PENGARUH KOMPOSISI x TERHADAP STRUKTUR KRISTAL DANSIFAT LISTRIK PADA BAHAN KATODE NaxFeSiO4 (x = 0,5; 1; 1,5; 2)

BATERAI SODIUM BERBASIS SILIKA SEKAM PADI

(Skripsi)

Oleh

AYU ASTIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2019

i

ABSTRAK

PENGARUH KOMPOSISI x TERHADAP STRUKTUR KRISTAL DANSIFAT LISTRIK PADA BAHAN NaxFeSiO4 (x = 0,5; 1; 1,5; 2) BATERAI

SODIUM BERBASIS SILIKA SEKAM PADI

Oleh

AYU ASTIKA

Studi ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh komposisi x pada katodeNaxFeSiO4 (x = 0,5; 1; 1,5; 2) berbasis silika sekam padi terhadap struktur kristaldan sifat listriknya. Sampel NaxFeSiO4 dibuat silika yang berasal sekam padi,Fe(NO3)3.9H2O, dan NaOH menggunakan metode sol-gel dengan komposisi Nasebanyak 0,5; 1; 1,5; 2 mol. Kemudian disinter pada suhu 700 °C dan ditahanselama 10 jam. Struktur kristal dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction(XRD), gugus fungsi dikarakterisasi menggunakan Fourier Transform Infrared(FTIR), energi band gap diuji menggunakan Ultraviolet Visible Diffuse Reflection(UV-Vis), dan konduktivitas listrik diuji menggunakan LCR-meter. Hasilkarakterisasi FTIR menunjukkkan adanya puncak serapan yang berasal dari ikatanSi-O-Si, Fe-O, dan O-Na-O. Selanjutnya, hasil pengujian XRD mengindikasikankehadiran fasa Fe2O3, Fe2SiO4 dan NaO2 pada sampel Na0,5FeSiO4 dan NaFeSiO4,sedangkan pada sampel Na1,5FeSiO4 dan Na2FeSiO4 menunjukkan kehadiran fasaNa2FeSiO4, SiO2, dan Na2SiO3. Pada sampel Na0,5FeSiO4 dan NaFeSiO4

didominasi oleh fasa Fe2O3, sedangkan pada sampel Na1,5FeSiO4 dan Na2FeSiO4

didominasi oleh fasa Na2FeSiO4. Seiring dengan bertambahnya komposisi Na,fasa Fe2O3 akan semakin menurun dan fasa Na2FeSiO4 akan semakin dominankeberadaannya di dalam sampel. Sementara itu, hasil pengujian UV-Vis DRSmenunjukkan nilai energi band gap ganda pada sampel Na0,5FeSiO4 yaitu 2,03 eVdan 2,23 eV, pada sampel NaFeSiO4 yaitu 1,97 eV dan 2,19 eV serta pada sampelNa1,5FeSiO4 yaitu 2,15 eV dan 2,44 eV. Pada sampel Na2FeSiO4 dihasilkan energiband gap tunggal yaitu 2,11 eV. Perubahan nilai energi band gap tersebut diikutidengan peningkatan nilai konduktivitas listrik pada sampel.

Kata Kunci: Katode NaxFeSiO4, energi band gap, konduktivitas listrik, sekampadi, struktur kristal.

ii

ABSTRACT

EFFECT OF x COMPOSITION ON CRYSTAL STRUCTURE ANDELECTRICAL PROPERTIES IN NaxFeSiO4 MATERIALS (x = 0,5; 1; 1,5;

2) FOR SODIUM BATTERY BASED ON RICE HUSK SILICA

By

AYU ASTIKA

This study aims to analyze the effect of x composition on the NaxFeSiO4 cathode(x = 0,5; 1; 1,5; 2) based on rice husk silica on its crystal structure and electricalproperties. NaxFeSiO4 samples were made from rice husk silica, Fe(NO3)3.9H2Oand NaOH using the sol-gel method with a composition of Na 0,5; 1; 1,5; 2 moles.Then, it was sintered at 700 °C and hold for 10 hours. The crystal structure wascharacterized by X-Ray Diffraction (XRD), the functional groups werecharacterized by Fourier Transform Infrared (FTIR), band gap energy was testedby Ultraviolet Visible Diffuse Reflection (UV-Vis), and electical conductivity wastested by LCR-meter. The result of FTIR characterization shows the absorptionpeaks originating from the Si-O-Si, Fe-O, and O-Na-O bonds. Furthermore, theXRD analysis indicating the presence of Fe2O3, Fe2SiO4, and NaO2 phases inNa0,5FeSiO4 and NaFeSiO4 samples, while in the Na1,5FeSiO4 and Na2FeSiO4

samples indicating presence of Na2FeSiO4, SiO2, and Na2SiO3 phases.Na0,5FeSiO4 and NaFeSiO4 samples are dominated by the Fe2O3 phase, whereasNa1,5FeSiO4 and Na2FeSiO4 samples are dominated by the Na2FeSiO4 phase. AsNa composition increases, Fe2O3 phase will decrease and Na2FeSiO4 becomemore dominant in the samples. Meanwhile, the UV-Vis DRS analysis resultsshows the value of double energy band gap in the Na0,5FeSiO4 i.e 2,03 eV and2,23 eV, NaFeSiO4 sample i.e 1,97 eV and 2,19 eV , as well as in the Na1,5FeSiO4

sample i.e. 2,15 eV and 2,44 eV. In the Na2FeSiO4 sample produced a single bandgap energy i.e 2,11 eV. The change in the band gap energy value followed by anincrease in the value of electrical conductivity in the samples.

Keywords : NaxFeSiO4 cathode, band gap energy, electrical conductivity, ricehusk, crystal structure.

iii

PENGARUH KOMPOSISI x TERHADAP STRUKTUR KRISTAL DANSIFAT LISTRIK PADA BAHAN KATODE NaxFeSiO4 (x = 0,5; 1; 1,5; 2)

BATERAI SODIUM BERBASIS SILIKA SEKAM PADI

Oleh

AYU ASTIKA

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai GelarSARJANA SAINS

Pada

Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2019

iv

v

vi

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama lengkap Ayu Astika dilahirkan di Kabupaten

Lampung Timur, Provinsi Lampung pada 14 Desember 1997

sebagai anak keempat dari lima bersaudara pasangan Sunardi

dan Utin. Penulis yang sering disapa “Ayu” ini pernah

menempuh pendidikan sekolah dasar di SD Negeri Rejomulyo

dan lulus pada tahun 2009. Pada tahun 2012, penulis lulus pendidikan

menengahnya di SMP N 1 Pasir Sakti. Setelah itu, penulis melanjutkan kembali

masa pendidikannya di SMA Negeri 1 Pasir Sakti. Selama menempuh pendidikan

menengah atas, penulis juga aktif dalam kegiatan ekstrakulikuler Olimpiade

Fisika dan English Club yang diadakan SMA Negeri 1 Pasir Sakti.

Pada tahun 2015, penulis melanjutkan jenjang pendidikan tinggi tepatnya di

Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA),

Universitas Lampung (Unila) melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan

Tinggi Negeri (SNMPTN). Selama menjalani pendidikan formal tersebut, penulis

aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) Fakultas

Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam Universitas Lampung sebagai anggota

bidang Dana dan Usaha (Danus) pada tahun 2016/2017 serta bidang Komunikasi

dan Informasi (Kominfo) pada tahun 2017/2018. Penulis juga pernah menjadi

viii

asisten Praktikum Fisika Dasar I pada tahun 2016/2017 dan 2018/2019. Dalam

bidang penelitian, pada tahun 2018 penulis sempat menempuh Praktik Kerja

Lapangan (PKL) di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Biomaterial

Bogor. Pengalaman menulis ilmiahnya yakni laporan PKL tentang “Pengaruh

Perbandingan Komposisi Bambu Sembilang dan Batang Jagung Terhadap Sifat

Fisis dan Mekanis pada Papan Partikel”. Selain itu, penulis juga sempat serta

beberapa kali menuliskan Proposal Karya Ilmiah Mahasiswa (PKM).

ix

MOTTO

“No Matter How Many Times You Fall, You Gotta Be Strong And Get

Back”

“Jika Kau Berada Di Jalan Menuju Allah, Berlarilah. Jika Itu Berat

Untukmu, Berlari-Lari Kecil Lah. Jika Kamu Lelah Berjalanlah. Dan Jika

Kamu Tidak Bisa Merangkaklah, Tapi Jangan Pernah Berhenti Atau

Berbalik Arah” – Imam Syafi’i

“SESUNGGUHNYA BERSAMA KESULITAN ITU ADA KEMUDAHAN”

– QS. AL-INSYIRAH: 5-6

x

PERSEMBAHAN

Dengan penuh rasa syukur kepada Allah SWT, karya ini dipersembahkan

kepada :

Kedua orang tuaku yaitu Bapak Sunardi dan Ibu Utin, yang senantiasa

bekerja keras untuk memberikan pendidikan yang terbaik untuk

anaknya, selalu mendo’akan dan memberikan semangat serta motivasi

sehingga mampu menyelesaikan pendidikannya sebagai Sarjana.

Kakak-kakakku serta keluarga besar, yang senantiasa mendukungku.

Bapak ibu Guru dan Dosen yang telah memberikan bimbingan dan ilmu

pengetahuan dengan penuh keikhlasan.

Sahabat-sahabatku, yang senantiasa menjadi teman terbaik dan selalu

memberikan dukungan serta motivasi untuk tetap semangat.

Almamater Tercinta

Universitas Lampung.

xi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan atas karunia dan kesempatan yang Allah SWT

berikan hingga akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul

“Pengaruh Komposisi x Terhadap Struktur Kristal dan Sifat Listrik pada

Bahan Katode NaxFeSiO4 (x = 0,5; 1; 1,5; 2) Baterai Sodium Berbasis Silik

Sekam Padi”. Tujuan penulisan ini sebagai salah satu persyaratan untuk

mendapatkan gelar S1 dan juga melatih mahasiswa untuk berpikir cerdas dalam

penulisan karya ilmiah ini.

Penulis menyadari adanya kekurangan dalam penelitian maupun penulisan skripsi

ini. Oleh sebab itu, adanya kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan untuk

memperbaiki kekurangan tersebut. Semoga skripsi ini dapat menambah wawasan

literasi keilmuan serta rujukan untuk mengembangkan riset selanjutnya yang lebih

baik.

Bandar Lampung, 28 Oktober 2019

Ayu Astika

xii

SANWACANA

Puji syukur penulis ucapkan atas karunia dan kesempatan yang Allah SWT

berikan hingga akhirnya dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh

Komposisi x Terhadap Struktur Kristal dan Sifat Listrik pada Bahan Katode

NaxFeSiO4 (x = 0,5; 1; 1,5; 2) Baterai Sodium Berbasis Silik Sekam Padi”.

Berhasilnya penelitian dan penulisan skripsi ini tidak hanya dilakukan oleh

penulis sendiri namun adanya kontribusi beberapa pihak yang turut menyukseskan

dan membuat hasil karya ini menjadi lebih baik. Ucapan terima kasih penulis

sampaikan kepada pihak-pihak yang telah ikut serta membantu penulis,

diantaranya :

1. Bapak Prof. Drs. Simon Sembiring, Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I, yang

telah memberikan ilmu serta masukannya dalam pelaksanaan penelitian dan

penulisan skripsi.

2. Bapak Agus Riyanto, S.Si., M.Sc. selaku Dosen Pembimbing II atas segala

ilmu, saran dan bimbingannya selama pelaksanaan penelitian dan penulisan

skripsi.

