## Sintesis dan Karakterisasi Membran Kitosan/LiOH sebagai Elektrolit Padat Baterai Sekunder
Sunardi 1,* , Aris Haryadi 1 , Wihantoro 1 , Evi Yulianti 2
1 Jurusan Fisika FMIPA Universitas Jenderal Soedirman
2 PSTBM Batan Tenaga Atom Nasional Serpong Indonesia *e-mail corresponding author: sunardi.unsoed@gmail.com
Abstrak – Sintesis dan karakterisasi membran Kitosan/LiOH dilakukan bertujuan untuk menentukan pengaruh PVA/LiOH terhadap mikrostruktur membran elektrolit padat baterai sekunder. Sintesi membran Kitosan/LiOH dilakukan dengan metode casting dengan variasi konsentrasi w/w LiOH.  Karakterisasi dilakukan menggunakan FTIR  (Fourier  Transform  Infra  Red)  dan  SEM  (Scanning  Electron  Microscopy).    Hasil  FTIR  membran kitosan/LiOH menunjukkan adanya interaksi antara kitosan/LiOH.  Pada panjang gelombang 3500 nm terbentuk gugus fungsi – OH baru dan pada 1500 – 945 nm terbentuk ikatan bending antara gugus fungsi – OH dengan – NH3.  Hasil  SEM  menunjukkan  terbentuk  agglomerasi  dengan  bertambahnya  konsentrasi  LiOH  pada  larutan. Terjadi  distribusi  partikel  homogen  di  permukaan  membran.  Hal  ini    menunjukkan  bahwa  adanya  pengaruh penambahan  LiOH  pada  pembentukan  membran  yang  menghasilkan  ikatan  antar  atom  yang  semakin renggang/tidak stabil dan bahan yang semakin konduktif..

## Kata kunci: Gugus fungsi, ukuran butiran, kitosan, LiOH, elektrolit
Abstract – The synthesis and characterization of chitosan/LiOH membranes was carried out aimed to determine the  effect  of    chitosan/LiOH  on  the  electrolyte  membrane  microstructure  of  secondary  batteries.  Synthesis  of chitosan/LiOH  membranes  was  carried  out  by  casting  method  with  concentration  variations  w/w  LiOH.  The characterization  was  carried  out  using  FTIR  (Fourier Transform  Infra  Red)  and  SEM  (Scanning  Electron Microscopy). The results FTIR of chitosan/LiOH membrane showed an interaction between chitosan/LiOH. At a wavelength of 3500 nm a new -OH functional group is formed and at 1500-945 nm a bending bond is formed between  the -OH  group  and – NH3.  The  SEM  results  show  that  agglomeration  is  formed  by  increasing  the concentration  of  LiOH  in  the  solution.  A  distribution  of  homogeneous  particles  occurs  on  the  surface  of  the membrane. This shows that there is the effect of adding LiOH to the formation of membranes which results in increasingly tenuous / unstable atomic bonds and increasingly conductive materials.
Key words: Functional group, grain size, chitosan, LiOH, electrolyte

## PENDAHULUAN
Kitosan  [C 6 H 11 NO 4 ] n adalah  biopolimer organik,  yang  memiliki  sifat-sifat  non-toksik, biokompatibel,  biodegradable,  dan  hidrofilik. Kitosan  berasal  dari  cangkang  hewan  seperti kepiting, udang dan lobster. Kitosan terdiri dari amina dan hidroksil [1,2] .
Membran adalah daerah tipis antara dua fase yang memberikan lintasan tertentu [3-6] , sehingga memungkinkan fase atau komponen  tertentu  menembus  lebih  cepat dibandingkan  dengan  fase  atau  komponen lainnya  di  bawah  pengaruh  gaya  penggerak (driving  force) [7,8]. Membran  polimer elektrolit  padat  (solid  electrolyte  polimer membrane)  (SPE)  dalam  penelitian    ini dihasilkan oleh kitosan/LiOH.
Membran  elektrolit  padat  memiliki potensi  yang  besar  untuk  diaplikasikan
dalam  berbagai  bentuk  peralatan  elektronik dengan  berbagai  kelebihan  yaitu  tahan terhadap  kebocoran,  panas  dan  memiliki kestabilan  terhadap  getaran  dan  benturan. Sintesis  membran  kitosan/LiOH dilakukan untuk  menghasilkan elektrolit padat dalam sebagai filler baterai sekunder. Sedangkan, pengujian  morfologi  sampel  menggunakan SEM dan gugus fungsi menggunakan FTIR.

## METODE A.  Bahan dan alat
Bahan-bahan  yang    digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  kitosan,  asam  asetat (Merck), PVA  dan LiOH (Sigma-Aldrich). Sedangkan  alat  yang  digunakan  adalah  neraca Ohauss  Galaxy  TM  160,  mikrometer  skrup, desikator, cawan petri dan gelas ukur.

