Pengaruh Penambahan SiO2 Hasil Ekstraksi Sekam Padi Pada Sintesis Natrium Superionik Konduktor (NASICON) dan Sifat Konduktivitas Ionik Baterai Elektrolit Padat

Hariyati Purwaningsih, Syifa' Errahmah, Yohan Ervianto, Haniffudin Nurdiansyah, Yenni Rahmawati, Diah Susanti

Abstract


Energi merupakan isu hangat yang selalu diperlukan inovasi dari tahun ke tahun. Salah satu inovasi di dalamnya adalah bidang material penyimpan, contohnya baterai. Baterai memiliki tiga komponen utama, yakni anoda, katoda, elektrolit. Elektrolit memiliki sifat sebagai penghantar (konduktor) ion yang baik dikenal dengan dua macam, cair dan padat. Beberapa peneliti memperkenalkan NASICON (Na1+xZr2SixP3-xO12) sebagai struktur konduktor ion yang memungkinkan ion Na+ bergerak secara tiga dimensi. Pada penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh penambahan SiO2 hasil ekstraksi dari sekam padi pada pembentukan fasa NASICON dan konduktivitasionik pada baterai elektrolit padat. Proses pembentukan NASICON menggunakan metode sol-gel dari NaOH, SiO2, H3PO4 dan ZrOCl2.8H2O. SiO2 untuk pembentukan NASICON diekstrak dari sekam padi dengan metode acid-leaching. Hasil dari XRD menunjukkan bahwa silika hasil ekstraksi berbentuk amorf. Hasil SEM pada silika memperlihatkan bahwa morfologi silika berporoos. Hasil FTIR ekstraksi silika menunjukkan bahwa adanya ikatan Si-O-Si pada sampel. Hasil XRD NASICON menunjukkan bahwa struktur sebelum pemanasan kedua adalah monoklinik, sedangkan setelah melalui proses kompaksi dan pemanasan kembali berstruktur rhombohedral. Hasil LCR menunjukkan bahwa Nyquist Plot dari ketiga komposisi bersifat semikonduktor dengan konduktivitas tertinggi dimiliki oleh NASICON dengan komposisi x=2. Jadi dapat disimpulkan bahwa penambahan fraksi mol SiO2 pada NASICON tidak menghasilkan perubahan struktur kristal, namun sintering ulang hingga 1000oC menghasilkan transformasi struktur kristal monoklinik ke rhombohedral. Selain itu, nilai konduktivitas semakin tinggi pada penambahan nilai fraksi mol (x) namun akan menurun seiring dengan kenaikan fraksi mol ≥ 2Energi merupakan isu hangat yang selalu diperlukan inovasi dari tahun ke tahun. Salah satu inovasi di dalamnya adalah bidang material penyimpan, contohnya baterai. Baterai memiliki tiga komponen utama, yakni anoda, katoda, elektrolit. Elektrolit memiliki sifat sebagai penghantar (konduktor) ion yang baik dikenal dengan dua macam, cair dan padat. Beberapa peneliti memperkenalkan NASICON (Na1+xZr2SixP3-xO12) sebagai struktur konduktor ion yang memungkinkan ion Na+ bergerak secara tiga dimensi. Pada penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh penambahan SiO2 hasil ekstraksi dari sekam padi pada pembentukan fasa NASICON dan konduktivitasionik pada baterai elektrolit padat. Proses pembentukan NASICON menggunakan metode sol-gel dari NaOH, SiO2, H3PO4 dan ZrOCl2.8H2O. SiO2 untuk pembentukan NASICON diekstrak dari sekam padi dengan metode acid-leaching. Hasil dari XRD menunjukkan bahwa silika hasil ekstraksi berbentuk amorf. Hasil SEM pada silika memperlihatkan bahwa morfologi silika berporoos. Hasil FTIR ekstraksi silika menunjukkan bahwa adanya ikatan Si-O-Si pada sampel. Hasil XRD NASICON menunjukkan bahwa struktur sebelum pemanasan kedua adalah monoklinik, sedangkan setelah melalui proses kompaksi dan pemanasan kembali berstruktur rhombohedral. Hasil LCR menunjukkan bahwa Nyquist Plot dari ketiga komposisi bersifat semikonduktor dengan konduktivitas tertinggi dimiliki oleh NASICON dengan komposisi x=2. Jadi dapat disimpulkan bahwa penambahan fraksi mol SiO2 pada NASICON tidak menghasilkan perubahan struktur kristal, namun sintering ulang hingga 1000oC menghasilkan transformasi struktur kristal monoklinik ke rhombohedral. Selain itu, nilai konduktivitas semakin tinggi pada penambahan nilai fraksi mol (x) namun akan menurun seiring dengan kenaikan fraksi mol ≥ 2

Full Text:

PDF

References


Anantharamulu, N., Rao, K. K., Rambabu, G., Kumar, B. V., Radha, V., Vithal, M. (2011). A wide-ranging review on Nasicon type materials. Journal of Materials Science, 46(9), 2821–2837.