3. Bapak Dr. rer. nat Roniyus Marjunus, S.Si., M.Si. selaku Dosen Penguji atas

masukan yang telah diberikan sehingga penulisan skripsi ini dapat lebih baik.

xiii

4. Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Eng. selaku Ketua Jurusan sekaligus

Pembimbing Akademik atas segala ilmu dan bantuannya untuk

menyelesaikan segala keperluan administrasi selama perkuliahan.

5. Bapak Drs. Suratman, M.Sc. sebagai Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Unila atas segala ilmu dan bantuannya untuk

menyelesaikan segala keperluan administratif selama perkuliahan.

6. Rekan penelitian, Ayunis Rizqi Amalia atas kerja samanya selama

melaksanakan penelitian ini.

7. Keluarga khususnya Bapak, Ibu, kakak-kakak dan sanak saudara atas

dukungan morilnya serta kesabarannya menanti terselesaikannya skripsi ini.

8. Para sahabat dan rekan seperjuangan Jurusan Fisika angkatan 2015 atas

segala bantuan dan dukungan yang telah diberikan.

9. Para dosen Jurusan Fisika atas ilmu dan pengajaran yang diberikan sehingga

menunjang penulis untuk menyelesaikan masa pendidikan di Universitas

Lampung.

Serta berbagai pihak yang telah ikut serta membantu penulis dalam menunjang

terselesaikannya tugas akhir dan masa studi penulis. Semoga Allah SWT

membalas dengan berkali lipat kebaikan dan kemudahan atas urusannya.

Bandar Lampung, 28 Oktober 2019

Ayu Astika

xiv

DAFTAR ISI

HalamanABSTRAK i

ABSTRAK ............................................................................................................. ii

HALAMAN JUDUL ............................................................................................ iii

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iv

LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................................v

HALAMAN PERNYATAAN.............................................................................. vi

RIWAYAT HIDUP ............................................................................................. vii

MOTTO ................................................................................................................ ix

PERSEMBAHAN...................................................................................................x

KATA PENGANTAR .......................................................................................... xi

SANWACANA .................................................................................................... xii

DAFTAR ISI....................................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvi

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xvii

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang................................................................................. 11.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 41.3 Tujuan Penelitian............................................................................. 41.4 Batasan Masalah.............................................................................. 51.5 Manfaat Penelitian........................................................................... 5

II. TINJAUAN PUSTAKA

xv

2.1 Katode Polianion NaxFeSiO4 ........................................................ 62.2 Silika Sekam Padi ......................................................................... 92.3 Analisis Struktur Kristal..............................................................11

2.3.1 Difraksi Sinar-X atau X-Ray Diffraction (XRD).............112.3.2 Analisis Kualitatif Data XRD dengan Qual X ................132.3.3 Analisis Kuantitatif Data XRD dengan Rietica...............14

2.4 Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR ..........................................152.5 Analisis Energi Band Gap dengan UV-Vis ................................182.6 Analisis Konduktivitas Listrik dengan LCR-Meter ....................20

III. METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .....................................................223.2 Alat dan Bahan Penelitian...........................................................223.3 Prosedur Penelitian......................................................................24

3.3.1 Preparasi dan Ekstraksi Silika Sekam Padi .....................243.3.2 Sintesis NaxFeSiO4 ..........................................................253.3.3 Karakterisasi Bahan NaxFeSiO4 ......................................273.3.4 Diagram Alir Penelitian ..................................................28

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Analisis Ikatan Gugus Fungsi ...................................................314.2 Hasil Analisis Struktur Kristal ...........................................................344.3 Hasil Analisis Energi band gap..........................................................414.4 Hasil Analisis Konduktivitas Listrik ..................................................43

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan.........................................................................................455.2 Saran...................................................................................................45

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman2.1. Struktur kristal dengan space group 2 3. (a) dan (b)

masing-masing adalah jaringan Na dan Fe. (c) representasi polihedraldari struktur kristal ......................................................................................... 7

2.2. Struktur kristal dengan space group (a) 2 dan (b) 222 ........................... 7

2.3. Pola XRD struktur kristal NaxFeSiO4 dengan space group 2 3 ................. 8

2.4. Pola XRD struktur kristal NaxFeSiO4 dengan space group 2 dan 222 ... 9

2.5. Pola XRD struktur kristal NaxFeSiO4 hasil penelitian Li et al. (2016).......... 9

2.6. Pembelokkan difraksi sinar-X...................................................................... 13

2.7. Tampilan layar Qual X................................................................................. 14

3.1. Diagram alir preparasi dan ekstraksi silika sekam padi ............................... 29

3.2. Diagram alir penelitian................................................................................. 30

4.1. Spektrum FTIR NaxFeSiO4 dengan komposisi 0,5 (a), 1 (b), 1,5 (c), dan2 (d) .............................................................................................................. 32

4.2. Pola Difraksi XRD sampel NaxFeSiO4 dengan komposisi Na 0,5 (a), 1(b),1,5 (c), dan 2 (d) ..................................................................................... 35

4.3. Spektrum hasil refinement bahan NaxFeSiO4 (x = 0,5; 1; 15,5; 2)............... 38

4.4. Nilai Energi band gap pada Sampel NaxFeSiO4 dengan komposisi Na0,5(a),1 (b), 1,5 (c) dan 2 (d)........................................................................ 42

4.5. Nilai konduktivitas listrik bahan NaxFeSiO4 dengan komposisi 0,5 (a),1(b), 1,5 (c) dan 2 (d) ................................................................................... 45

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman3.1. Bahan penelitian.............................................................................................23

3.2. Alat penelitian ................................................................................................23

3.3. Alat karakterisasi bahan NaxFeSiO4...............................................................24

3.4. Perbandingan mol sintesis NaxFeSiO4 ...........................................................26

4.1. Puncak Serapan Gugus Fungsi Seluruh Sampel Senyawa NaxFeSiO4

(x = 0,5; 1; 1,5; 2)...........................................................................................34

4.2. Parameter space group dan sel hasil refinement ............................................39

4.3. Nilai indeks keberhasilan dan persentase massa hasil refinement .................40

4.4. Nilai konduktivitas listrik NaxFeSiO4 pada frekeunsi 60 Hz .........................44

1

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Katode merupakan salah satu komponen penting dalam baterai isi ulang

(rechargeable batteries) karena reaksi reduksi terjadi dalam komponen tersebut.

Reaksi reduksi mempengaruhi berapa banyak ion dari katode yang bergerak

menuju anode sehingga mampu menyimpan arus pada saat proses pengisian

(charging) (Takashi, 2002; Pollet et al., 2012). Kinerja katode dipengaruhi oleh

konduktivitas listrik yang berhubungan dengan difusi ataupun mobilitas ion pada

saat proses pengisian (charging) atau pengosongan (discharging) (Park et al.,

2010). Konduktivitas listrik dapat mempengaruhi besarnya kapasitas

penyimpanan dan siklus hidup pada baterai. Apabila konduktivitas listrik dapat

dioptimalkan, maka kapasitas dan siklus hidup baterai juga menjadi lebih optimal,

sehingga performa baterai semakin baik (Wang and Hong, 2007; Ma et al., 2007).

Di antara banyaknya bahan katode yang tersedia, senyawa tipe polianion dianggap

sebagai material yang menjanjikan karena memiliki struktur yang stabil, aman dan

tegangan operasi yang lebih baik dibandingkan jenis katode lainnya (Ni et al.,

2017).

Katode tipe polianion yang telah banyak dikembangkan adalah katode berbasis

lithium yang memiliki rumus umum LixMYO4 (M adalah Mn, Fe, Co, Ni; Y

2

adalah P, Si, Ge; x adalah bilangan rasional) (Dompablo et al., 2006). Salah satu

contoh

3

bahan katode tersebut adalah LixMSiO4. Bahan LixMSiO4 memiliki kapasitas

penyimpanan yang tinggi hingga 330 mAhg-1 (Gutierrez et al., 2013). Salah satu

logam transisi yang dapat digunakan untuk bahan LixMSiO4 adalah Fe sehinggga

terbentuk LixFeSiO4. Bahan LixFeSiO4 memiliki konduktivitas dan stabilitas kisi

yang lebih baik dibandingkan dengan katode polianion berjenis olivine atau

LixFePO4 (Wu et al., 2009). Namun, bahan LixFeSiO4 sulit mentransfer dua

elektron pada reaksi redoks Fe3+/Fe+4 karena membutuhkan tegangan operasi yang

tinggi (Dompablo et al., 2006; Muraliganth et al., 2010; Zhang et al., 2012).

Selain itu, keberadaan lithium yang terbatas menyebabkan sintesis LixFeSiO4

membutuhkan biaya yang tidak murah. Oleh karena itu, untuk menekan biaya

produksi maka dibutuhkan bahan alternatif lain yang dapat menggantikan lithium

sebagai material katode.

Bahan NaxFeSiO4 dapat dijadikan alternatif sebagai pengganti LixFeSiO4, karena

memiliki karakteristik yang mirip dengan LixFeSiO4 (Fang et al., 2016 ;You and

Manthiram, 2017). NaxFeSiO4 telah diteliti sebagai bahan katode baru untuk

penyimpanan elektrokimia karena memiliki sumber bahan baku yang melimpah,

stabilitas struktur yang baik, kapasitas yang tinggi (Feng et al., 2018). Sumber

daya yang melimpah menjadikan NaxFeSiO4 sebagai bahan katode yang lebih

murah dibandingkan dengan LixFeSiO4. Selain itu, bahan NaxMSiO4 memiliki

konduktivitas listrik dan ion yang lebih tinggi dibandingkan dengan LixMSiO4 (M

= Fe, Mn, Co dan Ni) (Li et al., 2016). Bahan NaxFeSiO4 memiliki bentuk

polimorf yang cenderung membentuk struktur dengan kerangka tiga dimensi (3D)

FeO4 dan SiO4 tetrahedral. Dibandingkan dengan LixFeSiO4, NaxFeSiO4 memiliki

karakteristik perubahan volume yang kecil, tegangan deinterkalasi yang rendah,

4

mobilitas ionik 3D yang tinggi, dan sifat mekanik lebih baik yang dapat

meningkatkan kinerja elektrokimia agar lebih baik (Zhu et al., 2018).

Sintesis NaxFeSiO4 dapat dilakukan dengan beberapa metode yaitu metode sol-gel

(Li et al., 2016; Guan et al., 2017; Feng et al., 2018), solvothermal (Tripathi et al.,

2010; Kee et al., 2016), metode padatan (Li et al., 2016; Kaliyappan and Chen,

2018), dan lainnya. Salah satu metode yang sering digunakan dalam sintesis

NaxFeSiO4 adalah metode sol-gel karena dapat menghasilkan ukuran partikel yang

optimum, menjaga kemurnian fasa, dan memiliki tingkat homogenitas yang tinggi

(Franger et al., 2003; Kim et al., 2008). Prekursor yang banyak digunakan dalam

sintesis NaxFeSiO4 adalah FeC2O4.2H2O, CH3COONa dan tetra ethyl orthosilicat

(Si(OC2H5)4 atau TEOS) sebagai sumber silika (Guan et al., 2017). Penggunaan

bahan TEOS dalam sintesis NaxFeSiO4 membutuhkan biaya yang lebih mahal.

Oleh karena itu, bahan alternatif lain dibutuhkan sebagai sumber silika. Silika

yang berasal dari sekam padi dapat menjadi pilihan yang cocok sebagai pengganti

TEOS. Hal tersebut ditunjukkan oleh pemanfaatan silika sebagai pembuatan

keramik cordierrite (Kobayashi et al., 2000; Petrovic et al., 2001; Kurama and

Kurama, 2006; Sembiring et al., 2016), bahan prekursor mullite (Nevivilanti et

al.,2010; Sembiring et al., 2013), katalis (Adam et al., 2012; Pahlepi et al., 2013)

dan Li2CoSiO4 (Riyanto et al., 2019). Pemanfaatannya yang luas dikarenakan

silika sekam padi memiliki kemurnian tinggi dan berbentuk amorf (Liou, 2004).