## B. Prosedur
Sintesis membran kitosan dilakukan dengan cara 3 gram kitosan dilarutkan ke dalam 100 mL asam asetat sambil diaduk dengan menggunakan magnetic  stirrer  sehingga  membentuk larutan homogen.    Selanjutnya  3  gram PVA dicampur ke  dalam  larutan  kitosan    dan  diaduk  selama  3 jam. Setelah  homogen  dimasukkan  LiOH dengan  konsentrasi  3%  dan  5%. Kemudian dicetak  ke  dalam  cawan  petri  dan  dikeringkan pada suhu 60 0 C selama 2 hari.  Membran yang sudah kering,  siap dilakukan pengujian.

## C.  Karakterisasi membran kitosan/LiOH
Spektra  FTIR membran kitosan/LiOH diperoleh dengan menggunakan Shimadzu 8201 PC FTIR spektrofotometer dan direkam dengan resolusi  1  cm -1 dengan  rentang  bilangan gelombang  dari  400  hingga  4000  cm -1 untuk menentukan  gugus  fungsi.  Struktur  mikro  dan distribusi  grain  size  menggunakan  Scanning Electron  Microscopy  (SEM)  tipe  JEOL,  JSM- 6510LA  dengan  pembesaran  1000x  pada  suhu kamar. Sampel dilapisi dengan emas selama 100 detik,  dengan  arus  listrik I =  60  mA.  Prosedur ini  dilakukan  untuk  mendapatkan  kualitas gambar yang lebih baik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## A.  Uji SEM
Hasil SEM pada membran kitosan,
kitosan/PVA  dan  kitosan/PVA/LiOH  dapat dilihat  pada Gambar  1 (a),  (b)  dan Gambar 2. Dari struktur morfologi permukaan membran yang dihasilkan tampak  mulus  dan  terdiri  dari  butiran  yang homogen  yang  menyebar  merata  di  seluruh permukaan.  Tidak terjadi agglomerasi serta cenderung  berpori.    Setelah  dilakukan pengujian  dengan  SEM  maka hasil  SEM menggambarkan  bahwa  terjadi  aggolmerasi antara  molekul-molekul  penyusun  kitosan, PVA dan LiOH.
Semakin tinggi konsentrasi LiOH digunakan semakin
banyak ion-ion pembawa muatan bebas bisa bergerak bebas.

## 1. Kitosan dan Kitosan/PVA
(a)
(b)
Gambar 1. Hasil SEM (a) Kitosan , (b) Kitosan/PVA

## 2.  Kitosan/PVA/LiOH
Gambar 2. SEM Kitosan/PVA/LiOH
Hasil SEM menunjukkan bahwa semakin  besar  konsentrasi  yang  ditambahkan pada  membran  akan  menghasilkan  ikatan  antar atom  yang  semakin renggang/  tidak  stabil  dan menghasilkan bahan yang semakin konduktif.

## B.  Uji FTIR

## 1. Kitosan dan PVA
Hasil  FTIR  dari  kitosan  murni  dan  PVA dapat  dilihat  pada Gambar 3 (a)  dan  (b). Pada Gambar  1 (a)  dan  (b), daerah serapan terjadi  pada  bilangan  gelombang  2000 – 1000  cm -1 .    Daerah  serapan juga terjadi pada  bilangan  gelombang  1700,89  cm -1 yang  menunjukkan  gugus  fungsi  C=O asimetri  dan  pada  1429,65  cm -1 terjadi gugus  fungsi  C=O  simetri  dari  kitosan. Daerah  bilangan  gelombang  2300,76  cm -1 gugus  fungsi  C-OH  bending.  Daerah bilangan  gelombang  1650,78 – 600  cm -1 menunjukkan gugus fungsi C=O, sedangkan daerah  bilangan  gelombang    3000 - 2500 cm -1 terbentuk  gugus  C-H  bending.    Pada puncak 3500 cm -1 terbentuk gugus fungsi O-
H bending.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tr an sm ita nc e, % wave lenght, nm (a) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 20 40 60 80 100 Tr an sm ita nc e, % wave length, nm

## (b)
Gambar 3. (a) Spektrum FTIR  Kitosan,  (b)  FTIR Kitosan/PVA

## 2. Kitosan/PVA dan Kitosan/PVA/LiOH
Gambar 4.(a)  dan  (b).  menunjukkan  adanya interaksi antara kitosan dengan PVA dan  LiOH yang  kuat  sehingga  terbentuknya  gugus  fungsi yang  baru.    Pada  bilangan  gelombang  3000 – 2750  cm -1 terbentuk  puncak  baru  yang menunjukan  gugus  fungsi  C-H  bending  dengan – CH 2 dan – CH 3 .    Pita  serapan  terjadi  pada bilangan  gelombang  1750,87 – 1475,45  cm -1 terbentuk  gugus  NH 2 bending.    Dari    hasil ketiga  spektra  IR tersebut  menunjukkan adanya pergeseran, kenaikan, penurunan intensitas, dan terbentuknya  gugus  baru  pada  membran kitosan/PVA/LiOH.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 34210,18 1060,10 3461,10 2881,95 Chitosan Tr an sm ita nc e, % wave Lenght, nm PVA (a) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 10 15 20 25 T ra n sm ita n si ( % ) Bilangan gelombang (1/cm) (b)
Gambar 4. (a) FTIR Kitosan-PVA, (b) FTIR Kitosan/

