Abstrak — Pengaruh penambahan abu layang pada Solid Polymer Electrolyte (SPE)  PEO  ( Poly  Ethylene  Oxide )  dan  garam  LiClO 4 ( Lithium  Perchlorate )  telah  diteliti.  Kristalinitas  PEO  berkurang secara signifikan karena penggabungan PEO-LiClO 4 -abu layang, yang diuji menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Interaksi ion- polimer,  khususnya  interaksi  antara  kation  LiClO 4 -abu  layang dengan  atom  eter  oksigen  dari  PEO,  telah  dibuktikan  dengan FTIR.  Penambahan  abu  layang  5%  meningkatkan  nilai konduktivitas ionik SPE yaitu 1,730 x 10 -4 S/cm pada suhu 60 o C. Sedangkan nilai  konduktivitas  ionik PEO  murni  sebesar 7,859 x 10 -6 S/cm  dan  6,863  x  10 -5 S/cm  untuk  PEO-LiClO 4 pada  suhu yang sama. Hasil dalam penelitian ini menunjukkan bahwa SPE PEO  dengan  penambahan  LiClO 4 dan  abu  layang  merupakan salah satu material elektrolit untuk baterai ion lithium .
Kata  Kunci — Solid  Polymer  Electrolyte, Baterai ion  lithium, Konduktivitas ionic, Pengisi, Abu layang .

## I. PENDAHULUAN
ATERAI ion litium isi ulang (LIB) merupakan salah satu teknologi  penyimpanan  energi  yang  paling  penting  dan telah  menjadi  bagian  yang  tidak  dapat  terpisahkan  dari kehidupan sehari-hari [1]. Baterai ion litium merupakan salah satu  baterai  yang  paling  dibutuhkan,  karena  dapat  di charge ulang,  ringan,  tahan  lama,  aman  penggunaannya  dan  mudah diolah dalam berbagai bentuk [2].
Salah  satu  insiden  terbaru  dalam  penggunaan  baterai  ion litium  yaitu  kebakaran  yang  terjadi  pada  mobil  listrik  unit Tesla Model S dan pesawat Dreamliner Boeing 787. Sehingga dalam baterai lithium isi ulang kebijakan safety merupakan hal terpenting [3].
Solid Polymer Electrolyte (SPE) dianggap sebagai salah satu solusi  yang  layak  untuk  menjamin  keamanan  dalam  baterai litium  isi  ulang  daya  tinggi  [4].  SPE  memiliki  beberapa keunggulan  dibandingkan  dengan  elektrolit  cair  seperti  tidak volatil, tidak mudah terbakar, mudah untuk diproses, stabilitas kimia dan elektrokimia yang baik [4][5][6][7].
Penelitian  mengenai  penambahan filler (pengisi)  telah banyak  dilakukan.  Penelitian  sebelumnya  oleh  Song  dkk  [8] dihasilkan konduktivitas sebesar 9,6×10 -4 S/cm dengan adanya penambahan  pengisi  SiO 2 sebanyak  5%  pada  PEO-AlCl 3 . Sementara  Fullerton  dkk  [9]  melaporkan  dalam  penelitiannya bahwa  konduktivitas  tertinggi  diperoleh  dengan  penambahan Al 2 O 3 sebanyak 5% pada PEO-LiClO 4 . Fly  ash (abu  layang)  dapat  digunakan  sebagai  pengisi  yang ditambahkan  pada  matriks  polimer  PEO  dengan  kompleks
garam  LiClO 4 .  Abu  layang  adalah  abu  sisa  pembakaran  batu bara  yang  dipakai  dalam  banyak  industri.  Selama  ini  abu layang  tidak  dimanfaatkan  dan  dibuang  begitu  saja,  sehingga memiliki  potensi  mencemari  lingkungan.  Abu  layang  terdiri dari  bahan  anorganik  (SiO 2 ,  Al 2 O 3 ,  Fe 2 O 3 ,  dan  CaO)  yang terdapat di dalam batu bara yang telah mengalami fusi selama pembakarannya [10].
Abu layang akan digunakan untuk menggantikan peran SiO 2 dan  Al 2 O 3 sebagai  pengisi  anorganik.  Pada  penelitian  ini  abu layang  yang  digunakan  berasal  dari  PT.  TJIWI  KIMIA Sidoarjo  dengan  konsentrasi  yang  ditambahkan  sebanyak  5% seperti optimasi yang pernah dilakukan pada penelitian diatas.

