ANALISIS RIETVELD KOMPONEN AKTIF BATERAI  -PbO 2 DAN  -PbO 2
Muhammad Hikam 1 , Teguh Yogaraksa 1 dan Hendro Sutisna 2
1 Departemen Fisika, FMIPA - UI Kampus Baru UI, Depok 16424
2 GS - Battery Kawasan Industri Surya Cipta BTB 9, Karawang Timur

## ABSTRAK
ANALISIS RIETVELD KOMPONEN AKTIF BATTERY  -PbO 2 DAN  -PbO 2 . Telah diperiksa 3 buah sampel yang berbeda dari komponen baterai positif dengan pengukuran XRD standar, data yang diperoleh kemudian diproses dengan analisis Rietveld yang dijalankan dengan EXPGUI-GSAS. Dalam hal ini telah diperhalus lebih dari 8 parameter termasuk konstanta kisi, latar belakang, koefisien absorpsi, posisi atom, kesalahan nol pada sudut dua theta, faktor termal dan fungsi profil puncak. Semua sampel menunjukkan adanya dua fasa yaitu scrutinyite dan plattnerite , grup ruang mereka masing-masing Pbcn dan P4 2 /mnm.
Kata kunci : Analisis Rietveld , baterai

## ABSTRACT
RIETVELD ANALYSIS OF ACTIVE COMPONENT BATTERY  -PbO 2 AND  -PbO 2 . We have examined 3 different specimens of positive battery component by a standard XRD measurement, we then further processed the XRD spectra by Rietveld analysis run on EXPGUI-GSAS platform. We have refined more than 8 parameters include lattice parameters, background, absorption coefficient, atomic positions, two theta zero error, thermal factors, and profile peak functions. All the samples show that they have two phases i.e. scrutinyite and plattnerite, their space groups are Pbcn and P4 2 /mnm respectively.
Key words : Rietveld analysis, battery

## PENDAHULUAN
Penyimpanan energi merupakan proses cukup penting dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu tata cara penyimpanan energi listrik ini dalam bentuk baterai. Pada saat sekarang ini meskipun sudah cukup banyak jenis-jenis baterai, pada akumulator jenis timbal-asam ( lead-acid ) masih dominan di pasar [1].
Akumulator timbal-asam modern merupakan pengembangan lebih lanjut dari penemuan Gaston Plante pada tahun 1859. Elektroda negatif merupakan timbal lunak, elektroda positif merupakan timbal dioksida pada penyangga timbal, dan larutan elektrolit merupakan asam sulfat. Ketika pembuangan muatan ( discharge ), permukaan material kedua elektoda dikonversi menjadi timbal sulfat, dan elektrolit makin menjadi encer. Garche pada tahun 2001 menunjukkan bahwa proses semacam ini masih terus menerus digunakan dan masih dapat dipercaya. Namun demikian, perubahan konsentrasi masing-masing konstituen baterai masih terbuka untuk diselidiki untuk mendapatkan kinerja baterai yang lebih optimum.
Untuk membuat formasi, plat negatif dan positif dimasukkan pada asam sulfat lemah dan dihubungkan
pada penguat. Penguat ini bertindak seperti sebuah pompa untuk memindahkan elektron dari plat positif dan mendorong mereka ke bagian negatif. Persamaan berikut merupakan penyederhanaan proses tersebut [1] :
Positif : PbSO 4 + 2H 2 O  PbO 2 + H 2 SO 4 + 2e - + 2H +
Negatif : PbSO 4 + 2e - + 2H +  Pb + H 2 SO 4 Sementara untuk pembuatan plat sendiri digunakan reaksi :
PbO + H 2 SO 4  PbSO 4 + H 2 Or
PbSO 4 + 3 PbO  3PbO  PbSO 4 PbSO 4 + 4 PbO  4PbO  PbSO 4
Dalam makalah ini akan didiskusikan karateristik kristalografi sel positif baterai yang berasal dari PT GS Battery untuk mendapatkan gambaran secara kualitatif dan kuantitatif jenis sel ini, sementara teknik pembuatan baterai tidak akan dibicarakan secara mendetail. Analisis Rietveld digunakan dalam penelitian ini untuk rekonfirmasi struktur kristal dan parameter kisi,
Analisis Rietveld Komponen Aktif Baterai  -PbO 2 dan  -PbO 2 (Muhammad Hikam)
serta untuk mendapatkan data kuantitatif komposisi yang ada. Informasi ini sangat diperlukan untuk perbaikan proses-proses dan peningkatan kualitas pembuatan baterai pada tahap berikutnya.