## PVA/LiOH
Terlihat  bahwa  pada  spektrum FTIR kitosan/PVA/LiOH pada panjang gelombang  1550 – 544  nm  terjadi bending antara – OH  dan – NH 3 . Bending dan stretching terjadi akibat adanya pola teratur
dan  dominan  antara  molekul  pembentuk kitosan dan PVA .
C. Uji XRD Hasil XRD pada membran kitosan, kitosan/PVA  dan  kitosan/PVA/LiOH  dapat dilihat pada Gambar 5.
10 20 30 40 50 60 2  deg) Kitosan PVA In te nsi ty (a .u ) Kitosan/PVA Kitosan/PVA/LiOH 25% Kitosan/PVA/LiOH 75%
Gambar 5.    Hasil  XRD  membran  kitosan,  kitosan/PVA dan kitosan/PVA/LiOH
Hasil  XRD  membran  kitosan,  kitosan/PVA dan  kitosan/PVA/LiOH  menunjukkan  bahwa semakin besar konsentrasi LiOH yang digunakan,  menghasilkan  intensitas  membran menurun  dan  bahan  akan  semakin  bersifat amorf.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  partikel- partikel  pada  kisi  kristal  akan  berpindah  posisi sehingga membuat kekosongan pada kisi kristal.

## KESIMPULAN
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa terjadi pembentukan gugus  fungsi  baru – OH  pada kitosan/LiOH pada panjang  gelombang  3500  nm  dan  terjadi interasi  ikatan  bending  antara – OH  dan NH 3 pada  panjang  gelombang  1500 – 945  nm.
Kitosan/LiOH  menghasilkan  membran  lebih fleksibel dan tidak bersifat higroskopis.
Kitosan/LiOH  dapat  digunakan  sebagai  bahan alternatif  elektrolit padat baterai sekunder

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Kementrian Ristek dan Dikti melalui Universitas  Jenderal  Soedirman
melalui  Riset Peningkatan  Kompetensi Tahun 2018.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] O. G. Abdullah, R. R. Hanna, and Y. A. K. Salman,  “Structural,  optical,  and  electrical characterization of chitosan: methylcellulose  polymer  blends  based film,”  J.  Mater.  Sci.  Mater.  Electron.,  vol. 28, no. 14, pp. 10283–10294, 2017.
[2] A. Badawi, E. M.  Ahmed, N. Y. Mostafa, F.  Abdel-Wahab,  and  S.  E.  Alomairy, “Enhancement  of  the  optical  and mechanical  properties  of  chitosan  using Fe 2 O 3 nanoparticles,” J. Mater. Sci. Mater.
Electron.,  vol.  28,  no.  15,  pp.  10877– 10884, 2017. [3] M.  Barchuk  et  al.,  “Structure  and  surface properties of chitosan/PEO/gelatin nanofibrous  membrane,”  J.  Polym.  Res., vol. 23, no. 2, pp. 1–7, 2016.
[4] W. Zhang, J. Zhang, and W. Xia, “Effect of ball-milling  treatment  on  physicochemical and structural properties of chitosan,” Int. J. Food Prop., vol. 17, no. 1, pp. 26–37, 2014.
[5] Rochima,  E.,  Azhary,  S.Y.,  Prata,  R.I., Panatarani,  C.,  and  Joni,  I.M.  Preparation and  characterization  of  nano  chitosan  from crab  shell  waste  by  beads  milling  method.
International  conference  on  Food  Science and Engineering. (2016) 193. http://doi.org/10.1088/1757- 899X/193/1/012043.
[6] Liu,  T.Y.,  Ma, Y.,  Yu,  S.F.,  Shi,  J.,  and Xue, S. The effect of ball milling treatment on  structure  and  porosity  of  maize  starch granule.    Innovative  Food  Science  and Emerging  Technologies,  (2011)  586-593. http://doi.org/10.1016/j.ifset.2011.06.009 .
[7] Zhan, W., Zhang, J., and Xia, W. Effect of ball  milling  treatment  on  physicochemical and  structural  properties  of  chitosan.
International  Journal  of  Food    Properties, (2014) 26-37. http://doi.org/10.1080/10942912.2011.6081
75 .
[8] Ker,  W.L.,  Ward,  SDW.,  McWatters,  KH., and  Resurreccion,  AVA.  Effect  of  milling and  particle  size  on  functionality  and physicochemical  properties  of  cowpea flour.    American  Association  of Cereal Chemists  Inc.    Publication  no.  C-2000- 0212-02R. (2000).