## II. METODE PENELITIAN

## A. Alat dan Bahan
Peralatan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  gelas beaker,  tabung  reaksi,  pipet  ukur,  pro  pipet,  spatula,  kaca arloji, thermometer  digital  stick , magnetic  stirrer ,  teflon  petri dish,  neraca  analitik  (Ohaus  PA214),  oven  (Freas  605),  XRD (Phillips  X ’ Pert  MPD),  FTIR  (Shimadzu),  dan  spektroskopi AC  impedansi  (Autolab  ECl10M).  Sedangkan  bahan  yang digunakan dalam penelitian ini adalah PEO) Mw  = 6  x 10 5 g mol -1 (Sigma Aldrich), garam LiClO 4 (Sigma Aldrich, 99,9%), asetonitril  (Emsure  Merck  KGaA)  dibeli  dari  Germany,  dan abu  layang  dari  PT.Tjiwi  Kimia  diambil  dari  kota  Sidoarjo Indonesia.

## B. Sintesis Solid Polymer Electrolyte (SPE)
SPE  dibuat  dengan  tiga  variasi  yaitu  PEO  100%,  PEO- LiClO 4 10%,  dan  PEO-LiClO 4 10%-abu  layang  5%,  dilarutkan dalam  asetonitril  yang  digunakan  sebagai  solvent  untuk preparasi  dari  elektrolit  polimer  sebanyak  8  mL  dan  diaduk selama  6  jam  untuk  mendapat  larutan  homogen  kental  pada suhu  55 o C.  Larutan  tersebut  kemudian  dituangkan  kedalam sebuah  teflon  petri  dish  (diameter  2  cm).  Kemudian  SPE dikeringkan  di  dalam  oven  pada  suhu  55 o C  selama  6  jam. Proses  sintesis  SPE  dan  skema  interaksi  antara  PEO,  LiClO 4 dan abu layang ditampilkan dalam Gambar 3.1

## C. Karakterisasi FTIR
Sampel  digerus  bersama-sama  dengan  suatu  halida anorganik  yang  memiliki  ikatan  ionik  sehingga  tidak  akan menyerap sinar inframerah karena tidak ada vibrasi molekul di dalamnya.  Pada  penelitian  ini  akan  menggunakan  senyawa KBr.  Setelah  digerus  hingga  bercampur  sempurna,  kemudian

## Studi Konduktivitas
Solid Polymer Electrolyte (SPE) PEO ( Poly Ethylene Oxide) dengan Fly ash dari PT. Tjiwi Kimia Sidoarjo
Arlita Sandya Satya Wardhani, Yatim Lailun Ni ’ mah, dan Harmami Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail : yatimnikmah@gmail.com
B
dipres  pada  tekanan  8  hingga  20  ton  per  satuan  luas  menjadi cakram  tipis  atau  pelet.  Kemudian  pelet  tersebut  dimasukkan ke dalam susunan alat dan kemudian siap ditembak oleh sinar inframerah.  FTIR  menggunakan  spectrometer  Nicolet  380 FTIR di wilayah 4000 – 400 cm -1 pada resolusi dari 1 cm -1 .

