Abstrak — E nergi  merupakan  isu  hangat  yang  selalu diperlukan  inovasi  dari  tahun  ke  tahun.  S alah satu inovasi di dalamnya  adalah  bidang  material  penyimpan,  contohnya baterai.  S elama  30  tahun,  aplikasi  dari    NAS ICON (Na 1+x Zr 2 S i x P 3-x O 12 )  lebih  kepada  sensor  gas.  Pada  penelitian ini, pembentukan NAS ICON menggunakan metode sol -gel dari NaOH, S iO 2 , H 3 PO 4 dan ZrOCl 2 .8H 2 O. S iO 2 untuk pembentukan  NAS ICON  diekstrak  dari  sekam  padi  dengan metode acid-leaching .  Hasil  dari  XRD  menunjukkan  bahwa silika  hasil  ekstraksi  berbentuk  amorf.  Hasil  FTIR  ekstraksi silika menunjukkan bahwa adanya ikatan S i -O-S i pada sampel. Hasil  XRD  NAS ICON 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 kedua komposisi bersifat semikonduktor dengan konduktivitas tertinggi dimiliki oleh nasicon dengan komposisi penambahan sio 2 pada x=2.
Kata  kunci− Ekstraksi  S ilika,  NAS ICON, Solid  Electrolyte, Storage Material