Dari penjelasan di atas, akan dilakukan penelitian yang ditujukan untuk

memanfaatkan limbah sekam padi sebagai sumber silika bahan baku pembuatan

NaxFeSiO4 (x = 0,5, 1, 1,5, 2) menggunakan metode sol-gel. Penelitian ini juga

5

bertujuan untuk mengetahui dan menganalisis pengaruh komposisi x pada

NaxFeSiO4 terhadap struktur kristal, ikatan gugus fungsi, dan sifat listriknya

(energi band gap dan konduktivitas listrik).

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan masalah yang telah diuraikan di atas, rumusan masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh komposisi x pada NaxFeSiO4 (x = 0,5, 1, 1,5, dan 2)

berbasis silika sekam padi sebagai bahan katode baterai sodium terhadap

struktur kristal dan ikatan gugus fungsi yang terbentuk?

2. Bagaimana keterkaitan struktur kristal dan ikatan gugus fungsi yang

terbentuk pada bahan NaxFeSiO4 berbasis silika sekam padi terhadap energi

band gap dan konduktivitas listrik yang dihasilkan?

1.3 Tujuan Peneltian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Menganalisis pengaruh komposisi x pada NaxFeSiO4 terhadap struktur kristal

dan ikatan gugus fungsi yang terbentuk sebagai bahan katode baterai sodium

berbasis silika sekam padi.

2. Menganalisis keterkaitan struktur kristal dan ikatan gugus fungsi yang

terbentuk pada NaxFeSiO4 terhadap energi band gap dan konduktivitas listrik

yang dihasilkan sebagai bahan katode baterai sodium berbasis silika sekam

padi.

6

1.4 Batasan Masalah

Penelitian ini dibatasi oleh variasi komposisi x pada NaxFeSiO4 yaitu 0,5; 1; 5; 2

dan suhu sintering yang digunakan adalah 700 °C.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai bahan literatur mengenai pengaruh

komposisi x pada bahan NaxFeSiO4 terhadap struktur kristal, ikatan gugus fungsi,

dan kaitannya dengan energi band gap serta sifat konduktivitas listrik yang

dihasilkan. Selain itu, penggunaan silika yang berasal dari sekam padi merupakan

salah satu bentuk pemanfaatan limbah yang melimpah dan menambah nilai sekam

padi itu sendiri.

6

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Katode Polianion NaxFeSiO4

Bahan polianion NaxFeSiO4 memiliki bentuk polimorf yang cenderung

membentuk struktur tetrahedral dengan kerangka tiga dimensi (3D) dari FeO4 dan

SiO4. SiO4 dan FeO4 dihubungkan dengan ikatan cabang O dan membentuk

kerangka tiga dimensi seperti intan. Atom sodium (Na) terletak di dalam kerangka

[FeSiO4] dan membentuk sub-kekisi intan lainnya. Menurut penelitian yang

dilakukan Ye et al. (2016) yang telah menganalisis struktur kristal NaxFeSiO4 (x =

0,25; 0,5; 1; 1,25; 1,5; 1,75; dan 2) dengan perhitungan komputasi menghasilkan

setidaknya tiga space group yaitu 2 3, 2 dan 222 . Struktur dengan space

group 2 3 ditunjukkan oleh Gambar 2.1, struktur kristal dengan space group2 3 ditandai oleh 2 sub-kisi intan kation Na dan Fe-Si. Gambar 2.1 (a) dan (b)

menunjukkan jaringan Na dan Fe-Si masing-masing digambarkan oleh warna

emas dan biru. Gambar 2.1 (c) merupakan representasi polihedral dari struktur

kristal. Atom Na, Fe, Si, dan O masing-masing ditunjukkan dalam warna emas,

coklat, biru, dan bola merah, sedangkan FeO4 dan SiO4 tetrahedral berwarna

coklat dan biru. Struktur dengan Space group 2 dan 222 ditunjukkan masing-

masing oleh Gambar 2.2. (a) dan (b). Atom Na dan Fe-Si ditunjukkan masing-

masing oleh warna emas dan biru. Gambar 2.2 bagian bawah menunjukkan

struktur kristal polihedral.

7

Gambar 2.1. Struktur kristal dengan space group 2 3. (a) dan (b) masing-masing adalah jaringan Na dan Fe. (c) representasi polihedraldari struktur kristal

Gambar 2.2 Struktur kristal dengan space group (a) 2 dan (b) 222Pada penelitian tersebut dijelaskan bahwa struktur ketiga space group membentuk

ikatan yang kuat antara atom Fe dan Si, sehingga menghasilkan stabilitas struktur

yang tinggi dan menyebabkan volume tidak mengalami perubahan. Hal tersebut

didukung oleh hasil XRD yang ditunjukkan oleh Gambar 2.3 untuk space group2 3 dan Gambar 2.4 untuk space group (a) 2 dan (b) 222 bahwa puncak

utama dari masing-masing x tidak bergeser selama proses pengeluaran/penyisipan

ion Na. Ketiga space group tersebut memiliki puncak utama yang sama yaitu pada

2θ sekitar 20° dan 34°. Puncak utama kedua semakin tinggi intensitasnya seiring

dengan semakin banyaknya komposisi Na. Selain itu, Lee et al. (2016) juga telah

8

menganalisis struktur bahan NaxFeSiO4 dengan perhitungan komputasi dan variasi

x yaitu 0,25, 1, dan 1,75 menghasilkan space group yang sama. Hasil XRD yang

diperoleh pada penelitian tersebut memiliki puncak utama yang sama ditunjukkan

oleh Gambar 2.5. Salah satu faktor yang mempengaruhi space group yang

dihasilkan adalah metode yang digunakan dalam sintesis NaxFeSiO4. Sampel yang

disintesis menggunakan metode sol-gel memiliki struktur dengan space

group 2 3, sedangkan sampel yang disintesis dengan metode padatan cenderung

memiliki struktur dengan space group 2.

Gambar 2.3. Pola XRD struktur kristal NaxFeSiO4 dengan space group 2 3

9

Gambar 2.4 Pola XRD struktur kristal NaxFeSiO4 denganspace group 2 dan 222

Gambar 2.5. Pola XRD struktur kristal NaxFeSiO4

hasil penelitian Li et al. (2016)

2.2 Silika Sekam Padi

Sekam padi merupakan salah satu limbah yang jumlahnya melimpah di Indonesia.

Sekam padi mulai banyak dikembangkan sebagai bahan baku SiO2 karena

memiliki kandungan silika (SiO2) yang tinggi sekitar 87% - 97% dari abu sekam

padi (Handayani et al., 2015). Silika dari sekam padi dapat diekstrak dengan

proses yang sederhana, mudah, dan biaya yang murah (Sembiring et al., 2007),

10

sehingga limbah sekam padi tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku

pembuatan berbagai material. Silika sekam padi telah banyak diaplikasikan

sebagai bahan baku pembuatan material yaitu keramik cordierrite (Kurama and

Kurama, 2008; Sembiring et al., 2016), mullite (Nevivilanti et al., 2010;

Sembiring et al., 2013), borosilikat (Riyanto et al., 2009), aluminosilikat (Riyanto

et al., 2017), katalis (Adam et al., 2012), dan Li2CoSiO4 (Riyanto et al., 2019).

Metode yang dapat digunakan dalam ekstraksi silika sekam padi yaitu metode

ekstraksi alkalis (Daifullah et al., 2004; Kalapathy et al., 2000; Simanjuntak et al.,

2016), dan metode pengabuan (Della et al., 2002; Siriluk and Yuttapong, 2005;

Yalçi and Sevinç, 2001).

Metode ekstraksi alkalis merupakan metode yang sangat mudah dengan biaya

yang murah. Metode ekstraksi alkali didasarkan pada tingginya kelarutan silika

amorf dalam larutan alkalis seperti KOH, Na2CO3 atau NaOH, dan pengendapan

silika terlarut menggunakan asam seperti asam klorida, asam asetat, dan asam

oksalat (Sembiring et al., 2007). Ekstraksi silika sekam padi menggunakan pelarut

KOH yang bersifat basa akan membentuk larutan kalium silikat. Kemudian

ditambahkan larutan HCl 1 N dan menghasilkan pH 7 sehingga membentuk

endapan gel. Larutan HCl berfungsi untuk mengikat kalium sehingga terbentuk

SiO2 (Agung M et al., 2013). Menurut Kalaphaty et al. (2000) senyawa silika

mudah larut dalam suasana basa, dan akan mengendap pada suasana asam. Oleh

karena itu, senyawa silika mudah terambil dari sekam padi, maka digunakan

larutan bersifat basa yaitu KOH dan larutan asam yaitu HCl 1 N untuk

mengendapkan kembali. Menurut penelitian yang dilakukan Sembiring et al.

(2007) tampak bahwa silika sekam padi yang diperoleh dari ekstraksi alkali

11

mempunyai fasa amorf tanpa sintering, struktur amorf berubah menjadi kristal

pada suhu sintering 750 °C, dan pada suhu sintering 1050 °C struktur amorf

bertransformasi membentuk fasa kristal crystalobalite dan trydimite.

Metode kedua yang dapat digunakan untuk memperoleh silika dari sekam padi

adalah metode pengabuan. Metode pengabuan dilakukan dengan cara pembakaran

sempurna. Abu sekam padi hasil pembakaran dipengaruhi oleh temperatur

pengabuan yang tinggi sekitar 500 – 600 °C akan menghasilkan abu silika sekam

padi yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi (Putro, 2007). Silika sekam

padi dapat bersifat amorf. Sifat amorf sangat bergantung pada temperatur

pengabuan, apabila sekam padi dibakar pada temperatur 500 °C – 700 °C akan

dihasilkan struktur kristal abu sekam berbentuk amorf (Bhagiyalakshmi et al.,

2010). Sedangkan, pada suhu di atas 700 °C fasa amorf akan berubah menjadi

fasa crystalobalite dan trydimite. Ummah et al. (2010) telah melakukan penelitian

dengan suhu pengabuan 600 °C, 700 °C, dan 800 °C selama 4 jam menunjukkan

semakin besar suhu yang digunakan maka semakin besar jumlah silika yang

dihasilkan yaitu mencapai 91,2%. Hal tersebut menunjukkan bahwa suhu

pengabuan mempengaruhi kemurnian silika yang dihasilkan.

2.3 Analisis Struktur Kristal

2.3.1. Difraksi Sinar-X atau X-Ray Diffraction (XRD)

Struktur kristal suatu material dapat dianalisis menggunakan alat karakterisasi X-

Ray Diffraction (XRD) atau Difraksi Sinar-X. Prinsip analisis XRD didasarkan

pada atom-atom dalam bahan yang didifraksikan pada panjang gelombang (λ) dan

sudut (2θ) tertentu. Metode analisis difraksi sinar-x digunakan untuk mengetahui

12

fasa-fasa kristalin yang meliputi transformasi struktur fasa, ukuran partikel bahan

seperti keramik, polimer, komposit, dan lainnya. Secara umum pola difraksi

mengandung informasi tentang simetri susunan atom (space group), penentuan

struktur bahan kristal atau amorf, orientasi kristal serta pengukuran berbagai sifat

bahan yaitu tegangan (strain), vibrasi termal, dan cacat kristal (Cullity, 1992).

Difraksi sinar-X dalam menganalisis padatan kristalin memegang peranan penting

untuk meneliti paramater kisi dan tipe struktur.