## D. Karakterisasi Elektrokimia
Impedansi dan konduktivitas dari sampel ditentukan dengan Autolab ECl10M. Film SPE diselipkan diantara dua elektroda Stainless  Steel (SS)  (diameter  2  cm)  dalam  sebuah  koin  sel. Ketebalan  setiap  sampel  diukur  dengan  menggunakan  alat ukur  jangka  sorong.  Pengukuran  impedansi  dilakukan  dalam rentang  frekuensi  1  Hz  sampai  1  MHz  sampel  1  Hz  dengan kecepatan  10  mVs -1 .  Konduktivitas  dianalisis  dengan memvariasikan  suhu  313 – 363  K  (ditahan  setiap  perubahan 10 o C selama 1 jam).
Konduktivitas  ionik  dari  berbagai  polimer  elektrolit  telah ditentukan menggunakan persamaan:
𝜎 = 𝑡 𝐴 𝑥 𝑅𝑏 (1)
Dimana  σ  adalah  konduktivitas  dihitung  dalam  S/cm,  t adalah ketebalan film, A adalah luas permukaan film, dan Rb adalah resistansi film dalam satuan ohm.

## III. HASIL DAN DISKUSI

## A. Hasil Sintesis Solid Polymer Electrolyte (SPE)
SPE  yang  disentesis  dalam  penelitian  ini  merupakan gabungan PEO, dengan garam LiClO 4 dan pengisi abu layang . Abu  layang  yang  dipakai  berasal  dari  PT.  TJIWI  KIMIA Sidoarjo Indonesia. Sintesis ini dilakukan dengan mengadaptasi  prosedur  sintesis  PEO/LiClO 4 /TiO 2 oleh  Lin dkk , [11]  dan  PEO/NaClO 4 /TiO 2 oleh  Ni ’ mah  dkk  [12]. Modifikasi  dilakukan  dengan  mengganti  pengisi  TiO 2 5% dengan abu layang sebanyak 5%.
Dilakukan  3  variasi  yaitu  PEO  murni,  PEO  -  LiClO 4 10%, dan  PEO  -  LiClO 4 -  abu  layang  5%  dilarutkan  dalam asetonitril  yang  digunakan  sebagai  solvent  untuk  preparasi dari  elektrolit  polimer  sebanyak  8  mL  dan  diaduk  selama  6 jam untuk mendapat larutan homogen kental pada suhu 55 o C. Lalu  sampel  didiamkan  selama  semalam  agar  gelembung menghilang dari sampel dan dalam keadaan tertutup.
Campuran  tersebut  kemudian  dituangkan    kedalam  sebuah teflon  petri  dish  (diameter  2  cm)  secara  perlahan  lahan  agar tidak  terdapat  gelembung  saat  penuangan.  Kemudian  SPE dikeringkan  di  dalam  oven  pada  suhu  55 o C  selama  6  jam untuk  menguapkan  larutan  asetonitril.  Hasil  oven  berbentuk membran  dengan  ketebalan  0,025.  Diamkan  sebentar  lalu diambil membran dengan piset agar tidak rusak.
Dapat dilihat pada Gambar 4.1 hasil membran  SPE dengan variasi  berbeda.  SPE  PEO  murni  transparan  dan  agak  keras, sedangkan  saat  ditambahkan  garam  LiClO 4 membram  buram atau  berwarna  putih  dan  lunak  dan  saat  penambahan  abu layang  berwarna  coklat  karena  penambahan  abu  layang dan lunak.

