ISSN: 1410-8917 Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (2) (2011) : 48 – 50

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pembuatan Elektrolit Padat KMn 2-x Mg x O 4 dengan Variasi

## Konsentrasi Larutan Kalium Asetat
Cipto Harjono a , Linda Suyati a , Rahmad Nuryanto a*
a Physical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: nuryantorahmad@live.undip.ac.id
Art ic le   Info Ab s t rac t Keywords: Potassium acetate, Solid electrolytes, Conductivity, FTIR and XRD The fabrication process of solid electrolyte KMn
2-x Mg x O 4 with variation of concentration of  potassium  acetate  solution  has  been  conducted.  Potassium  as  a  metal  ion  in  a  solid electrolyte  serves  as  an  energy  producer  by  an  electrolysis  process  so  the  effect  of concentration changes on structure and conductivity need to be reviewed in. This research used  gradual  heating  and  sol-gel  method  by  mixing  CH3COOK  solution  of  0,1-0,5  M, Mg(CH3COO) 2 0,3M, Mn(CH3COO) 2 and C 6 H 8 O 7 0,3 M with stirring and heating at 80°C, drying at 175°C and calcination of 650°C. Increased concentration resulted in a decrease in conductivity i.e. at a concentration of 0.1 M , the conductivity was 36.90 S/m whereas at a concentration of 0.5 M, the conductivity was 13.75 S/m. FTIR results showed a peak of 3332.99  cm -1 and  3170.97  cm -1 (K-O-Mn  bending), 594.08  cm -1 and  478.35  cm -1 (Mg-O stretching), 1450.47 cm -1 and 1404.18 cm -1 (K-O stretching). The XRD results showed that all products in crystalline form and the structure formula was KMn 1,7 Mg 0,3 O 4

## Ab s t rak
Kata kunci: Kalium asetat, Elektrolit padat, Konduktivitas, FTIR dan XRD Proses  pembuatan  elektolit  padat  KMn 2-x Mg x O 4 dengan  variasi  konsentrasi  larutan kalium asetat telah dilakukan. Kalium sebagai ion logam dalam elektrolit padat berfungsi sebagai  penghasil  energi  dengan  proses  elektrolisis  sehingga  perlu  ditinjau  pengaruh perubahan konsentrasi terhadap struktur dan daya hantar (konduktivitas). Penelitian ini menggunakan  pemanasan  secara  bertahap  dan  metode  sol-gel  yaitu  dengan mencampurkan  larutan  CH 3 COOK  0,1-0,5M,  Mg(CH 3 COO) 2 0,3M,  Mn(CH 3 COO) 2 dan
C 6 H 8 O 7 0,3M dengan pengadukan disertai pemanasan suhu 80°C, pengeringan pada 175°C, dan kalsinasi 650°C. Peningkatan konsentrasi mengakibatkan penurunan konduktivitas yaitu pada konsentrasi 0,1 M sebesar 36,90 S/m menjadi 13,75 S/m pada konsentrasi 0,5 M.  Hasil  FTIR  menunjukkan  adanya  puncak  3332,99  cm -1 dan  3170,97  cm -1 (K-O-Mn bending),  594,08  dan  478,35  cm -1 (Mg-O  stretching),  1450,47  dan  1404,18  cm -1 (K-O stretching).  Hasil  XRD  menunjukkan  bahwa  semua  produk  dalam  bentuk  kristalin  dan struktur yang terbentuk adalah KMn 1,7 Mg 0,3 O 4 .