Difraksi sinar-X terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-X oleh atom

dalam sebuah kisi secara periodik. Berkas hamburan sinar-X dapat menghasilkan

interferensi yang saling menguatkan (konstruktif) apabila memiliki fase yang

sama atau saling meniadakan (destruktif) apabila memiliki fase yang berbeda.

Berkas sinar-X yang saling menguatkan akan menghasilkan puncak difraksi.

Besar sudut difraksi sinar-X dapat diperoleh menggunakan prinsip Hukum Bragg.

Proses terjadinya pembelokan sinar-X pada hukum Bragg ditunjukkan oleh

Gambar 2.6. Berkas sinar-X dengan panjang gelombang (λ) menumbuk bidang

paralel dan membentuk sudut θ. Sinar datang 1 menumbuk permukaan bidang

paralel pertama, kemudian dibelokkan oleh atom P. Sinar 2 menumbuk

permukaan bidang paralel kedua, kemudian dibelokkan oleh atom Q. Kedua sinar

datang tersebut dipantulkan oleh masing-masing atom dan membentuk sudut θ

yang sama. Difraksi terjadi apabila kedua sinar tersebut membentuk interferensi

konstruktif (saling menguatkan) dari sinar yang dibelokkan. Garis PL dan PM

tegak lurus dengan atom P dalam hal ini merupakan bagian dari pembelokkan

sinar 2. Jarak yang ditempuh sinar adalah penjumlahan dari sinar datang dan dan

13

sinar pantul (LQ + QN), karena LQ = QN maka diperoleh Persamaan (2.1) yang

menunjukkan Hukum Bragg.

2 sind n (2.1)

dengan λ adalah panjang gelombang sinar-X (m), d adalah jarak antara dua

bidang kisi, adalah sudut antara sinar datang dan bidang normal (°), dan n

adalah bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan (Puri and Babbar,

1997).

Gambar 2.6. Pembelokkan difraksi sinar-X

Dalam hal ini dapat dikatakan fasa suatu bahan berupa fasa murni dan fasa kristal

dapat ditentukan setelah diamati dengan XRD menggunakan difraktometer

serbuk. Semakin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, semakin kuat

intensitas pembiasan yang dihasilkan. Tiap puncak yang muncul pada pola

difraktometer mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam

sumbu tiga dimensi (Hastuti, 2011).

2.3.2 Analisis Kualitatif Data XRD dengan Qual-X

Qual X adalah perangkat yang digunakan untuk menganalisis fase kualitatif

dengan data difraksi bubuk. Perangkat Qual X mengidentifikasi fase dengan cara

14

mencocokan data yang diperoleh dari XRD hasil eksperimen dengan database

yang telah ada (Altomare et al., 2008). Database yang digunakan berisi informasi

tentang struktur kristal yang berasal dari Crystallography Open Database (COD)

(Grazulis et al., 2009). Pendekatan metode search match dapat dilakukan dengan

fasilitas yang ada pada Qual X yaitu restraint yang melibatkan komposisi kimia,

jenis senyawa (organik dan non organik), simetri (space group dan sistem kristal),

parameter unit sel atau volume, dan karakteristik kristal (Altomare et al., 2017).

File yang berupa dat dimasukkan ke dalam perangkat, kemudian tool restraint

digunakan untuk menginput atom atau senyawa yang terdapat pada data difraksi.

Sehingga akan muncul tampilan layar pada Qual X yang ditunjukkan oleh

Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Tampilan layar Qual X

2.3.3 Analisis Kuantitatif Data XRD dengan Rietica

Spektrum XRD umumnya mengandung beberapa informasi termasuk kandungan

fase kristal, ukuran dan bentuk fase kristal, kristalinitas, dan orientasi

pertumbuhan. Semua informasi tersebut tercakup dalam posisi, tinggi, bentuk, dan

lebar puncak difraksi (Louër and Mittemeijer, 2001). Untuk mendapatkan semua

informasi tersebut diperlukan analisis lebih lanjut menggunakan metode Rietveld.

15

Analisis menggunakan metode Rietveld adalah analisis secara detail mengenai

struktur dan komposisi sampel prokristalin secara objektif dengan meminimalkan

selisih antara data intensitas perhitungan dengan data intensitas pengamatan

melalui pola difraksi (Hunter and Howard, 1997; Kisi, 2004). Kesesuaian kedua

data tersebut diusahakan menggunakan metode kuadrat terkecil (least square)

yang dilakukan secara berulang-ulang sehingga diperoleh kecocokan antara ke

dua data tersebut (Christianto and Purwaningsih, 2013). Salah satu perangkat yang

dapat digunakan dalam menganalisis data tersebut adalah Rietica. Perangkat

Rietica digunakan dalam penghalusan (refinement) parameter-parameter struktur-

struktur difraksi sinar-X yaitu unit sel, space group dan pergeseran koordinator

awal atom yang tersusun dalam model struktur. Model tersebut dimaksimalkan

dengan dengan kuadrat terkecil hingga terdapat kecocokan antara data

pengamatan XRD dan perhitungan, sehingga perbedaan dari keduanya minimum

(Smith, 1996). Tingkat penghalusan ditentukan oleh indeks GoF (Goodness of

Fitting) atau . Indeks tersebut dipengaruhi oleh besarnya nilai kecocokan

indeks R pada Rp, Rwp dan Rexp. Rp merupakan kecocokan profil indeks R. Rwp

merupakan indeks kecocokan bobot dari R, dan Rexp merupakan nilai indeks R

yang diharapkan dalam penococokan. Nilai parameter GoF dapat dicari

menggunakan Persamaan (2.2) berikut.

22

expwpGoF R R (2.2)

2.4 Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR

Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) telah dominan digunakan untuk

mengukur spektrum penyerapan dan emisi sebagian besar material. Teknik FTIR

16

memiliki kelebihan yaitu semua komponen yang menunjukkan karakterisitik

penyerapan atau emisi pada wilayah spektra inframerah dapat dianalisis secara

kuantatif maupun kualitatif (Bacsik et al., 2004). Spektroskopi inframerah (FTIR)

merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi

elektromagnetik yang berada pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1.

Ketika radiasi gelombang elektromagnetik mengenai suatu bahan atau material,

maka akan terjadi penyerapan energi oleh atom-atom atau molekul-molekul dari

bahan tersebut. Penyerapan sinar tersebut mengakibatkan tereksitasinya elektron

dari tingkat energi. Pada radiasi inframerah tidak cukup mengeksitasi elektron,

menyebabkan membesarnya amplitudo getaran (vibrasi) dari atom-atom yang

terikat antara yang satu dengan yang lainnya sehingga membentuk ikatan. Teknik

pengukuran spektroskopi FTIR yaitu dengan cara mengumpulkan spektrum

inframerah yang berupa gelombang (cahaya) monokromatik. Pada saat spektrum

terkumpulkan, terjadi pencatatan jumlah energi yang diserap. Energi yang diserap

menyebabkan kenaikan amplitudo vibrasi atom-atom yang terikat dengan molekul

benda dalam keadaan vibrasi tereksitasi sehingga, hasil spektrum

mempresentasikan besarnya penyerapan dan transmisi yang mencirikan gugus

fungsi molekul tersebut (Theophanides, 2012; Sembiring and Simanjuntak, 2015).

Besarnya energi yang diserap oleh ikatan gugus fungsi dapat dihitung dengan

Persamaan (2.3), sedangkan besarnya bilangan gelombang yang dihasilkan dapat

dihitung dengan Persamaan (2.4), bilangan gelombang ( k ) merupakan kebalikan

dari panjang gelombang (1/ ).

hcE

(2.3)

17

Ekc

h

(2.4)

dengan E adalah energi yang diserap (Joule), h adalah konstanta Planck (6,626 ×

10-34 Joule.detik, c adalah kecepatan cahaya (3 × 108 m/detik), adalah panjang

gelombang (m), dan k adalah bilangan gelombang (m-1).

Vibrasi yang terjadi pada ikatan gugus fungsi dapat dimodelkan seperti osilator

harmonik, dimana ikatan kimia direpresentasikan oleh dua titik massa yang

dihubungkan oleh pegas. Dalam hal ini, frekuensi getaran yang terjadi adalah

bilangan gelombang ( k ). Frekuensi getaran tergantung pada beberapa hal yaitu

kekuatan ikatan atom, keelektronegatifan atom, interaksi ikatan hidrogen dan

massa atom. Bilangan gelombang yang dikaitkan dengan model osilator harmonik

dapat dihitung dengan Persamaan (2.5).

1 2 1 2

12

fkc m m m m

(2.5)

dengan k adalah bilangan gelombang (cm-1), c adalah kecepatan cahaya (cm/s),

f adalah konstanta kekuatan ikatan antar atom (g/s2), 1m dan 2m adalah massa

masing-masing atom (g) (Berthomieu and Hienerwadel, 2009).

Analisis gugus fungsi menggunakan FTIR telah banyak digunakan untuk

mendekteksi gugus fungsi pada material tertentu. Ali et al. (2018) telah

melakukan penelitian Na2FeSiO4 sebagai material katode sodium baterai. Hasil

yang diperoleh dalam penelitian tersebut menunjukkan kemunculan puncak

serapan pada bilangan gelombang 910 cm-1 dan 950 cm-1 masing-masing karena

getaran ulur (stretching) oleh (SiO4)4 yang disebabkan oleh getaran ulur apikal

oleh Si-O, sedangkan getaran tekuk (bending) muncul pada bilangan gelombang

18

520 dan 586 cm-1. Getaran Si-O-Si dan O=Si-O muncul pada puncak serapan 800

dan 1100 cm-1. Puncak serapan juga muncul pada 445 cm-1 yang disebabkan oleh

getaran tekuk (bending) O-Na-O dari NaO4 tetrahedra. Menurut Yang et al.

(2010), getaran ikatan Fe-O muncul pada puncak serapan 580 cm-1 dalam kristal

Fe3O4.

2.5. Analisis Energi Band Gap dengan UV-Vis

Energi band gap merupakan salah satu karakteristik yang digunakan untuk

menentukan apakah suatu material bersifat semikonduktor atau non

semikonduktor. Energi band gap sendiri pada dasarnya adalah interval energi

dengan keadaan elektronik sangat rendah antara pita valensi dan pita konduksi

yang masing-masing memiliki kerapatan energi yang tinggi (Borg and Dienes,

1992). Pada bahan semikonduktor, semua level energi dalam pita valensi

ditempati sedangkan level pada pita konduksi kosong. Oleh karena itu, level

energi tertinggi yang terisi bertepatan di atas pita valensi, sedangkan level energi

paling rendah yang kosong berada di bawah pita konduksi (Xu and Schoonen,

2000).

Energi band gap dapat diestimasi menggunakan alat spektrometer ultraviolet

visible diffuse refflection (UV-Vis DRS). Dasar metode yang digunakan dalam

analisis menggunakan UV-Vis yaitu jika suatu material disinari dengan

gelombang elektromagnetik maka foton akan diserap oleh elektron dalam material

tersebut. Setelah menyerap foton, elektron terksitasi ke tingkat energi yang lebih

tinggi. Jika energi foton yang diberikan kurang dari lebar celah pita energi maka

elektron tidak akan tereksitasi ke pita valensi. Elektron tetap berada pada pita

19

konduksi dan tidak menyerap foton. Elektron yang tereksitasi ke pita konduksi

akan menyerap foton apabila energi foton lebih besar dibandingkan lebar celah

pita energi. Hal tersebut menyebabkan terjadinya absorbsi gelombang oleh

material. Lebar celah pita energi semikonduktor biasanya lebih dari 1 eV. Besar

energi tersebut sesuai dengan panjang gelombang dari cahaya tampak ke

ultraviolet (Abdullah and Khairurrijal (2009).