## B. Karakterisasi FTIR
Karakterisasi FTIR digunakan untuk memeriksa kemungkinan  interaksi  yang  terjadi  antara  ion  dan  polimer serta  perubahan  konformasi  pada  sejumlah  besar  polimer.
Perubahan  konformasi  ini  disebabkan  karena  penambahan garam  LiClO 4 dan  penambahan  pengisi  abu  layang 5%. Gambar 3.2 menunjukkan spektra FTIR hasil sintesis.
Gambar  1.  Membran  SPE  berdasarkan  PEO  dengan  variasi  penambahan garam LiClO 4 dan penambahan abu layang. (a) PEO murni, (b) PEO - LiClO 4, (c) PEO - LiClO 4 – abu laying 5%
Mode  vibrasi  yang  paling  utama  dan  bilangan  gelombang yang  ditunjukkan  oleh  PEO  murni  adalah  vibrasi  kibas ( wagging) CH 2 pada  daerah  serapan  2918  cm -1 , CH 2 lentur pada  daerah  serapan  1458  dan  1350  cm -1 , CH 2 simetric  pada daerah  serapan  958  cm -1 dan  CH 2 asimetric  pada  daerah serapan  844  cm -1 .  Pada  pita  serapan  tersebut  PEO  yang ditambahkan  garam  elektrolit  memiliki  intensitas  yang  lebih rendah.  Hasil  ini  membuktikan  bahwa  interaksi  yang  terjadi antara  oksigen  PEO  dan  kation  (Li + dan  ClO 4 - )  terbentuk sesuai  dengan  hasil  penelitan  oleh  peneliti-  peneliti sebelumnya.
Peregangan  C – O-C  ditemukan  pada  daerah  serapan  1103 cm- 1 .  Saat  penambahan  pengisi  abu  layang intensitas menurun,  dan  terbukti  bahwa  kompleks  Li + -  PEO  terbentuk. Ditemukan puncak baru pada daerah serapan 630 dan 627 cm -1 yang diindikasikan sebagai pita serapan ClO 4. Puncak tersebut hanya  teramati  pada  PEO  -  LiClO 4 dan  PEO  -  LiClO 4 – abu layang.
Gambar 2. Spektra FTIR pada SPE berbasis PEO dengan variasi LiClO4 dan penambahan pengisi abu layang.

## C. Karakterisasi XRD
Karakterisasi XRD dilakukan untuk mengetahui kemungkinan perubahan sifat semi-kristal selama penambahan garam  lithium  (LiClO 4 )  dan  penambahan  pengisi  abu  layang. Pada  Gambar  3.3.  menunjukkan  pola  XRD  dari  PEO  murni, penambahan  garam  LiClO 4 dan  penambahan  pengisi  abu layang.
AL T(%)
Gambar  3.  Pola  XRD,  PEO  murni  dengan  penambahan  garam  LiClO4  dan penambahan pengisi abu layang.
Berdasarkan  hasil  pola  XRD,  PEO  murni  mempunyai puncak  karakteristik  yang  tajam pada 2θ =  19,14 o dan  23,24 o dengan  puncak-puncak  dasar yang  berada  pada  sudut  2θ o : 14,61734 o ;  14,63405 o ;  15,05183 o ;  15,06854 o ;  22,02043 o ; 22,03714 o ;  26,95025 o ;  26,96696 o dan  26,98367 o .  Puncak karekteriktik  tersebut  menandakan  daerah  kristalin  dan puncak-puncak dasar menandakan daerah amorf. Penambahan LiClO 4 kedalam matrik PEO menunjukkan adanya penurunan drastis  pada  intensitas  dan  kristalinitas  PEO  murni.  Hal  ini dapat terjadi karena gangguan pada struktur semi kristalin oleh penambahan  garam  LiClO 4. Saat  penambahan  pengisi  abu layang , puncak XRD menunjukkan adanya penurunan itensitas yang menandakan sifat amorf.