## I. PENDAHULUAN
ATERAI  Dikenal  Sebagai  Sumber  Listrik  Yang Fleksibel  (Tidak  Perlu  Dihubungkan  Ke  Sumbernya), Sehingga Dapat Diaplikasikan Dalam  Peralatan Elektronik  Seperti  Ponsel.  Baterai  Konvensional  Hanya Sekali Pakai,  Namun  Pada  Perkembangannya  Keberadaan  Baterai Dapat  Diisi  Ulang.  Teknologi  Yang  Berkembang  Pada  Ponsel Ataupun  Barang  Elektronik  Lainnya  Juga  Menuntut  Kualitas Termasuk  Dalam  Hal  Sumber  Daya  Yakni  Baterai  Itu  Sendiri. Hal Tersebut Secara Tidak Langsung Memaksa Para Produsen Baterai  Untuk  Melakukan  Inovasi  Terus -Menerus  Untuk Menyeimbangkan  Teknologi  Yang  Perkembangannya  Tidak Dapat Dibendung.
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.  Sebelum  Tahun  1960an, Material Konduktor Ionik Padat  Yang  Sering  Dikembangkan  Seperti  Α-Agi,  Ca2 + ,  Atau Y 3+ Disubtitusi  Dengan  Zro 2 .  Pada  Perkembangannya, Konduktor Na + Ditemukan  Dalam  Bentuk  Β-Alumina (Na 2 O.11Al 2 O 3 ).  Struktur  Β-Alumina  Memungkinkan  Ion  Na + Untuk  Bergerak  Secara  Dua  Dimensi.  Pada  Tahun  1975, Goodenough  Et.Al  Memperkenalkan  NASICON  Sebagai Struktur Konduktor Ion Yang Memungkinkan Ion Na + Bergerak Secara Tiga Dimensi.
Selama  Tiga  Puluh  Tahun,  NASICON  (Natrium  Superionik Konduktor)  Dengan  Rumus  Molekul  Na 1+X zr 2 si x p 3-X o 12 , Pada Awalnya Dikembangkan Sebagai  Sensor  Gas  Karena Konduktivitasnya  Yang  Tinggi  [1].  Selain  Sebagai  Sensor, NASICON Juga Digunakan Sebagai Baterai Berbasis Na + Yang Memiliki Kualifikasi Konduksi Ionik Seperti Seperti β -Alumina Dan Cubic Stabilized Zirconium [1]. Material NASICON Mempunyai Struktur Kristal Rhombohedral, Monolinik, Triklinik, Orthombik, Dan Corrondum-Lik e Disebabkan  Perbedaan  Komposisi  Dan Temperature  Sintering  [3].  Konduktivitas  Optimum  Dari NASICON Berada Pada Komposisi 1,8≤X≤2,2 Dengan Struktur Monoklinik  [2].  Beberapa  Peneliti  Melakukan  Investigasi Pengaruh  Perbedaan  Komposisi  Terhadap  Struktur  Dan  Sifat Elektrik.  [1]  Melakukan  Investigasi  Tersebut  Dengan  Variasi X=0,1;  1; Dan 2,05. Hasil Riset Tersebut Menunjukkan Bahwa Pada  Komposisi  X=2,05  Diperoleh  Konduktivitas  NASICON Yang  Paling  Tinggi.  Goodenough  (1975)  [2]  Melakukan Investigasi  Komposisi  NASICON  Dengan  Variasi  0,4≤X≤2,8 Dengan Hasil Pada Komposisi X=2 Memperoleh Konduktivitas Terbesar.
Komposisi  NASICON  Bergantung  Pada  Fraksi  Mol  Yang Dinyatakan  Pada Rumus Molekul  Na 1+X zr 2 si x p 3-X o 12 Sebagai X . Keberadaan X Ini Akan Mempengaruhi Jumlah Fraksi Mol Dari Na,  Si,  Dan  P.  Sehingga  Perubahan  Struktur  NASICON Dipengaruhi  Oleh  Penambahan  Unsur  Si.  Penambahan  Unsur Si Pada NASICON Merubah Keseimbangan Atom  Na Menjadi Bertambah  Sedangkan  Keseimbangan  Atom  Fosfor  P
Pengaruh Penambahan SiO 2 ( x =2 dan 2,5) pada Pembentukan Natrium  Superionik Konduktor (Na 1+X Zr 2 Si x P 3-X O 12 ) Dan Sifat Konduktifitas Ionik Baterai Elektrolit Padat
Syifa’ Errahmah, Hariyati Purwaningsih S.Si, M.Si, Dan Vania Mitha Pratiwi S.T,M.T Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail : hariyati@mat-eng.its.ac.id
B
Berkurang. Hal Ini Tentu Akan Berpengaruh Pada Karakteristik NASICON  Baik  Struktur  Maupun  Sifat  Elektriknya.  [4] Melakukan  Investigasi  Struktur  Dan  Konduksi  Ionik  Pada Na 4 Zr 2 Si 3 O 12 Yang Biasa Disingkat NZS (X=3, Tanpa Unsur P). Dari  Investigasi  Tersebut,    Konduktivitas  Ionik  Pada  NZS Relatif  Lebih  Tinggi  Daripada  NZP  (Nazr 2 p 3 o 12 ,  X=0)  Yang Disintesa  Oleh  Meier  (2015)  [5].  Terlihat  Adanya  Pengaruh Penambahan  Si  Pada    Konduktivitas  NASICON  Yang  Relatif Lebih Besar Daripada NASICON Tanpa Unsur Si. Sejalan  Dengan  Goodenough  (1975)  [2],  Penambahan  Si Pada  NASICON  Akan  Meningkatkan  Nilai  Konduktivitas, Namun  Seiring Bertambahnya X  Hingga Maksimal (2,2 ≤X≤3) Konduktivitas  Cenderung  Menurun.  Sehingga,  Diperlukan Investigasi Lebih Lanjut Mengenai Perngaruh Komposisi Pada X=2  Dan 2,2 ≤X≤ 3.

## II. M ET ODOLOGI PENELITIAN

## A.
Ek strak si Silik a Ekstraksi Silika (SiO 2 ) Dilakukan Dengan
Cara Menambahkan  Hcl  2  M  Sebanyak  100  Ml Sambil Dipanaskan Dengan  Temperatur  90 0 C  Selama  Dua  Jam.  Kemudian Dicuci Hingga  Ph  7  Dan  Dipanaskan  Dalam  Muffle  Furnace  600 0 C Selama  4  Jam.  Hasil Pemanasan Tersebut Direaksikan Dengan Naoh  2  M  Sebanyak  100  Ml  Dengan Stirring 90 0 C Selama 2 Jam. Setelah Itu Dibiarkan Mendingin Dan Disaring Ampasnya Menggunakan  Kertas  Saring.Larutan  Hasil  Saringan  Dititrasi Dengan  Larutan  H 3 PO 4 2  M  Sedikit  Demi  Sedikit  Hingga  Ph Mencapai  7.  Setelah  Itu,  Dibiarkan  30  Menit  Untuk  Proses Aging.
Proses Aging Selesai, Dimasukkan Dalam Mesin Centrifuge 4000rpm  Selama  5  Menit  Kemudian    Dilanjutkan  Dengan Mencuci Endapan Yang Terbentuk Dengan Akuades. Endapan Tersebut  Dicuci  Minimal  Tiga  Kali  Hingga  Tidak  Berkeruh. Endapan  Tersebut  Kemudian Dilakukan Pengeringan (Drying) Dengan  Suhu  100 0 C  Selama  Dua  Jam.  Hasil  Dari  Proses Pengeringan  Tersebut  Diambil  Sampel  Kemudian  Dilakukan Pengujian.