Pengukuran energi band gap menggunakan UV-Vis DRS didasarkan pada teori

Kubelka-Munk. Pengukuran tersebut adalah standar yang digunakan untuk

menentukan sifat optik suatu bahan. Ketika radiasi elektromagnetik diarahkan ke

permukaan sampel padat, akan terjadi dua jenis refleksi yaitu refleksi spekular dan

refleksi difus. Refleksi spekular adalah radiasi yang mengenai permukaan sampel,

sedangkan refleksi difus adalah radiasi yang menembus ke dalam sampel setelah

mengalami hamburan. Teori Kubelka-Munk berlaku apabila ukuran partikel

sebanding atau lebih kecil dari panjang gelombang cahaya. Ketika ketebalan

sampel dalam batasan yang relevan, maka tidak akan mempengaruhi nilai

reflektansi (R). Teori Kubelka-Munk menjadi Persamaan (2.6) dengan nilai yang

ditunjukkan oleh Persamaan (2.7) berikut.

21( )

2RKF R

S R

(2.6)

tan

sample

s dard

RR

R (2.7)

dengan ( )F R adalah fungsi Kubelka-Munk, R adalah koefisien reflektansi, K

dan S masing-masing adalah koefisien hamburan dan penyerapan (absorbsi).

Dalam struktur pita parabola, energi band gap (Eg) dan koefisien serapan

20

(absorbsi) dari energi band gap direct bahan semikonduktor dikaitkan melalui

Persamaan (2.8) yang biasa disebut relasi Tauc.

1/2(h )gh A E (2.8)

dengan merupakan koefisien serapan linier, h adalah energi foton (eV), A

adalah konstanta proporsional, dan gE adalah energi band gap (eV). Ketika radiasi

menyebar dengan difusi sempurna, koefisien penyerapan ( K ) sama dengan 2 .

Dalam hal ini, koefisien hamburan ( S ) sebagai konstanta sehubungan dengan

panjang gelombang, sehingga teori Kubelka-Munk sebanding dengan koefisien

serapan menjadi Persamaan (2.9). Energi band gap diperoleh dengan

memplotkan nilai 2( )F R h dengan h (Kubelka and Munk, 1931; Morales et

al., 2007); Abdullahi et al., 2007).

2( ) (h )gF R h A E (2.9)

2.6 Analisis Konduktivitas Listrik dengan LCR-meter

Konduktivitas listrik merupakan salah satu karakteristik yang penting untuk

menentukan sifat listrik pada suatu bahan. Konduktivitas listrik ( ) sendiri adalah

kemampuan suatu bahan untuk dapat menghantarkan arus listrik. Suatu bahan

dapat dikategorikan menjadi tiga berdasarkan sifat listriknya, yaitu konduktor,

isolator, dan semikonduktor. Rentang nilai konduktivitas listrik pada bahan

konduktor lebih dari 103 S/cm, bahan semikonduktor antara 10-9 S/cm – 103 S/cm,

dan bahan isolator kurang dari 10-9 S/cm (Sze,1981).

Konduktivitas listrik dapat diukur menggunakan alat LCR-meter. LCR-meter

adalah alat yang digunakan untuk mengukur induktansi (L), resistansi (R), dan

21

kapasitansi (C). Pengukuran menggunakan LCR-meter akan menentukan nilai

konduktansi (G) dari sampel yang dicetak pelet. Nilai konduktansi (G) tersebut

diperoleh dari resiprokal nilai resistansi (R). Kemudian, nilai konduktivitas listrik

dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.10) yang telah dimodelkan oleh Lee et

al. (1991).

LGA

(2.10)

dengan merupakan konduktivitas listrik (Siemens/m), G adalah konduktansi

(Siemens), L dan A masing-masing adalah ketebalan bahan (m) dan luas

permukaan sampel (m-1) (Yunasfi et al., 2011).

22

III. METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Material, Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung pada bulan Mei sampai

dengan Juli 2019. Proses sintering dilakukan di Laboratorium Terpadu dan Sentra

Inovasi Teknologi (LTSIT) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Lampung. Pengujian struktur kristal (XRD) dilakukan di

Laboratorium Fisika Universitas Negeri Padang. Pengujian ikatan gugus fungsi

(FTIR) dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Pengujian Universitas Gadjah

Mada. Pengujian nilai energi band gap (UV-VIS DRS) dilakukan di Laboratorium

Jasa Kimia Universitas Indonesia. Sedangkan, pengujian konduktivitas listrik

(LCR-Meter) dilakukan di Laboratorium Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju

BATAN Serpong.

3.2 Alat dan Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini serta fungsinya ditunjukkan oleh

Tabel 3.1. Sedangkan alat yang digunakan dalam penelitian ini serta fungsinya

secara umum dibagi menjadi dua yaitu alat untuk sintesis NaxFeSiO4 yang

ditunjukkan oleh Tabel 3.2 dan alat untuk karakterisasi bahan NaxFeSiO4 yang

ditunjukkan oleh Tabel 3.3.

23

Tabel 3.1. Bahan penelitian

Bahan FungsiSekam padi Sumber silika atau SiO2 dalam sintesis

sodium besi silikat (NaxFeSiO4)Akuades PelarutKalium Hidroksida (KOH) 90% Pelarut dalam ekstraksi silika

(ekstraktor)Asam nitrat (HNO3) 68% Sebagai bahan pembentuk gel silikaBesi nitrat nonahidrat((FeNO3)3.9H2O) 99% Merck

Sumber Fe dalam sintesis sodium besisilikat (NaxFeSiO4)

Natrium hidroksida (NaOH) 99 % Sumber Na dalam sintesis sodium besisilikat (NaxFeSiO4)

Asam sitrat monohidrat((C6H8O7).H2O) 100 %

Sebagai agen perekat danmempercepat reaksi sintesis sodiumbesi silikat (NaxFeSiO4)

Tabel 3.2. Alat yang digunakan untuk sintesis NaxFeSiO4

Alat FungsiGelas beaker Wadah larutan silikaGelas ukur Mengukur volume asam nitrat dan pelarutCorong Menyaring larutan silika solLabu erlenmeyer Tempat menyimpan larutan silika sol yang disaringSpatula Mengaduk larutanTimbangan digital Mengukur massa bahanBaskom Wadah pencucian silika gelKompor listrik Memanaskan akuadesPlastic wrap Membungkus atau menutup larutanAlumunium foil MembungkusSaringan Menyaring silika gelKertas saring Menyaring silika sol dan silika gelHot plate magneticstirrer

Mengaduk larutan dengan kecepatan konstan

Magnetic bar Pengaduk larutanSelang infus Sebagai penetes larutan asam nitratSistem refluks Merefluks larutan NaxFeSiO4

Oven Mengeringkan gel silika dan endapan gel natriumbesi silikat

Mortar dan alu Menghaluskan silika dan sodium besi silikat yangkering

Saringan 200 mesh Menyaring silika dan sodium besi silikat yang telahdihaluskan

Tisu Membersihkan sisa-sisa larutan yang menempelpH meter Mengukur pHBotol sampel Tempat meyimpan sampel

24

Tabel 3.3. Alat karakterisasi bahan NaxFeSiO4

Alat FungsiXRD X’Pert Powder PW 30/40 Untuk analisis struktur kristalUV-VIS & DRS Shimidzu UV-2450

Untuk identifikasi energi band gap

iS10 FTIR Spektrometer Untuk analisis ikatan gugus fungsiLCR meter Untuk analisis konduktivitas listrik

3.3 Prosedur Penelitian

Penelitian ini dibagi menjadi tiga tahapan yaitu preparasi dan ekstraksi silika

sekam padi, sintesis bahan NaxFeSiO4, dan karakterisasi bahan NaxFeSiO4.

3.3.1 Preparasi dan Ekstraksi Silika Sekam Padi

3.3.1.1 Preparasi Sekam Padi

Sekam padi yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari salah satu pabrik

penggilingan beras Desa Rejomulyo, Kecamatan Pasir Sakti, Kabupaten Lampung

Timur. Sekam padi direndam dalam air bersih selama satu jam, kemudian dicuci

untuk menghilangkan kotoran yang menempel pada sekam padi. Sekam padi yang

telah dicuci, kemudian direndam dalam air panas dan dicuci kembali untuk

menghilangkan sisa kotoran yang masih menempel. Sekam padi yang telah bersih

selanjutnya dikeringkan di bawah sinar matahari.

3.3.1.2 Ekstraksi Silika Sekam Padi

Ekstraksi silika sekam padi pada penelitian ini menggunakan metode ekstraksi

alkalis seperti yang telah dilakukan oleh Sembiring (2007). Proses ekstraksi silika

sekam padi bertujuan untuk memperoleh serbuk silika yang digunakan sebagai

salah satu prekursor sintesis NaxFeSiO4 dengan persamaan reaksi yang

ditunjukkan oleh Persamaan (3.1), (3.2), dan (3.3).

25

Sekam Padi + 2KOH → K SiO + H O (3.1)K SiO + 2HNO → H SiO + 2KNO (3.2)H SiO → SiO + H O (3.3)

Bahan yang digunakan dalam ekstraksi silika sekam padi adalah sekam padi,

KOH, akuades dan HNO3. Sebanyak 50 gram sekam padi dipanaskan dalam 500

ml larutan KOH 5% hingga mendidih. Selanjutnya, campuran tersebut didiamkan

selama 24 jam, dan disaring untuk mendapatkan sol silika. Sol silika terlarut

kemudian ditetesi larutan HNO3 10% secara konstan, dan diaduk menggunakan

magnetic stirrer sampai terbentuk endapan atau gel dengan pH 7. Gel yang

terbentuk didiamkan selama 24 jam. Selanjutnya, gel dicuci dan disaring

menggunakan akuades hangat sampai berwarna coklat keputihan. Gel yang telah

dicuci dikeringkan dalam oven pada suhu 150 °C, kemudian digerus sampai halus

dan diayak.

3.3.2 Sintesis NaxFeSiO4

Sintesis NaxFeSiO4 menggunakan metode sol-gel yang telah dilakukan oleh

Zhang et al. (2009) dan dimodifikasi dengan metode sol-gel yang dilakukan oleh

Meenakshi et al. (2016), Crundwell (2014), dan Zhou et al., (2013). Bahan yang

digunakan dalam sintesis NaxFeSiO4 adalah (FeNO3)3.9H2O, NaOH, silika sekam

padi, dan asam sitrat dengan perbandingan mol yang digunakan pada masing-

masing variasi komposisi x ditunjukkan oleh Tabel 3.4 dan persamaan reaksinya

masing-masing ditunjukkan oleh Persamaan (3.4), (3.5), (3.6), dan (3.7).NaOH + 2Fe(NO ) . 9H O + 2SiO → 2Na , FeSiO + 3N + O + H (3.4)

NaOH+ Fe(NO ) . 9H O + SiO → NaFeSiO + N + O + H (3.5)

3NaOH+ 2Fe(NO ) . 9H O + 2SiO → 2Na , FeSi + 3N + O + H (3.6)

26

2NaOH+ Fe(NO ) . 9H O + SiO → Na FeSiO + N + 9O + 10H (3.7)

(FeNO3)3.9H2O dilarutkan dalam 30 ml akuades, NaOH dilarutkan dalam 10 ml

akuades, dan asam sitrat dilarutkan dalam 25 ml akuades. Silika sekam padi

dilarutkan dalam larutan NaOH yang dipanaskan, dan diaduk pada suhu 60 °C

dengan kecepatan konstan (Crundwell, 2014). Setelah itu, larutan NaOH yang

bercampur silika ditetesi larutan (FeNO3)3.9H2O dan asam sitrat secara perlahan

hingga mencapai pH 1 ( Zhou et al., 2013) dalam keadaan masih dipanaskan.

