmicrorods. We found excellent experimental parameters achieved by using 3 (three) seedlayers, annealing at 150 ° C within 10 minutes annealing, giving an average diameter of218 nm, a crystal size of 53.29 nm and a density of 5.05 microrods / μm2. The largestcrystal size ( 65.34 nm) was obtained at annealing temperatures at 100 ° C and 10minutes anneal time. The SEM and HRSEM images in all samples tested showed thatZnO microrods were successfully grown on copper sheet substrates with diameters of200-900 nm. The CV results show that the highest specific capacity is obtained by theZnO150 sample with a specific capacity value of 811 mAh/gr for discharge and 773mAh/gr for charging the current density of 0.5 A/g. While the lowest specific capacitywas obtained in the ZnO50 sample with a specific capacity value of 572 mAh/gr fordischarge and 562 for charge. While for cycle resistance obtained by the sample ZnO100 |
D2579-Yoyok Dwi Setyo Pambudi.pdf :: Unduh