## METODE PERCOBAAN
Tiga buah sampel dari PT GS Battery dengan nomor kode HS01, HS02, dan HS03 diperiksa dengan X-Ray Diffractometer Philips tipe PW1710 di Departemen Metalurgi Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Semua pengamatan dilakukan pada suhu kamar.
Sumber sinar-x yang digunakan berasal dari anoda Cu dengan panjang gelombang K  1  1,54056 Å dan K  2  1,54439 Å dengan rasio 1  0,5. Tegangan pemercepat elektron yang digunakan 40 kV dan arus pada filemen tabung 30 mA. Jangkauan sudut difraksi (2  ) yang diamati dari 10 o sampai 100 o dengan kenaikan 0,02 o
Waktu setiap scan adalah 1 detik, sehingga setiap sampel memerlukan waktu periksa sekitar 75 menit.
Ketiga spektrum XRD yang didapat kemudian diproses dengan program APD ( Automatic Powder Diffraction ) dari Philips untuk mendapatkan sudut-sudut difraksi dan intensitas yang berkaitan dengan hal ini [2]. Program ini memberikan informasi analisis kualitatif sampel yang diteliti. Pencocokan kurva puncak-puncak difraksi lebih lanjut dilakukan dengan database PDF-ICDD [3] untuk mendapatkan informasi kristalografi secara lebih lengkap. Sumber informasi dari internet juga telah digunakan untuk kelengkapan data [4]
Hasil ini kemudian digunakan sebagai masukan awal analisis Rietveld [5] yang dijalankan dengan GSAS ( General Structure Analysis System ) [6,7] pada platform EXPGUI [8]. Platform merupakan sebuah Graphical User Interface untuk menjalankan GSAS secara mudah ( User Friendly ).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kurva XRD untuk ketiga sampel dapat dilihat pada Gambar 1. Tampak sekali ada kemiripan pada ketiga kurva tersebut. Analisis kualitatif dengan APD menunjukkan bahwa ketiga spesimen terdiri dari dua mineral yaitu scrutinyite dan plattnerite .
Lebih lanjut PDF-ICDD [3] memberikan informasi seperti dalam Tabel 1.
Data informasi lengkap kristalografi kedua mineral tersebut terdapat dalam Tabel 2.
Data-data ini digunakan untuk masukan awal program EXPGUI-GSAS untuk ketiga spesimen. Untuk perbandingan kurva eksperimen dan teori telah diperhalus parameter-parameter seperti konstanta kisi, background , posisi atom, two theta zero , faktor termal, dan fungsi profil puncak Gambar 2 menunjukkan probabilitas normal untuk sampel HS01. Meskipun tidak berbentuk garis lurus, tetapi kurva ini menunjukkan bahwa proses penghalusan sudah memadai. Hal ini juga terkonfirmasi secara lebih tegas pada Gambar 3 yang menunjukan bahwa hasil perhitungan penghalusan Rietveld tidak jauh berbeda dengan kurva eksperimen untuk HS01. Hal yang sama juga berlaku untuk sampel-sampel HS02 dan HS03.
Karena kesesuaian ini maka analisis ini dapat dipercaya untuk menghitung besaran-besaran yang berkaitan dengan informasi struktur kristal dan juga analisis komposisi. Dalam paper ini kami hanya akan melaporkan hasil-hasil kuantitatif karena informasi struktur kristal seperti parameter kisi dan posisi
Fasa
Scrutinyite   -PbO 2 Plattnerite   -PbO 2 Klas Simetri Ortorombik Tetragonal Parameter Kisi a = 4,971 Å, b = 5,956 Å, c = 5,438 Å a = 4,9578 Å, c = 3,3878 Å Jumlah formula per-unit Z = 4 Z = 2
Jumlah atom per-unit P/U = 12 P/U = 6 Posisi Atom Pb (0,0000; 0,3317; 0,2500) (0,0000; 0,0000; 0,0000) Posisi Atom O (0,7224; 0,1217; 0,4158) (0,3067; 0,3067; 0,0000)
Tabel 2 . Informasi Kristalografi [3,4,9]
Gambar 1 . Kurva XRD dari sampel HS01, HS02 dan HS03 Sampel Rumus Kimia Nama Mineral Grup Ruang PDF-No  -PbO 2 Scrutinyite Pbcn 45-1416 HS01, HS02, HS03  -PbO 2  Plattnerite P4 2 /mnm 08-0185 Tabel 1 . Fasa-fasa yang terbentuk
atom sangat serupa dengan masukan awal pada Tabel 2. Hasil analisis kuantitatif tersebut sebagai berikut : HS01 terdiri dari 70,51%  -PbO 2 dan 29,49%  -PbO 2 , sementara HS02 dengan komposisi : 99,822 %  -PbO 2 dan 0,177%  -PbO 2 , dan HS03 mengandung 34,48 %  -PbO 2 dan 65,52%  -PbO 2.