Larutan yang telah homogen direfluks pada suhu 80 °C selama 5 jam sampai

terbentuk larutan coklat kekuning-kuningan (Meenakshi et al., 2016). Kemudian,

larutan tersebut dipindahkan ke dalam lemari asam, dan diaduk serta dipanaskan

dengan hot plate magnetic stirrer pada suhu 75 °C agar pelarutnya menguap

sampai terbentuk endapan kental seperti gel. Endapan gel tersebut dikeringkan

pada suhu 100 °C selama 3 jam. Gel yang telah kering digerus hingga halus,

kemudian dicetak menjadi pelet dengan diameter 1 cm. Selanjutnya, sampel

tersebut disinter pada suhu 700 °C dengan laju temperatur 3 °C/menit dan waktu

tahan 10 jam.

Tabel 3.4. Perbandingan mol sintesis NaxFeSiO4

Kode Sampel x Bahan Mol (mmol) Massa (gram)NAF05 0,5 Fe(NO3)3.9H2O 5 2,02

NaOH 2,5 0,1SiO2 5 0,3C6H8O7.H2O 5 1,05

NAF10 1 Fe(NO3)3.9H2O 5 2,02NaOH 5 0,2SiO2 5 0,3C6H8O7.H2O 5 1,05

NAF15 1,5 Fe(NO3)3.9H2O 5 2,02NaOH 7,5 0,3SiO2 5 0,3C6H8O7.H2O 5 1,05

NAF20 2 Fe(NO3)3.9H2O 5 2,02NaOH 10 0,4

27

SiO2 5 0,3C6H8O7.H2O 5 1,05

3.3.3 Karakterisasi Bahan NaxFeSiO4

3.3.3.1 Analisis Struktur Kristal

Struktur kristal bahan NaxFeSiO4 dianalisis dengan X’Pert Powder PW 30/40

XRD) dalam bentuk serbuk dengan radiasi Cu-Kα yang dioperasikan pada 2θ

sebesar 5 - 100°. Analisis data struktur kristal menggunakan metode pencocokan

(search match) dengan perangkat Qual X versi 2.24. Sedangkan perangkat Rietica

digunakan untuk mengetahui persentase kecocokan dari data perhitungan dan data

hasil eksperimen.

3.3.3.2 Analisis Ikatan Gugus Fungsi

Ikatan gugus fungsi bahan NaxFeSiO4 dianalisis menggunakan Nicolet iS10 FTIR

Spectrometer pada bilangan gelombang 4000 – 400 cm-1. Analisis data dilakukan

dengan membandingkan hasil penelitian ini terhadap hasil penelitian sebelumnya.

Sampel bubuk yang diperoleh dari hasil sintesis dicampur dengan pengencer

misalnya KBr atau KCl. Kemudian, sampel bubuk yang telah dicampur dengan

pengencer ditekan dan dibentuk menjadi pelet. Pelet hasil preparasi dimasukkan

ke dalam sampel holder dan dikarakterisasi menggunakan FTIR (Sembiring and

Simanjuntak, 2015).

3.3.3.3 Analisis Energi Band Gap

Energi band gap pada bahan NaxFeSiO4 diidentifikasi menggunakan UV-VIS &

DRS Shimidzu UV-2450 dalam bentuk serbuk pada panjang gelombang 200 –

800 nm. Analisis energi band gap dilakukan dengan mengubah data reflektansi

menjadi nilai absorban melalui teorema Kubelka-Munk yang ditunjukkan oleh

Persamaan (2.8) yang telah disebutkan pada bab sebelumnya.

28

3.3.3.4 Analisis Konduktivitas Listrik

Konduktivitas listrik bahan NaxFeSiO4 diukur menggunakan LCR-meter dalam

bentuk pelet dengan diameter 1 cm. Konduktivitas listrik dihitung dengan

menggunakan rumus formula Lee et al. (1991) yang ditunjukkan oleh Persamaan

(2.9) pada bab sebelumnya.

3.3.4 Diagram Alir Penelitian

Diagram alir dalam penelitian ini terdiri dari diagram alir ekstraksi silika sekam

padi yang ditunjukkan oleh Gambar 3.1, dan secara keseluruhan diagram alir

penelitian ini ditunjukkan oleh Gambar 3.2.

29

Gambar 3.1. Diagram alir preprasi dan ekstraksi silika sekam padi

30

Gambar 3.2. Diagram alir penelitian

44

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian tentang sintesis bahan NaxFeSiO4 (x = 0,5; 1; 1,5; 2)

berbasis silika sekam padi dapat ditarik kesimpulan bahwa hasil pengujian FTIR

menunjukkan adanya ikatan Si-O-Si, O-Na-O, dan Fe-O mengindikasikan

kehadiran fasa yang terbentuk dari hasil analisis XRD yaitu Fe2O3, Fe2SiO4,

NaO2, Na2FeSiO4, SiO2, dan Na2SiO3. Pada sampel dengan komposisi Na 0,5 dan

1 didominasi oleh fasa Fe2O3 dan Fe2SiO4, sedangkan pada sampel dengan

komposisi Na 1,5 dan 2 didominasi oleh fasa Na2FeSiO4. Fasa Na2FeSiO4

terbentuk pada komposisi Na 1,5 dan 2 serta semakin dominan keberadaannya

seiring dengan bertambahnya komposisi Na didalam sampel. Hal tersebut

mengakibatkan penurunan nilai energi band gap dan peningkatan nilai

konduktivitas listrik yang dihasilkan dari pengujian sifat listrik.

5.2 Saran

Untuk mengetahui profil struktur kristal dan sifat listrik (energi band gap dan

konduktivitas listrik) yang lebih luas dari bahan NaxFeSiO4 berbasis silika sekam

padi, disarankan pada penelitian selanjutnya untuk menggunakan variasi x lebih

dari 2.

47

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, M., dan Khairurrijal. 2009. Review: Karakterisasi Nanomaterial. JurnalNanosains and Nanoteknologi. 2(1): 1-9.

Adam, F., Appaturi, J. N., and Iqbal, A. 2012. The utilization of rice husk silica asa catalyst: review and recent progress. Catalysis Today. 190(1): 2-14.

Agung M., F. G., Hanafie, M., dan Mardina, P. 2013. Ekstraksi silika dari abusekam padi dengan pelarut KOH. Konversi. 2(1): 28-31.

Ali, B., ur-Rehman, A., Ghafoor, F., Shahzad, M. I., Shah Karim, S., and AbbasMustansar, S. (2018). Interconnected mesoporous Na2FeSiO4 nanospheressupported on carbon nanotubes as a highly stable and efficient cathodematerial for sodium-ion battery. Journal of Power Sources. 395: 467-475.

Altomare, A., Corriero, N., Cuocci, C., Falcicchio, A., Moliterni, A., and Rizzi, R.2017. Main features of QUALX 2.0 software for qualitative phaseanalysis. Powder Diffraction. 32: S129-S134.

Altomare, A., Cuocci, C., Giacovazzo, C., Moliterni, A., and Rizzi, R. 2008.QUAL X : a computer program for qualitative analysis using powderdiffraction data. Journal of Application Crystalography. 41: 815-817.

Bacsik, Z., Mink, J., and Keresztury, G. 2004. FTIR Spectroscopy of theatmosphere. I. Principles and Methods. Apllied Spectroscopy Riviews.39(3): 295-363.

Bernard, J., and Zunger, A. (1987). Electronic structure of ZnS, ZnSe, ZnTe, andtheir pseudobinary alloys. Physical Riview B. 36: 3199-3226.

Berthomieu, C., and Hienerwadel, R. 2009. Fourier transform infrared (FTIR)spectroscopy. Photosynth Res. 101(2-3): 157-170.

Bhagiyalakshmi, M., Yun, L., Anuradha, R., and Jang, H. 2010. Utilization of ricehusk ash as silica source for the synthesis of mesoporous silicas and theirapplication to CO2 adsorption through TREN/TEPA grafting. Journal ofHazardous Materials. 175(1-3): 928–938.

Borg, R., and Dienes, G. (1992). The physical chemistry of solids (Vol. 149).Boston: Academic Press.

48

Cao, Q., Zhang, H., Wang, G., Xia, Q., Wu, Y., and Wu, H. 2007. A novelcarbon-coated LiCoO2 as cathode material for lithium ion battery.Electrochemistry Communications. 1228-1232.

Christianto, P., dan Purwaningsih, H. 2013. Analisa rietveld terhadap transformasifasa (α→β) pada solid solution Ti-3 at.% Al pada proses mechanicalalloying dengan variasi milling time. Jurnal Teknik Pomits. 2(1): 2301-9271.

Crundwell, F. 2014. The mechanism of dissolution of minerals in acidic andalkaline solutions : Part II Application of a new theory to silicates,aluminosilicates and quartz. Hydrometallurgy. 149: 265-275.

Cullity, B. 1992. Element of X-Ray Diffraction. USA: Addison-Wesley PublishingCompany.

Daifullah, A., Awwad, N., and El-Reefy, S. 2004. Purification of wet phosphoricacid from ferric ions using modified rice husk. Chemical Engineering andProcessing: Process Intensification. 43(2): 193-201.

Della, V., Kühn, I., and Hotza, D. 2002. Rice husk ash as an alternate source foractive silica production. Materials Letters. 57(4): 818-821.

Deng, C., Zhang, S., Fu, B., Yang, S., and Ma, L. 2010. Characterization ofLi2MnSiO4 and Li2FeSiO4 cathode materials synthesized via a citric acidassisted sol–gel method. Materials Chemistry and Physics. 14-17.

Dompablo, M. E.-d., Armand, M., Tarascon, J., and Amador, U. 2006. On-demand design of polyoxianionic cathode materials based onelectronegativity correlations: An exploration of the Li2MSiO4 system (M= Fe, Mn, Co, Ni). Electrochemistry Communications. 8(8): 1292-1298.

Duncan, H., Kondamreddy, A., Mercier, P., Le Page, Y., Abu-Lebdeh, Y.,Couillard, M., S. Whitfield, P., J. Davidson, I. 2011. Novel Pn polymorphfor Li2MnSiO4 and its electrochemical activity As a Cathode Material inLi-Ion Batteries. Material Chemistry. 5446–5456.

Ellis, B. L., Makahnouk, W., Makimura, Y., Toghill, K., and Nazar, L. 2007. Amultifunctional 3.5 V iron-based phospate cathode for rechargeablebatteries. Nature Materials. 749-753.

Enterprise, J. 2010. Teknik Menghemat Baterai. Jakarta: PT Elex MediaKomputindo.

Fang, C., Huang, Y., Zhang, W., Han, J., Deng, Z., Cao, Y., and Yang, H. 2016.Routes to High Energy Cathodes of Sodium-Ion Batteries. Advancesenergy materials. 6(5): 1501727.

49

Feng, Z., Tang, M., and Yan, Z. 2018. 3D conductive CNTs anchored withNa2FeSiO4 nanocrystals as a novel cathode material for electrochemicalsodium storage. Ceramics International. 44(17): 22019-22022.

Franger, S., Frédéric, L. C., Bourbon, C., HélèneRo, and Hélène, R. 2003.Comparison between different LiFePO4 synthesis routes and theirinfluence on its physico-chemical properties. Journal of Power Source.119-121: 252-257.

Fu, R., Yunsong, L., Yang, H., Zhang, Y., and Cheng, Z. 2013. Improvedperformance of Li2FeSiO4/C composite with highly rough mesoporousmorphology. Journal of The Electrochmecila Society. 160(5): A3048-A3053.

Gao, S., Zhao, J., Zhao, Y., Wu, Y., Zhang, X., Wang, L., Liu, X., Rui, Y., Xu, J.2015. Na2CoSiO4 as a novel positive electrode material for sodium-ioncapacitors. Materials Letters. 300-303.