## B. Sintesa NASICON
Dalam  Tahap  Ini  Bahan-Bahan  Yang  Digunakan  (Naoh, Larutan  H 3 PO 4 ,  Zrocl 2 .8H 2 O,  Sio 2 )  Dihitung  Perbandingan Molarnya Dalam Larutan. Dengan Tiga Variasi Mol Sio 2 Yakni 2;  Dan  2,5.  Dari Variasi Tersebut Akan Didapat Perbandingan Yang  Berbeda  Untuk  Pembuatan  NASICON.  Melarutkan  Sio 2 Sesuai  Perbandingan  Dengan  Naoh  Yang  Telah  Dilarutkan Dalam Akuades. Begitu Pula Dengan , Zrocl 2 .8H 2 O Dan H 3 PO 4 Dilarutkan  Dalam  Akuades  Sesuai  Perbandingannya.Setelah Mencampurkan Seluruh Bahan Berdasarkan Perbandingannya, Bahan-Bahan  Tersebut  Disintering  Dengan  Furnace  Dalam Temperatur 1000 0 C Selama Tiga Jam.

## III. H ASIL D AN D ISKUSI

## A. Hasil Pengujian FTIR
Gambar 1 Hasil FT IR (A) SiO 2 (B) Sekam padi setelah acid leaching
Pengujian  FTIR  Digunakan  Untuk  Mengatahui  Gugus  Si-O Dalam Sekam Padi Dan Hasil Ekstraksi.
Terdapat  Persamaan  Puncak  Pada  Sekam  Padi  Yang  Telah Dibakar  Dengan  Hasil  Ekstraksi.  Puncak  Yang  Dimaksud Berada  Pada  Range 1050—1115 Yang Merupakan Vibrasi Dari Si-O-Si.  Hal  Itu  Menunjukkan  Adanya  Kandungan  Si  Pada Sekam.
Puncak  Hasil  Ekstraksi  Juga  Mengindikasikan  Adanya Unsur  Si  Dalam  Sampel.  Puncak  Range  800-870  Merupakan Vibrasi OH Dari Si-O. Seperti Pada Sekam, Puncak Selanjutnya Berada Pada Range 1050-1115 Yang Merupakan Vibrasi Dari Si- O-Si.  Dan  Puncak  Yang  Paling  Kiri, Berada Pada Range 3000- 4000  Merupakan  Vibrasi  Dari  OH.  Selain  Itu,  Teridentifikasi Ikatan  C=O  Yang  Terdapat Pada Sampel Silika. Hal Ini Sangat Mungkin  Terjadi,  Karena  Silika  Yang  Dihasilkan  Merupakan Bentuk Amorfus Yang Mudah Bereaksi Dengan Senyawa Lain.