## KESIMPULAN
Dari analisis Rietveld yang dilakukan dengan dengan program EXP-GUI GSAS didapatkan hal-hal sebagai berikut: 1. Secara umum analisis Rietveld dapat digunakan untuk semua material bahan baterai aktif yang telah diteliti dengan hasil yang memadai.
2. Pada ketiga sampel terkonfirmasi dua fasa mineral scrutinyite dan plattnerite
3. Prosentasi berat sampel yang dapat dianalisis sebagai berikut :  HS01:  -PbO 2 = 70,51% dan  -PbO 2 =29,49%  HS02:  -PbO 2 = 99,822 % dan  -PbO 2 =0,177%  HS03:  -PbO 2 = 34,48 % dan  -PbO 2 =65,52%

## UCAPAN TERIMAKASIH
Para penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Herry Anggoro, Kepala Deputi R & D PT GS Battery yang telah memberi izin pemanfaatan sampel untuk diteliti secara kristalografi.

## DAFTAR ACUAN
[1]. J. GARCHE, Advanced Battery System – the End of the Lead-Acid Battery , Phys. Chem. Chem.
Phys , 3 (2001) 356-367 [2]. B. D. CULLITY and S. R. STOCK , Element of X-Ray Diffraction. Third Edition. Prentice Hall, New Jersey, (2001)
[3]. ___, PDF-ICDD (Powder Diffraction File, International Centre for Diffraction Data) database, 1998 (CD-ROM)
[4]. http://webmineral.com
dan http:// database.iem.ac.ru/mincryst
[5]. R. A. YOUNG (Ed.), The Rietveld Method , Oxford Science Publications, New York, (1993)
[6]. A.C LARSON and R.B. VON DREELE, General Structure Analysis System (GSAS) , Los Alamos National Laboratory Report LAUR, (2000) 86-748
[7]. M. HIKAM, H. WIJONO, B. SOEGIJONO dan R. EFFENDI, Studi Struktur Kristal Yttria Zirconia dengan Delphi dan GSAS, J. Fis. HFI, A5
(2002) 567
[8]. H. TOBY, EXPGUI: A Graphical User Interface for GSAS , J. Appl. Cryst . 34 (2001) 210-213
[9]. T. HAHN (Ed), International Tables for Crystallography , Vol. A Space-Group Symmetry,
4 th Ed., Klumer Academic Publishing, London, UK, (1995) 372-373