## 1. Pendahuluan
Salah satu energi alternatif yang dikembangkan oleh para ilmuwan untuk mengatasi masalah ketergantungan terhadap sumber daya alam berupa minyak bumi adalah baterai  [1].  Baterai  merupakan  sumber  energi  kimiawi yang dapat menghasilkan energi listrik dan mempunyai beberapa  kelebihan  yaitu  dapat  diisi  ulang,  ringan  dan dapat menyimpan energi yang cukup besar [2]. Beberapa
komponen  baterai  yaitu  elektroda,  elektrolit,  dan separator [3].
Daya  simpan  energi yang  cukup  besar  memberikan inspirasi  kepada  para  ilmuwan  dalam  mengembangkan baterai  untuk  memperbaiki  kualitasnya  [4].  Salah  satu perkembangan  yang  dilakukan  adalah  meningkatkan kualitas  elektrolit  pada  baterai  dengan  cara  mengubah elektrolit  cair  (pasta)  menjadi  elektrolit  padat  [5].
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 14 (2) (2011) : 48 – 50
Elektrolit  merupakan  suatu  zat  terlarut  dalam  larutan yang berfungsi sebagai konduktor eletrik [6]. Pembuatan elektrolit padat pada baterai telah banyak dikembangkan dari  tahun  1973  sampai  2002  oleh  para  peneliti  seperti Meluca, Bullock, West, James, dsb.
Nilai konduktivitas yang kecil merupakan kelemahan dalam penelitian sehingga digunakan sebuah cara  yaitu  metode  sol-gel  pada  awal  2004  oleh  Suresh. Metode  sol-gel  adalah  suatu  metode  dalam  pembuatan elektrolit  padat  dengan  adanya  pembentukan  materi menjadi sol dan gel [7]. Sejak pengembangan baterai  Li- ion  yaitu  penggunaan  logam  lithium  dalam  LiMn 2 O 4 seorang peneliti dari India yaitu Suryakala mulai meneliti pembuatan  elektrolit  padat  dengan  metode  sol-gel  [8]. Prosedur  yang  lebih  sederhana  dengan  menyisipkan logam  Mg  dalam  struktur  LiMnO 4 antara  lain menghasilkan  ukuran  partikel  yang  seragam,  struktur kristal rapih, dan kapasitas isi ulang mencapai 140 mAhg - 1 akan  tetapi  tedapat  kelemahan  yaitu  waktu  kalsinasi yang  lama  [9].  Penyisipan  logam  Mg  diharapkan  dapat memperbaiki  sifat  elektrokimia  dari  LiMn 2 O 4 yaitu struktur dan bentuk produk menjadi lebih baik sehingga lebih stabil [9].
Penelitian  kali  ini  untuk  mengetahui  hubungan konsentrasi  dengan  konduktivitas  dan  menentukan karakterisrik elektrolit padat KMn 2-x Mg x O 4 . Penggantian logam  Li  oleh  logam  K  dalam  penelitian  ini  disebabkan oleh  lebih  elektropositif,  mudah  membentuk  ion, termasuk  golongan  1A,  kandungannya  melimpah  yang terdapat  di  air  laut  seluruh  perairan  Indonesia  dan diharapkan  mempunyai  nilai  konduktivitas  elektrolit padat KMn 2-x Mg x O 4 lebih tinggi daripada LiMn 2-x Mg x O 4 .
Pembuatan  elektrolit  padat  KMn 2-x Mg x O 4 dengan memvariasi  konsentrasi  larutan  kalium  asetat  yang digunakan  sehingga  dapat  diketahui  efisiensinya  [10], pengadukan secara konstan disertai dengan pemanasan, penguapan dan kalsinasi dengan waktu yang lebih cepat [9].  Uji  yang  dilakukan  untuk  analisa  elektrolit  padat KMn 2-x Mg x O 4 adalah uji konduktivitas, Fourier Transform-Infrared ( FT-IR ) dan X-Ray Diffraction ( XRD ).

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Bahan  yang  digunakan  antara  lain  larutan  kalium asetat,  magnesium  asetat,  mangan  asetat,  asam  sitrat dan aquabides. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah  peralatan  gelas  standar, magnetic  stirer ,  oven, furnace dan multimeter.
Variabel yang dinilai adalah konduktivitas elektrolit padat  KMn 1,7 Mg 0,3 O 4 .  Variabel  yang  diubah  pada pembuatan  elektrolit  padat  KMn 1,7 Mg 0,3 O 4 adalah konsentrasi  larutan  kalium  asetat.  Variabel  yang dikonstankan  adalah  volume  larutan  larutan  elektrolit dan  konsentrasi  larutan  magnesium  asetat,  mangan asetat dan asam sitrat.

## Preparasi Sampel
Pembuatan  larutan  CH 3 COOK  0,1-0,5M  dengan melarutkan kristal CH 3 COOK.H 2 O 0,1963; 0,3926; 0,5889;
0,7852  dan  0,9815  g  dilanjutkan  dengan  penambahan aquabides  sampai  20  mL.  Pembuatan  larutan Mg(CH 3 COO) 2
0,3M dengan melarutkan kristal MgSO 4 .7H 2 O  1,4788  g dengan  aquabides  sampai  volume 20  mL  dan  dicampurkan  dengan  larutan  Pb(CH 3 COO) 2
0,3M.  Pembuatan  larutan  Mn(CH 3 COO) 2 0,3M  dengan melarutkan kristal MnSO 4 .H 2 O 1,014 g dengan aquabides sampai volume 20 mL dan dicampurkan dengan larutan Pb(CH 3 COO) 2 0,3M.
Pembuatan elektrolit padat KMn 2-x Mg x O 4
Pembuatan  kristal  KMn 2-x Mg x O 4 dilakukan  dengan mencampurkan larutan CH 3 COOK, Mg(CH 3 COO) 2 , Mn(CH 3 COO) 2 dan  penambahan  larutan  asam  sitrat. Pengadukan  secara  konstan  selama  2  jam  dan pemanasan dengan suhu 80°C selama 2 jam, pengeringan dengan suhu 175°C selama 12 jam, dan kalsinasi dengan suhu 650°C selama 6 jam.