Athinarayanan, J., Periasamy, V.S., Alhazmi, M., Alatiah, K. A., dan Alshatwi, A. A. (2014). Synthesis of biogenic silica nanoparticles from rice husks for biomedical applications. Ceramics International, 41(1), 275–281.

Barsoum, M. W. (2003). Fundamental of Ceramic. USA: IOP Publishing.

Guin, M. dan Tietz, F. (2015). Survey of the transport properties of sodium superionic conductor materials for use in sodium batteries. Journal of Power Sources, 273, 1056–1064.

Guin, M., Tietz, F., dan Guillon, O. (2016). New promising NASICON material as solid electrolyte for sodium-ion batteries : Correlation between composition , crystal structure and ionic conductivity of Na3+xSc2SixP3−xO12’. Solid State Ionics, 293, 18–26.

Hou, W., Guo, X., Shen, X., Amine, K., Yu, H., dan Lu, J. (2018). Nano Energy Solid electrolytes and interfaces in all-solid-state sodium batteries : Progress and perspective’, Nano Energy, 52, 279–291.

Linden, D. (2002). Book Review: Handbook of Batteries and Fuel Cell. Journal of Power Sources, 17, 379-384.

Lunghammer, Ma, S. Q., Rettenwanden, D., Hanzu, I., Tietz, F., dan Wilkening, H.M.R. (2018). Bulk and grain-boundary ionic conductivity in sodium. Chemical Physics Letters, 701, 147–150.

Maleki, H., Durães, L., dan Portugal, A. (2014). An overview on silica aerogels synthesis and different mechanical reinforcing strategies. Journal of Non-Crystalline Solids, 385, 55–74.

Mupa, M., Hungwe, C. B., Witzleben, S., Mahamadi, C., dan Muchanyereyi, N. (2015). Extraction of silica gel from Sorghum bicolour (L.) moench bagasse ash. African Journal of Pure and Applied Chemistry, 9(2), 12–17.

Naqash, S., Ma, Q., Tietz, F., dan Guillon, O. (2016). Na3Zr2(SiO4)2(PO4) prepared by a solution-assisted solid state reaction. Solid State Ionics, 302, 83-91.

Naqash, S., Sebold, D., Tietz, F., dan Guillon, O. (2018). Microstructure – conductivity relationship of Na3Zr2(SiO4)2(PO4) ceramics. Journal American Ceramics Society, 1-14.

Noguchi, Y., Kobayashi, E., Platnisha, L. S., Okada, S., dan Yamaki, J. (2013). Electrochimica Acta Fabrication and performances of all solid-state symmetric sodium battery based on NASICON-related compounds. Electrochimica Acta., 101, 59–65.

Patil, R. C., Dongre, R., dan Meshram, J. (2014). Preparation of Silica Powder from Rice Husk Preparation of Silica Powder from Rice Husk. Journal of Applied Chemistry, 26-29.

Purwaningsih, H., Pratiwi, V. M., Purwana, S.A.B., Nurdiansyah, H., Rahmawati, Y., dan Susanti, D. (2018). Fabrication of mesoporous silica nanoparticles by sol gel method followed various hydrothermal temperature. AIP Conference Proceedings, 1945.

Ruan, Y., Song, S., Liu, J., Liu, P., Cheng, B., Song, X., dan Battaglia, V. (2017). Improved structural stability and ionic conductivity of Na3Zr2Si2PO12 solid electrolyte by rare earth metal substitutions. Ceramics International, 43(10), 7810–7815.

Ruan, Y., Guo, F., Liu, J., Song, S., Jiang, N., dan Cheng, B. (2018). Optimization of Na3Zr2Si2 PO12 ceramic electrolyte and interface for high performance solid-state sodium battery. Ceramics International, 45(2), 1770-1776.

Yadav, P. dan Bhatnagar, M. C. (2012). Structural studies of NASICON material of different compositions by sol – gel method. Ceramics International, 38(2), 1731–1735.




DOI: https://doi.org/10.15294/jf.v8i2.16979

Refbacks

  • There are currently no refbacks.




Creative Commons License This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 License. View My Stats