## B. Hasil Uji X-Ray Diffractometry (XRD)
Gambar 2 Difraktogram Dari Sampel (A) Sekam Padi (B) Sio 2 Hasil Ekstraksi (C) Sekam Padi Yang T elah Leaching Dengan Hcl Pemanasan 600 0 C.
Gambar  2  Merupakan  Difraktogram  Untuk  Serbuk  Sekam Padi Dan Sekam Setelah Pemanasan 600 o c. Pola Difraksi Arang Sekam  (Gambar  4.2.A)  Menunjukkan  Profil  Kurva  Amorfus Karena  Pada  2-Theta  Sekitar  20 o Memperlihatkan Kurva Yang Lebar.  Demikian  Juga  Setelah Dipanaskan Memperlihat Kurva Yang  Lebar Namun Sudah Semi-Kristalin Ditunjukkan Dengan Puncak  Difraksi  Menunjuk  Pada  Angka  2-Theta  =26 o .  Posisi Sudut  Difraksi  Tersebut  Mengarah  Pada  Pembentukan  Fasa Sio 2 Yang  Bersesuaian  Dengan  ICDD  #  01-089-8951. Perbandingan  Kedua  Kurva  Menunjukkan  Bahwa  Arang Sekam  Berpotensi  Sebagai  Sumber  Silika (Sio 2 ).  Gambar 2 (B) Merupakan  Difraktogram  Dari  Silika  Hasil  Ekstraksi  Yang Terlihat  Bahwa  Profil  Kurva  Berbentuk  Amorfus.  Dari Perbandingan  Ketiga  Kurva  Tersebut,  Dapat  Disimpulkan Bahwa  Sekam  Dengan  Melalui  Proses Acid  Leaching Dapat Menghasilkan Silika.
Gambar 3 Difraktogram NASICON  Sebelum Sintering Kedua (A) X= 2,5 (B) X=2
Gambar 4 Difraktogram NASICON Setelah Sintering Kedua Pada (A) X=2,5 (B) X=2
Penambahan  Silika  X  =  2  Juga  Menghasilkan  NASICON Dengan  Fasa  NASICON  Dan  Zro 2 .  Demikian  Juga  Dengan Penambahan Sio2 Untuk X = 2,5 Menghasilkan NASICON  Dan Zro 2 .  Hasil  Sintesa  NASICON  Dengan Variabel X = 2 Dan 2,5 Pada  Sintering  1000 o c  Menghasilkan  NASICON  Dengan Struktur Kristal Monoklinik. Produk Lain Dari Sintesa Tersebut Adalah  Zro 2 (Zirconia).  Variabel  Penambahan  Silika  Dan
Sintering 1000 o c Belum Menghasilkan Fasa Tunggal NASICON Masih Menyisakan Zirconia Sebagai Produk Reaksi.  Sehingga Diperlukan  Upaya  Peningkatan  Temperature  Sintering  Atau Perlu  Dilakukan  Sintering  Ulang  Untuk  Menghasilkan NASICON Fasa Tunggal.
D = (1)
D  Merupakan  Ukuran  Kristal  Dalam  Ǻ,  Λ  Adalah  Panjang Gelombang  Yang  Digunakan  Dalam  Pengujian  XRD  Yaitu 1,54056  Ǻ,  Dan  B  Adalah  Lebar  Setengah  Puncak  Dalam Radian.  Θ  Adalah  Posisi  Sudut  Terbentuknya  Puncak.  Hasil XRD  Juga  Menunjukan  FWHM  Untuk  Dapat  Menentukan Nilai  B(Rad).  Dari  Perhitungan  Tersebut,  Didapatkan  Ukuran Kristal NASICON:
T abel 1 Ukuran Kristal NASICON X=2 Dan X=2,5

## C. Analisa Konduk tivitas Dan LCR Meter
Hasil  Dari  LCR  Meter  Berupa  Data  Yang  Berisi  Nilai Frekuensi,  Resistansi  (R),  Dan  Impedansi  (Z).  Dari  Data Tersebut Akan Diperoleh  Nilai Konduktivitas Dengan Rumus (Ruswanti, 2012):
Σ = (2)
Dimana,
Σ = Konduktivitas Ionik (S/Cm) T = Tebal Spesimen (Cm)
L = Luas Permukaan (Cm 2 ) Z = Impedansi Total (Ω)
Dengan  Rumus  Tersebut,  Diperoleh  Nilai  Konduktivitas Setiap Komposisi Pada Frekuensi 999 Khz Pada Tabel 3.2.