## D. Konduktivitas Ionik
Hubungan  antara  konduktivitas  ionik  SPE  dengan  suhu ditunjukkan pada Gambar 3.5. Plot impedansi yang kompleks dari membran elektrolit PEO - LiClO 4 - abu layang pada suhu ruang ditunjukkan pada Gambar 3.4.
Pada  kurva  tersebut  terlihat  bahwa  konduktivitas  ionik meningkat  secara  linier  dengan  temperatur.  Konduktivitas ionik  pada  seluruh  sampel  dihitung  dengan  persamaan  (3.1). Resistansi  bahan  (ohm)  didapat  dari  intersep  semi  lingkaran dengan axis real, pada daerah frekuensi 1MHz-1 Hz. Gambar 3.4  plot  impedansi  (Z ’ vs  Z ” )  dari  PEO  murni  dan  PEO  - LiClO 4 -  abu  layang  5%  pada  suhu  50 o C.  Spektra  impedansi terdiri  dari  busur  pada  daerah  berfrekuensi  tinggi  dan  diikuti garis  linear  pada  daerah  frekuensi  rendah.  Saat  penambahan garam LiClO 4 dan pengisi abu layang terjadi pergeseran pada impedansi  ke  resistansi  lebih  rendah  pada real  axis. Dapat dilihat konduktivitas ionik pada saat PEO suhu 50 o C sebesar 7,284  x  10 -6 dan  pada  penambahan  pengisi  abu  layang  5% suhu 50 o C konduktivas meningkat menjadi 1,206 x 10 -4 .
Gambar 4. Plot impedansi (Z ’ vs Z ” ) dari (a) PEO murni dan (b) PEO LiClO 4 - abu layang 5% pada suhu 50 o C.
Dapat  dilihat  pada  Gambar  3.5  konduktivitas  naik  seiring dengan penambahan suhu  hal ini dinyatakan karena  mobilitas Li + yang  tinggi  karena  temperatur  dinaikkan.  Seperti  yang terlihat pada bidang konduktivitas temperature, PEO -LiClO 4 - abu layang menghasilkan konduktivitas ionik yang besar yaitu 1,730  x  10 -4 pada  suhu  60 o C  dibandingkan  PEO  murni  dan PEO - LiClO 4 . Konduktivitas optimum diperoleh pada suhu 60 o C  sesuai  dengan  penelitian  sebelumnya  oleh  Lin  dkk  [11]. Sifat  dari  kenaikan  konduktivitas  dipengaruhi  temperature dapat  dipelajari  dalam  terminologi  model  volume  yang kosong.  Tipe  ini  juga  dilaporkan  pada  sistem  polimer elektrolit.  Seiring  kenaikan  temperatur,  polimer  dapat menyebar  dengan  mudah  dan  menghasilkan  volume  yang kosong.  Sehingga,  semakin  tinggi  temperatur,  semakin  naik volume yang kosong. Konduktivitas yang dihasilkan mewakili seluruh  pergerakan  ion-ion  dan  polimer,  ditentukan  oleh volume yang kosong di sekitar rangkaian polimer. Oleh karena itu, saat temperatur meningkat maka ion molekul terlarut atau segmen polimer dapat berpindah ke volume yang kosong. Hal ini  menyebabkan  kenaikan  pergerakan  ion  dan  pergerakan segmen sehingga membantu transpor io
Gambar 5. Plot konduktivitas ionik vs suhu, pada SPE dengan PEO LiClO4 dan PEO - LiClO4 - abu layang.

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN

## A. Kesimpulan
Membran  SPE  berhasil  disentesis  dengan  variasi  PEO murni,  PEO  -  LiClO 4 dan  PEO  -  LiClO 4 – abu  layang  5%. Studi XRD menunjukkan sifat amorf dari membran SPE yang menghasilkan konduktivitas ionik yang lebih besar. Karakterisasi FTIR  menunjukkan interaksi yang terjadi antara ion  dan  polimer  serta  perubahan  konformasi  pada  sejumlah besar polimer. Dari spektroskopi impedansi, telah menunjukkan  bahwa  konduktivitas  ionik  membran  semakin tinggi  seiring  dengan  penambahan  suhu  dan  menghasilkan nilai  maksimum  sebesar  1,730  x  10 -4 S/cm  pada  60 o C  untuk PEO - LiClO 4 – abu layang 5% sedangkan nilai konduktivitas ionik  PEO  murni  sebesar  7,859  x  10 -6 S/cm  dan  6,863  x  10 -5 S/cm  untuk  PEO-LiClO 4 pada  suhu  yang  sama.  Hasil  dalam penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  SPE  PEO  dengan penambahan  LiClO 4 dan  abu  layang  5%. merupakan  salah satu material elektrolit untuk baterai ion lithium.