## Analisis FTIR & XRD
Analisis  Spektroskopi  FTIR  dilakukan  untuk menentukan senyawa dari interaksi antar atom. Analisis XRD dilakukan untuk mengetahui morfologi produk.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil  pengukuran  konduktivitas  menunjukkan bahwa  semakin  besar  konsentrasi  maka  semakin  kecil konduktivitasnya. Hal ini disebabkan oleh semakin tinggi konsentrasi maka semakin sulit partikel untuk bergerak [11].
Gambar 1. Grafik perbandingan variasi konsentrasi terhadap konduktivitas
Hasil  FTIR  menunjukkan  bahwa  pada  konsentrasi 0,1M  dan  0,5M  adanya  K-O-Mn bending pada  bilangan gelombang  3332,99  dan  3170,97  cm -1 ,  Mg-O stretching pada bilangan gelombang 594,08 dan 478,35 cm -1 ,  K-O stretching pada bilangan gelombang 1450,47 dan 1404,18 cm -1 . Selain itu, tidak adanya vibrasi O-H stretching dari molekul  yang  memiliki  ikatan  hidrogen  di  daerah bilangan gelombang 3412-3448 cm -1 .
Gambar 2. Spektra FTIR KMn 1,7 Mg 0,3 O 4 untuk konsentrasi 0,1M dan 0,5M
Hasil  analisis  dengan  XRD  menunjukkan  bahwa terdapat 3 peak dengan intensitas tertinggi yaitu pada 2 theta  dengan  nilai  29.6034  untuk  MgO,  13,2545  untuk KMnO 2 dan 33,1000 untuk Mn 2 O 3. Semua produk elektrolit padat KMn 1,7 Mg 0,3 O 4 berupa kristalin.

## Gambar 3. Spektogram XRD

## 4. Kesimpulan
Konsentrasi  0,1M  kalium  asetat  merupakan  nilai konduktivitas  tertinggi  sebesar  36,90  S/m  dan konsentrasi  0,5M  nilai  konduktivitas  terendah  sebesar 13,75  S/m  sehingga  semakin  tinggi  konsentrasi  kalium asetat  maka  semakin  rendah  nilai  konduktivitas  KMn 2- x Mg x O 4 .  Hasil  pembuatan  elektrolit  padat  KMn 2-x Mg x O 4 dengan  variasi  konsentrasi  logam  kalium  berupa kristalin yaitu KMn 1,7 Mg 0,3 O 4 .
5. Daftar Pustaka [1]  Vladimir S Bagotsky, Fundamentals of electrochemistry, John Wiley & Sons, 2005.
[2]  Brian Russel Einsla, High temperature polymers for proton exchange membrane fuel cells, Virginia Tech,
[3]  Patrick E Trapa, You-Yeon Won, Simon C Mui, Elsa A Olivetti, Biying  Huang,  Donald  R  Sadoway, Anne  M Mayes,  Steven  Dallek,  Rubbery  graft  copolymer electrolytes  for  solid-state,  thin-film  lithium batteries, Journal of the Electrochemical Society , 152, 1, (2005) A1-A5
[4]  Steven  E.  Bullock,  Peter  Kofinas, Nanoscale  battery materials  based  on  the  self-assembly  of  block copolymers, Journal  of  Power  Sources , 132, 1, (2004) 256-260 http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2003.12.045
[5]  Yang-Kook Sun, Dong-Won Kim, Sung-Ho Jin, Yoo- Eup  Hyung,  Sung-In  Moon,  Dong-Kyu  Park, Synthesis and cycling behavior of LiMn2O4 cathode materials  prepared  by  glycine-assisted  sol-gel method  for  lithium  secondary  batteries, Korean Journal  of  Chemical  Engineering ,  15, 1, (1998)  64-70 http://dx.doi.org/10.1007/bf02705307
[6]  Do  Kyung  Kim,  P  Muralidharan,  Hyun-Wook  Lee, Riccardo Ruffo,  Yuan  Yang,  Candace  K  Chan,  Hailin Peng,  Robert  A  Huggins,  Yi  Cui,  Spinel  LiMn2O4 nanorods  as  lithium  ion  battery  cathodes, Nano Letters , 8, 11, (2008) 3948-3952
http://dx.doi.org/10.1021/nl8024328
[7]  Manickam Minakshi Sundaram, Electrochemistry of cathode  materials  in  aqueous  lithium  hydroxide electrolyte, Murdoch University, Western Australia
[8]  Ying-Shing  Shiao,  Ding-Tsair  Su,  Jui-Liang  Yang, Rong-Wen  Hung,  Electrochemistry  theorem  based state-of-charge estimation of the lead acid batteries for electric vehicles, WSEAS Transactions on Systems ,
7, 10, (2008) 1092-1103
[9]  K Suryakala, G Paruthimal Kalaignan, T Vasudevan, Synthesis  and  electrochemical  improvement  of nanocrystalline  LiMn2-xMgxO4  powder  using  sol- gel  method, International  Journal  of  Electrochemical Science , 1, 7, (2006) 372-378
[10] Tsutomu  Minami,  Solid  state  ionics  for  batteries, Springer Science & Business Media, 2006.
[11]  Lesley  E  Smart,  Elaine  A  Moore,  Solid  state chemistry: an introduction, CRC press, 2012.