## T abel 2 Nilai Konduktivitas NASICON Dengan Beda Komposisi
Tabel  2  Menunjukkan  Bahwa  Konduktivitas  NASICON Tertinggi  Diperloleh  NASICON  Dengan  Komposisi  X=2.  Hal Ini  Sejalan  Dengan  Goodenough  (1975)  Yang  Mengatakan Bahwa  Konduktivitas  Maksimal  NASICON  Diperoleh  Pada Komposisi 1,8≤X≤2,2.
Komposisi (X) Λ(Ǻ) B(Rad) Θ( O c) D (Ǻ) 2 1,54056 0.0049 15,0412 293.010 2,5 1,54056 0.00618 15,416 388.121
Komposisi NASICON Koduktivitas (S/Cm) Impedansi (Ω) Na 2,5 Si 1,5 Zr 2 P 1,5 O 12 4,60 X 10 -7 1,16x10 5 Na 3 Si 2 Zr 2 PO 12 7,61 X 10 -6 6,88x10 4 Na 3,5 Si 2, 5Zr 2 P 0,5 O 12 7,84 X 10 -7 8,1x10 4
A B
(degree )
Gambar 3.5 Nyquist Plot Untuk NASICON (A) X=2 (B) X=2,5
Gambar  5  Merupakan  Plot  Nyquist  Yang  Diperoleh  Setelah Melakukan Perhintungan Dengan Rumus (Vadim, 2012):
Z’ =
Z” =
F : Frekuensi (Hz) C: Kapasitansi (F) R: Resistansi (Ω) Nyquist  Plot  Kedua  Komposisi  Tersebut  Menunjukkan Kecenderungan  Grafik  Menuju  Setengah  Lingkaran.  Hal  Ini Mengindikasikan  Bahwa  NASICON  Bersifat  Semikonduktor. Adanya  Sifat  Ini  Memungkinkan  Bahwa  NASICON  Dapat Menjadi Kandidat Sebagai Elektrolit Padat Baterai.

## IV. KESIMPULAN
Ekstraksi silika (SiO 2 ) berhasil dilakukan dengan menggunakan  metode acid-leaching dengan  bahan  dasar sekam  padi. silika  hasil  ekstraksi  mempunyai  struktur  kristal amorfus  dan  morfologinya  berpori.  Sintesa Natrium  Super ionic  Conductor (Na 1+x Zr 2 Si x P 3-x O 12 )  dengan  x=  2  dan  2,5 berhasil dilakukan dengan menggunakan metode sol-gel. Hasil sintesa  NASICON  pada  kedua  komposisi  memiliki  struktur monoklinik, sedangkan setelah proses  kompaksi  dan pemanasan  ulang  NASICON  berubah  struktur  menjadi rhombohedral.
NASICON  dengan  dua  komposisi  tersebut  bersifat semikonduktor, namun nasicon dengan komposisi x=2 Memiliki Konduktivitas  Ion  Paling  Tinggi  Sebesar  7,61x10 -6 S/cm . Penambahan  Fraksi  Mol  SiO 2 Pada  NASICON  Tidak Menghasilkan  Perubahan  Struktur  Kristal,  Namun  Sintering Ulang  Hingga  1000 o c  Menghasilkan  Transformasi  Struktur Kristal  Monoklinik  Ke  Rhombohedral.  Selain  Itu,  Nilai Komduktivitas  Menurun Seiring Dengan Kenaikan Fraksi Mol ≥ 2.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  S.E.  Mengucapkan  Terima  Kasih  Kepada  Program Riset  Unggulan  Jurusan  Tahun  2016  Yang  Didanai  Oleh Jurusan Teknik Material Dan Metalurgi FTI ITS.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] P.  Yadav.  MC.  Bhatnagar.  “ Structural    Studies    Of    NASICON Material    Of    Different  Compositions    By    Sol–Gel    Method”. Ceram ics  International 38 Pp 1731–1735. (2012)
[2] Goodenough,  J.  B.,  Et.Al.  “ Fast  Ion  Na + -  Ion  T ransport  In Skeleton  Structure.”  Massachusetts    Institute    Of    T echnology, Pergamon Press: USA. (1975)
[3] N.  Anantharamulu,  K.  Koteswara  Rao,  G.  Rambabu,  B.  Vijaya Kumar, V. Radha, And M. (2011)
[4] D. T ran Qui, J.J. Capponi, J.C. Joubert Journal Of Solid State Chemistry, 39 (1981), P. 219
[5] W.  Meier.  “ Ion-Conduction  Mechanisms  In  Nasicon-T ype Membranes  For  Energy  Storage  And  Utilization”. Departement Of Energy (2015)
A B (Ω) (Ω)