Geneiva, S. D., Turmanova, S. C., Dimitrova, A. S., and Vlaev, L. T. 2008.Characterization of rice husk and the products of its thermal degradation inair or nitrogen atmosphere. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.2: 387-396.

Gong, Z., and Yang, Y. 2011. Recent advances in the research of polyanion-typecathode materials for Li-ion batteries . Energy and Environmental science.3223-3242.

Gražulis, S., Chateiger, D., Downs, R., Yokochi, A., Quirós, N., Lutterotti, L.,Manakova, E., Butkus, J., Moeck, P., Le Bail, A. 2009. Crystallographyopen database – an open-access collection of crystal structure. Journal ofApplication Crystalography. 42: 726-729.

Guan, W., Pan, B., Zhou, P., Mi, J., Zhang, D., Xu, J., and Jiang, Y. 2017. A highcapacity, good safety and low cost Na2FeSiO4-based cathode forrechargeable sodium-ion battery. ACS Applied Materials and Interfaces.9(27): 22369–22377.

Gummow, R., and He, Y. 2014. Recent progress in the development ofLi2MnSiO4 cathode materials. Journal of power sources. 315-331.

Gutierrez, A., Benedek, A. N., and Manthiram, A. 2013. Crystal-chemical guidefor understanding redox energy variations of M2+/3+ couples in polyanioncathodes for lithium-ion batteries. Chemistry of materials. 25(20): 4010-4016.

Handayani, P. A., Nurjanah, Eko, dan Rengga, W. D. 2015. Pemanfaatan limbahsekam padi menjadi silika gel. Jurnal Bahan Alam Terbarukan, 4(2): 55-59.

50

Hao, X., Cho, E.-C., Scardega, G., Bellet-Amalric, E., Bellet, D., Shen, Y.,Conibeer, G., Green, M. 2009. Effects of phosphorus doping on structuraland optical properties of silicon nanocrystals in a SiO2 matrix. Thin SolidFilms. 517: 5646-5652.

Hashim, M., Alimuddin, Shirsath, S., Meena, S., Kotnala, R., Parveen, A., Roy,A.S., Kumar, S., Bhatt, P., Kumar, R. 2013. Investigation of structural,dielectric, magnetic and antibacterial activity of Cu–Cd–Ni–FeO4

nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Material. 341: 148-157.

Hastuti, E. 2011. Analisa difraksi sinar X TiO2 dalam penyiapan bahan sel suryatersensitisasi pewarna. Jurnal Neutrino. 40(1): 93-100.

Heyd, J., Peralta, J., Scuseria, G., Martin, R., Heyd, J., Peralta, J., and Martin, R.2005. Energy band gaps and lattice parameters evaluated with the Heyd-Scuseria-Ernzerhof screened hybrid functional Energy band gaps andlattice parameters evaluated with the Heyd-Scuseria-Ernzerhof screenedhibryd functional. Journal of Chemical Physics. 123: 74101.

Hidayat, S., Leonardo, C., Kartawidjaja, M., Alamsyah, W., dan Rahayu, I. 2016.Sintesis Polianlin dan Karakteristik Kinerjanya sebagai Anoda padaSistem Baterai Asam Sulfat. Jurnal Material dan Energi Indonesia. 20-26.

Huang, X., Li, H., Wang, Z., Pan, M., Qu, Z., and Yu, Z. 2010. Synthesis andelectrochemical performance of Li2FeSiO4/C nano-tubes for lithium ionbatttery. Electrochimica Acta. 7362.

Hui, K., and Chao, C. 2006. Synthesis of MCM-41 from coal fly ash by a greenapproach : influence of synthesis pH. Journal of Hazard Material. 137:1135-1148.

Hunter, B., and Howard, C. 1997. LHPM Manual, A Computer Program forRietveld Analysis of X-ray and Neutron Powder Diffraction Patterns.Australia: Australian Nuclear Science and Technology Organization.

Jiang, X., and Guo, G. 2004. Electronic structure, magnetism, and opticalproperties of Fe2SiO4 fayalite at ambient and high pressures: A GGA+Ustudy. Physical Review B, 69: 155108.

Jlassi, I., Kalaiselvi, N., and Periasamy, P. 2017. A preliminiary investigation intothe new class of lithium intercalating LiNiSiO4. Journal of Non-Crystalline Solid. 466-467: 45-51.

Kalaphaty, C., Proctor, A., and Shultz, J. 2000. A simple methode for productionof pure silica from rice husk. Biosource Technology. 73: 257-264.

Kaliyappan, K., and Chen, Z. 2018. A Polyanion host as a prospective highvoltage cathode material for sodium ion batteries. Journal of TheElectrochemical Society. 165(9): A1822-A1828.

51

Kee, Y., Dimov, N., Staikov, A., Barpanda, P., Lu, Y.-C., Minami, K., and Okada,S. 2015. Insight into the limited electrochemical activity of NaVP2O7.Royal Society of Chemistry. 64991-64996.

Kee, Y., Dimov, N., Staykov, A., and Okada, S. 2016. Investigation of metastableNa2FeSiO4 as a cathode material for Na-ion Secondary Battery. MaterialsChemistry and Physics. 171: 45-49.

Kim, J.-K., Choi, J.-W., Chauhan, G., Ahn, J.-H., Hwang, G.-C., Choi, J.-B., andAhn, H.-J. 2008. Enhancement of electrochemical performance of lithiumiron phosphate by controlled sol–gel synthesis. Electrochimica Acta.53(28): 8258-8264.

Kisi, E. 1994. Rietveld analysis of powder diffraction patterns. Material Forum.18: 135-153.

Kobayasi, Y., Sumi, K., and Kato, E. 2000. Preparation of dense cordieriteceramics from magnesium compounds and kaolinite without additives.Ceramics International. 26(7): 739-743.

Kubelka, P., and Munk, F. 1931. Optics of coloring. Technical Physics. 12: 593-620.

Kulal, P., Dubal, D., Lokhande, C., and Fulari, V. 2011. Chemical synthesis ofFe2O3 thin films for supercapacitor application. Journal of Alloys andCompounds. 509: 2657-2571.

Kurama, S., and Kurama, H. 2008. The reaction kinetics of rice husk basedcordierite ceramics. Ceramics International. 34(2): 269-272.

Lee, W. K., Liu, J., and Nowick, A. 1931. Limiting behavior of ac conductivity inionically conducting crystals and glasses: A new universality. PhysicalReview Letter. 67(12-16): 1559-1561.

Li, H., Xu, M., Bao, W., Lai, Y., Zhang, K., and Li, J. 2018. Triclinic off-stoichiometric Na3.12Mn2.44(P2O7)2/C cathode materials for highenergy/power sodium-ion batteries. Applied and Material Interface.24564–24572.

Li, S., Guo, J., Ye, Z., Zhao, X., Wu, S., Mi, J.-X., Wang, C-Z., Gong, Z.,McDonald, J. M., Zhu, Z., Ho, K-M., Yang, Y. 2016. A Zero-strainNa2FeSiO4 as novel cathode material sodium ion batteries. ACS AppliedMaterials and Interfaces. 8(27): 17233-17238.

Li, Y., Sun, W., Liang, J., Sun, H., Marco, I., Ni, L., Tang, S., Zhang, J. 2016.Understanding the electrochemical properties of A2MSiO4 (A ¼ Li andNa; M ¼ Fe, Mn, Co and Ni) and the Na doping effect on Li2MSiO4 fromfirst principle calculation. Journal of Materials Chemistry. 4(44): 17455-17463.

52

Liou, T.-H. 2004. Preparation and characterization of nano-structured silica fromrice husk. Materials and Engineering : A. 364(1-2): 313-323.

Louër, D., and Mittemeijer, E. 2001. The rietveld methode. Material and ScienceForum. 378-381.

Ma, J., Wang, C., and Wroblewski, S. 2007. Kinetic characteristics of mixedconductive electrodes for lithium ion batteries. Journal of Power Source.164(2): 849-856.

Ma, Z., Shao, G., Wang, G., Du, J., and Zhang, Y. 2012. Electrochimcalperformance of Mo-doped LiFePO4/C composites prepared by two-stepsolid-state reaction. Ionics. 437-443.

Masese, T., Orikasa, Y., Tassel, C., Kim, J., Minato, T., Arai, H., Hajime, M. T.,Yamamoto, K., Kobayashi, Y., Kageyama, H., Ogumi, Z., Uchimoto, Y.2014. Relationship between Phase transition involving cationic exchangeand charge−discharge rate in Li2FeSiO4. Chemistry of Material. 1380-1384.

Masquelier, C., Padhi, K., K.S., N., and Goodenough, J. 1998. New cathodematerials for rechargeable lithium batteries : the 3-D framework structuresLi3Fe2(XO4)3 (X=P,As). Journal of solid State Chemistry. 228-234.

Meenakshi, V., Rajkumar, P., Diwakar, K., Subadevi, R., and Sivakumar, M.2016. Structural investigation of heat-treated Li2FeSiO4 cathode materialpreparation. International seminar on Nanoscience and Technology. 3: 10-12.

Morales, E. A., Mora, S., and Pal, U. 2007. Use of diffuse reflectancespectroscopy for optical characterization of un-supported nanostructures.Revista Mexicana de Física S. 53(5): 18-22.

Muraliganth, T., Stroukoff, K., and Manthiram, A. 2010. Microwave-solvothermal synthesis of nanostructured Li2MSiO4/C (M = Mn and Fe)cathodes for lithium-ion batteries. Chemistry of Ion Batteries. 22(20):5754-5761.

Nevivilanti, S., Wiranti, F., dan Sembiring, S. 2010. Karakteristik keramik mullitedari silika sekam padi. Prosiding SN SMAP 2010. 2(2): 36-40.

Ni, Q., Bai, Y., Wu, F., and Wu, C. 2017. Polyanion-type electrode materials forsodium-ion batteries. Advanced science news. 4(3): 1600275.

Nitta, N., Wu, F., Lee, J. T., and Yushin, G. 2015. Li-ion Battery matterials :present and future. Materials Today. 252-264.

Nytèn, A., Abouimrane, A., Armand, M., Gustafsson, T., and Thomas, O. J. 2005.Electrochemical performance of Li2FeSiO4 as a new Li-battery cathodematerials. electrochemistry communications. 156-160.

53

Pacala, S., and Socolow, R. 2004. Stabilization wedeges : solving the climateproblem for the next 50 years with current technologies. Science. 968-972.

Pahlepi, R., Sembiring, S., dan Pandiangan, K. 2013. Pengaruh penambahan MgOpada SiO2 berbasis silika sekam padi terhadap karakteristik kompositMgO-SiO2 dan kesesuaiannya sebagai bahan pendukung katalis. Jurnaldan Aplikasi Fisika. 1(2): 161-169.

Palomares, V., Casas-Cabanas, M., Castillo-Martinez, E., H. Han, M., and Rojo,T. 2013. Update on Na-based battery materials. A growing research path.Energy and Environmental. 2312-2337.

Park, M., Zhang, X., Chung, M., Less, G. B., and Sastry, A. M. 2010. A riview ofconduction phenomena in Li-ion batteries. Journal of Power Sources.192(24): 7904-7929.

Pei, B., Yao, H., Zhang, W., and Yang , Z. 2012. Hydrotermal synthesis ofmorphology-controlled LiFePO4 cathode material for lithium-ion batteries.Journal power of sources. 317-323.

Petrović, R., and Janackovic´, D. 2006. Phase-transformation kinetics in triphasiccordierite gel. Journal of Material Research. 16(2): 451-458.