## B. Saran
Penelitian  ini  dapat  dikembangkan  lebih  lanjut  mengenai sifat  elektrokimia  seperti charge-discharge ,  dan  lain  lain. Serta  penelitian  ini  dapat  digunakan  di  masyarakat  untuk memanfaatkan  limbah  abu  layang sebagai  bahan  pengisi anorganik baterai dengan konduktivitas tinggi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B. Chen, Z. Huang, X. Chen, Y. Zhao, Q. Xu, and P. Long, “ A new composite  solid  electrolyte  PEO/Li10GeP2S12/SN  for  all-solid- state  lithium  battery, ” Electrochim.  Acta ,  vol.  210,  pp.  905 – 914,
2016. [2]
B.  Prihandoko, “ Pemanfaatan  soda  lime  silica  dalam  pembuatan komposit elektrolit baterai lithium, ” Universitas Indonesia, 2007.
[3] R.  Khurana,  J.  L.  Schaefer,  L.  A.  Archer,  and  G.  W.  Coates,
“ Suppression  of  Lithium  Dendrite  Growth  Using  Cross-Linked Polyethylene / Poly (ethylene oxide) Electrolytes: A New Approach for Practical Lithium-Metal Polymer Batteries, ” J. Am. Chem. Soc. , vol. 136, no. 20, pp. 7395 – 7402, 2014.
[4] J.  M.  Tarascon  and  M.  Armand, “ Issues  and  challenges  facing rechargeable  lithium  batteries, ” Nature ,  vol.  414,  pp.  359 – 367, 2011. [5]
B. Scrosati and J. Garche, “ Lithium batteries: Status, prospects and future, ” J. Power Sources , vol. 195, pp. 2419 – 2430, 2010.
[6] S. J. Kwon, D. G. Kim, J. Shim, J. H. Lee, J. H. Baik, and J. C. Lee,
“ Preparation  of  organic/inorganic  hybrid  semi-interpenetrating network  polymer  electrolytes  based  on  poly(ethylene  oxide-co- ethylene  carbonate)  for  all-solid-state  lithium  batteries  at  elevated temperatures, ” Polymer  (Guildf). ,  vol.  55,  no.  12,  pp.  2799 – 2808,
2014. [7]
M.  Grunebaum et  al. , “ Synthesis  and  electrochemistry  of  polymer based  electrolytes  for  lithium  batteries, ” Prog.  Solid  State  Chem. , vol. 42, pp. 85 – 105, 2014. [8]
S.  Song et  al. , “ A  hybrid  polymer/oxide/ionic-liquid  solid electrolyte  for  Na-metal  batteries, ” J.  Mater.  Chem. ,  vol.  5,  pp. 6424 – 6431, 2017.
[9] S.  K.  Fullerton  and  K.  M.  Janna, “ Structure  and  Mobility  of PEO/LiClO4  Solid  Polymer  Electrolytes  Filled  with  Al2O3 Nanoparticles, ” J. Physic Chem. , vol. 114, pp. 9196 – 9206, 2010.
[10] S.  R.  P.  Wardani, “ Pemanfaatan  Limbah Batubara  (Fly  Ash)  untuk Stabilisasi  Tanah  Maupun  Keperluan  Teknik  Sipil  Lainnya  Dalam Mengurangi  Pencemaran  Lingkungan, ” Universitas  Diponegoro, 2008.
[11] C.  W.  Lin  a,  C.  L.  Hung,  M.  Venkateswarlu,  and  B.  J.  Hwang, “Inﬂuence  of  TiO2  nano -particles  on  the  transport  properties  Of composite  polymer  electrolyte  for  lithium-ion  batteries, ” J.  Power Sources , vol. 146, pp. 397 – 401, 2005. [12] Y.  L.  Ni ’ mah,  M.  Yao  Cheng,  J.  H.  Cheng,  J.  Rick,  and  B.-J. Hwang, “ Solid-state  polymer  nanocomposite  electrolyte  of TiO2/PEO/NaClO4  for  sodium  ion  batteries, ” J.  Power  Sources , vol. 278, pp. 375 – 381, 2015.