Pollet, B. G., Staffell, I., and Shang , J. L. 2012. Current status of hybrid, batteryand fuel cell electric vehicles: From electrochemistry to market prospects.Electrochimica Acta. 8: 235-249.

Puri, R., and Babbar, V.K. 1997. Solid State Physics. New Delhi: S. CHAND andCOMPANY LTD.

Putro, A. L., dan Prasetyo, D. 2004. Abu sekam padi sebagai sumber silika padasintesis zeolit ZSM-5 tanpa menggunakan templat organik. Akta Kimindo.3(1): 33 - 36.

Raghavender, A., Shirsath, S., and Kumar, K. V. 2011. Synthesis and study ofnanocrystalline Ni–Cu–Zn ferrites prepared by oxalate based precursormethod. Journal of Alloys and Compound. 509(25): 7004-7008.

Rajkumar, P., Diwakar, K., Dhanalakshmi, R., Subadevi, R., and Sivakumar, M.2016. Synthesis and studies on lithium iron orthosilicate cathode materialsvia modified sol-gel methode. International seminar on Nanoscience andTechnology- conference proceedings. 3(2): 36-40.

Ranggasamy, V. S., and Locquet, J. 2018. Solvothermal synthesis andelectrochemical properties of Na2CoSiO4 and Na2CoSiO4/carbon nanotubecathode materials for sodium-ion batteries. Electrochimica Acta. 276: 102-110.

Riyanto, A., Ginting, O., dan Sembiring, S. 2009. Pengaruh suhu sinteringterhadap pembentukan gugus borosiloksan (B-O-Si) bahan keramik

54

borosilikat berbasis silika sekam padi. Prosiding SN SMAP 09. 15(1):2019-2024.

Riyanto, A., Sembiring, S., dan Junaidi, J. 2017. Karakteristik fisis aluminosilikatgeopolimer berbasis silika sekam padi untuk aplikasi fast ionic conductor.Reaktor. 17(2): 96-103.

Riyanto, A., Sembiring, S., Megawati, M., Mabarroh, N., Junaidi, J., dan Ginting,E. 2019. Analisis transisi fasa dan sifat dielektrik pada Li2CoSiO4 yangdipreparasi dari silika sekam padi dan produk daur ulang katoda bateraiion litium bekas. ALCHEMY Jurnal Penelitian Kimia. 1(1): 89-103.

Satriady, A., Alamsyah, W., Saad, A. H., dan Hidayat, S. 2016. Pengaruh luaselektroda terhadap karakteristik baterai LiFePO4. Jurnal Material danEnergi Indonesia. 43-48.

Sembiring, S., dan Karo-Karo, P. 2007. Pengaruh suhu sintering terhadapkarakteristik termal dan mikrostruktur silika sekam padi. J. Sains MIPA.13(3): 233 - 239.

Sembiring, S., dan Simanjuntak, W. 2015. Silika Sekam Padi; Potensinya SebagaiBahan Baku Keramik Industri. Bandar Lampung: Plantaxia.

Sembiring, S., Simanjuntak, W., Manurung, P., Asmi, D., and Low, I. 2013.Synthesis and characterisation of gel-derived mullite precursors from ricehusk silica. Ceramics International. 42(7): 7067-7072.

Sembiring, S., Simanjuntak, W., Situmeang, R., Riyanto, A., and Sebayang, K.2016. Preparation of refractory cordierite using amorphous rice husksilica. Ceramics International. 40(5): 8431–8437.

Simanjuntak, W., Sembiring, S., Pandiangan, K., Syani, F., and Situmeang, R.2016. The use of liquid smoke as a substitute for nitric acid for extractionof amorphous silica from rice husk through sol-gel route. Oriental Journalof Chemistry. 2079-2085.

Singh, S. A. 2014. Improved electrochemical activity of nanostructuredLi2FeSiO4/MWCNTs composite cathode. Electrochimica Acta. 378-386.

Siriluk, C., and Yuttapong, S. 2005. Structure of mesoporous MCM-41 preparedfrom rice husk ash . Symposium A Quarterly Journal in Modern ForeignLiterature. 23-27.

Sirisopanaporn, C., Masquelier, C., Bruce, P., Armstrong, R. A., and Dominko, R.2011. Dependence of Li2FeSiO4 electrochemistry on structure. Journal ofthe American Chemical Society. 1263-1265.

Slater, M. D., Kim, D., Lee, E., and Johnson, C. 2013. Sodium-ion batteries.Advanced Functional materials. 947-958.

55

Smith, W. 1996. Principles of Material and Sciences Enginering. USA: McGraw-hill. Inc.

Soref, R. 2014. Direct-bandgap compositions of the CSiGeSn group-IV alloys.Optical Material Express. 4(4): 836.

Stackhouse, S., Stixrude, L., and Karki, B. 2010. Determination of the high-pressure properties of fayalite from first-principles calculations. Earth andPlanetary Science Letters. 289: 449-456.

Sze, S. 1981. Physics of Semiconductor Devices 2nd edition. Singapore: JohnWiley and Sons.

Takashi, Tobishima, S.-i., Takei, K., and Sakura, Y. 2002. Reaction behavior ofLiFePO4 as a cathode material for rechargeable lithium batteries. SolidState Ionics. 148(3-4): 283-289.

Tarascon, J. M., and Armand, M. 2001. Issues and challenges facing rechargeablelithium batteries. Nature. 359-367.

Tarascon, J. M., and Armand, M. 2010. Issues and challenges facing rechargeablelithium batteries. Material for sustainable energy. 171-179.

Theophanides, T. 2012. Introductory Chapter Introduction to InfraredSpectroscopy. Shanghai: InTech.

Tripathi, R., Ramesh, T., Ellis, B., and Nazar, L. 2010. Scalable synthesis oftavorite LiFeSO4F and NaFeSO4F cathode. Angewandte ChemicaInternational. 49(46): 8738-8742.

Tripathy, T., Bhagat, R., and Singh, R. 2001. The occulation performance ofgrafted sodium alginate and other polymeric occulants in relation to ironore slime suspension. European Polymer Journal. 37: 125-130.

Ummah, S., Anton, P., dan Barroroh, H. 2010. Kajian penambahan abu sekampadi dari berbagai suhu pengabuan terhadap plastisitas kaolin. ALCHEMY.1(2): 53-103.

Wang, C., and Hong, J. 2007. Ionic/electronic conducting characteristics ofLiFePO4 cathode materials the determining factors for high rateperformance. Electrochemical Solid State. 10(3): A65-A69.

Wei, S.-H., Zhang, S., and Zunger, A. 2000. First-principles calculation of bandoffsets, optical bowings, and defects in CdS, CdSe, CdTe, and their alloys.Journal of Applied Physics. 87: 1304-13011.

Wongittarom, N., Lee, T.-C., Wang, C.-H., Wang, Y.-C., and Chang, J.-K. 2014.Electrochemical performance of Na/NaFePO4 sodium-ion batteries withionic liquid electrolytes. Royal Society of Chemistry. 5655-5661.

56

Wu, P., Wu, S., Lv, X., Zhao, X., Ye, Z., Lin, Z., Wang, C. Z., Ho, K. 2016. Fe-Sinetworks in Na2FeSiO4 cathode materials. Physics Chemistry ChemistryPhysics. 23916-23922 .

Wu, S. Q., Zhu, Z., Yang, Y., and Hou, Z. 2009. Structural stabilities, electronicstructures and lithium deintercalation in LixMSiO4 (M = Mn, Fe, Co, Ni):A GGA and GGA + U study. Computational Materials Science. 44(4):1243-1251.

Xia, C., Jia, Y., Tao, M., and Zhang, Q. 2013. Tuning the band gap of hematite α-Fe2O3 by sulfur doping. Physics Letters A. 377: 1943-1947.

Xu, J., Dou, S., Liu, H., and Dai, L. 2013. Cathode Materials for next generationlithium ion batteries. Nano Energy. 439-442.

Xu, Y., and Schoonen, M. 2000. The absolute energy positions of conduction andvalence bands of selected semiconducting minerals. AmericanMineralogist. 85(3-4): 543-556.

Yalçin, N., and Sevinç, V. 2001. Studies on silica obtained from rice husk.Ceramics International. 27(2): 219-224.

Yamada, A., Iwane, N., Harada, Y., Nishimura, S.-i., Koyama, Y., and Tanaka, I.2010. Lithium iron borates as high-capacity battery electrodes. AdvancesMaterials. 3583-3587.

Yang, J., Kang, X., Hu, L., Gong, X., and Mu, S. 2014. Nanocrystalline-Li2FeSiO4 synthesized by carbon frameworks as an advanced cathodematerial for Li-ion batteries. Journal Materials Chemistry. 6870-6878.

Yang, K., Peng, H., Wen, Y., and Li, N. 2010. Re-examination of characteristicFTIR spectrum of secondary layer in bilayer oleic acid-coated Fe3O4

nanoparticles. Applied Surface Science. 256(10): 3093-3097.

Ye, Z., Zhao, X., Li, S., Wu, S., Wu, P., Nguyen, M. C., Guo, J., Mi, J., Gong, Z.,Zhu, Z-Z., Yang, Y., Wang, C-Z., Ho, K.-M. 2016. Robust diamond-likeFe-Si network in the zero-strain NaxFeSiO4 cathode. Electrochimica Acta.212: 934–940.

Yongho, K., Dimov, N., Staykov, A., and Okada, S. 2016. Investigation ofmetastable Na2FeSiO4 as a cathode material for Na-ion secondary Battery.Materials Chemistry and Physics. 1-5.

Yoshio, M., and Noguchi, H. 2008. A riview of positive electrode materials forlithium-ion batteries. Lithium-Ion Batteries. New York: Springer NewYork NY. 1-40

You, Y., and Manthiram, A. 2017. Progress in high-voltage cathode materials forrechargeable sodium-ion batteries. Advanced Energy Materials. 8(2):1701785.

57

Yunasfi, Purwanto, S., dan Madesa, T. 2011. Karakterisasi sifat listrik grafitsetelah iradiasi dengan sinar-ɣ. J. Iptek Nuklir Ganendra. 14(27): 14-27.

Yuniarti, E., Triwibowo, J., dan Suharyadi, E. 2013. Pengaruh pH dan waktu padasintesis LiFePO4/C dengan metode sol-gel sebagai material katoda untukbaterai sekunder lithium. Berkala MIPA. 218-228.

Zhang, G.-Q., and Zhang, S.-T. 2009. Synthesis of sodium ironsilicate(NaFe(III)[SiO3]2) nanorods and electrochemical characterization.Material Letter. 12(7): 266–268.

Zhang, P., Hu, C., Wu, S., Zhu, Z., and Yang, Y. 2012. Structural properties andenergetics of Li2FeSiO4 polymorphs and their delithiated products fromfirst-principles. Physical Chemistry Chemical Physics. 14(22): 7346-7351.

Zhang, S., Deng, C., and Yang, S. 2009. Preparation of nano- Li2FeSiO4 ascathode material for lithium-ion batteries. Electrochemical and Solid-StateLetter. 63(2): A136-A139.

Zhang, Y., Xie, J., Zhang, S., Zhu, P., Cao, G., and Zhao, X. 2015. Ultrafine tinoxide on reduced graphene oxide as high-performance anode for sodium-ion batteries. Electrochimica Acta. 151: 8-15.

Zhou, H., Einarsrud, M.-A., and Vullum-Breur, F. 2013. High capacitynanostructured Li2FexSiO4/C with Fe hyperstoichiometry for Li-ionbatteries. Journal of Power Source. 235: 234-242.

Zhu, L., Zeng, Y.-R., Wen, J., Li, L., and Cheng, T.-M. 2018. Structural andelectrochemical properties of Na2FeSiO4 polymorphs for sodium-ion.Electrochimica Acta. 292: 190-198.