SEMINAR TEKNOLOGI BAHAN DAN BARANG TEKNIK

STUDI PENERAPAN SISTEM PLASMA CHEMICAL VAPOR DEPOSITION UNTUK PENGEMBANGAN ANODA KARBON PADA

BATERAI MOBIL LISTRIK

𝐔𝐥𝐥𝐲 𝐌𝐚𝐦𝐛𝐚′𝐚𝐭𝐮𝐥 𝐌𝐮𝐤𝐚𝐫𝐫𝐨𝐦𝐚𝐡𝟏,𝟐, 𝐃𝐣𝐨𝐤𝐨 𝐇. 𝐒𝐚𝐧𝐭𝐣𝐨𝐣𝐨𝟐, 𝐌𝐚𝐬𝐫𝐮𝐫𝐨𝐡𝟐, dan

𝐍𝐮𝐠𝐫𝐨𝐡𝐨 𝐀𝐝𝐢 𝐒𝐚𝐬𝐨𝐧𝐠𝐤𝐨𝟏𝟏Energy security graduated program, Indonesia Defense University (UNHAN)

𝟐Physics Departement of Brawijaya University

Pendahuluan

Bahan dan Metode

Hasil dan Pembahasan

Penutup

Agenda

PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangan mobil

listrik, kebutuhan baterai kedepan akan

semakin meningkat. Jenis Baterai yang

saat ini dikembangkan adalah baterai

litium.

Anoda baterai dapat menggunakan

lapisan tipis karbon

Plasma Chemical Vapor Deposition

(CVD)

Proses pengendapan senyawa

menggunakan bantuan plasma untuk

meningkatkan reaksi kimia.

Radio Frequency Plasma Enhanced

Chemical Vapor Deposition dengan

memvariasikan gas Ar/𝑪𝟐𝑯𝟐. Hasil yang

diperoleh menunjukkan bahwa laju

deposisi dan kekasaran permukaan

menurun dengan meningkatnya rasio

Ar/𝑪𝟐𝑯𝟐.

Pada penelitian ini Gas yang digunakan

campuran Ar dan LPG (Liquified Petroleum

Gas) yang memiliki komposisi 97% berupa

campuran propana dan butana

Penelitian Lin (2010) :

Pada proses deposisi lapisan karbon

dengan menggunakan metode plasma

CVD, tekanan gas dalam chamber

reaktor mempunyai pengaruh cukup besar

pada pembentukan lapisan karbon.

Tujuan dari penelitian ini adalah

Merancang desain dan membuat sistem plasma, serta

mengetahui pengaruh tekanan dalam reaktor plasma

terhadap mikrostruktur lapisan karbon yang dideposisi

dengan plasma CVD berdasarkan ikatan yang teridentifikasi

pada lapisan karbon yang dikarakterisasi dengan menggunakan

FTIR.

Bahan LPG

Gas Argon

Gas Nitrogen

Kaca preparat

Peralatan1. Kaca desikator (dilengkapi dengan elektroda

sejajar) sebagai reaktor

2. Rotary pump

3. Generator plasma

4. sensor tekanan

5. FTIR shimadzu

6. Software Ez Omnic

7. Software solid work

BAHAN DAN METODE Tahapan Penelitian

Mulai

Desain, pembuatan dan perakitan sistem pembangkit plasma

Pengujian sistempembangkit plasma

Preparasi substrat kaca

Pendeposisian lapisankarbon diatas substrat

Karakterisasi lapisan karbondengan menggunakan FTIR dan

dianalisa

Selesai

Desain Sistem PembangkitPlasma

Keterangan:

1. Gas argon

2. Blue gas

3. Gas nitrogen

4. Regulator argon

5. Regulator blue gas

6. Reaktor plasma

7. Rotary pump

8. Generator

9. Sensor tekanan

10. Regulator tegangan

11. Substrat

Pengujian Kerja Alat

Pengujian kerja alat dilakukan

untuk mengetahui kemampuan

alat yang telah dibuat dapat

bekerja dengan baik. Pengujian

kerja alat ini meliputi pengujian

tekanan vakum dan kebocoran

reaktor serta pengujian

pembangkitan plasma.

Eksperimen

Dibilas dengan

aquades

Dicuci dengan

sabun

Kaca preparat

dipotong menjadi

4 bagian

Dikeringkan

dengan hair

dryer

Dicuci dengan etanol

75% menggunakan

ultrasonic cleaner

1. Preparasi substrat

2. Pembuatan sampel

Mulai

Substrat kaca yang sudah di preparasi diletakkan diataselektroda pada reaktor

Reaktor divakumkan selama 30 menit

Pendeposisian lapisan karbon diatas substrat kaca untukmembuat sampel dengan tekanan chamber 4.39 Torr, 4.89 Torr, dan 5.29 Torr selama 4 jam dengan daya sebesar 160

watt.

Generator dan rotary pump dimatikan

selesai

3. Karakterisasi sampel dengan FTIR dan Pengolahan data

Hasil pengujian FTIR berupa spektrum yang menunjukkan

hubungan antara transmitansi (%T) dengan bilangan

gelombang. Spectrum yang dihasilkan tersebut diolah dengan

software Ez Omnic

Pla

sm

a y

an

g b

erh

asil

dib

an

gk

itk

an

pad

a c

ham

ber

Gas yang masuk pada sistem plasma akan mengalami berbagai reaksi

Plasma yang digunakan untuk deposisi lapisan karbon adalah plasma glow discharge

𝐴𝑟 + 𝑒− → 𝐴𝑟+ + 2𝑒 (ionisasi)

𝐴𝑟 + 𝑒− → 𝐴𝑟∗ + 𝑒 (eksitasi)

𝐴𝑟+ + 𝐶3𝐻8 → 𝐶2𝐻3+ + 𝐶𝐻3 + 𝐻2 + 𝐴𝑟 (disosiasi)

𝐴𝑟+ + 𝑒− → 𝐴𝑟 (rekombinasi)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengaruh Tekanan Chamber terhadap PembentukanPlasma

Tekanan chamber 4.39 Torr

Tekanan chamber 4.89 Torr

Tekanan chamber 5.29 Torr

Terdeposisi Tidak terdeposisi

Glow Discharge

Arc Discharge

E

elektron Partikel

positif

Partikel

netral

Pada tekanan chamber yang lebih

tinggi, banyak terjadi tumbukan

antar partikel dibandingkan

dengan partikel yang menumbuk

substrat.

Pengaruh Tekanan Chamber terhadap spektrum lapisan

Tekanan chamber 4.39 Torr Tekanan chamber 4.89 Torr

Karakterisasi Hasil Deposisi LapisanTipis

𝑨𝒓+ + 𝑪𝟑𝑯𝟖 → 𝑪𝟐𝑯𝟑+ + 𝑪𝑯𝟑 +𝑯𝟐 + 𝑨𝒓

Tekanan Chamber 4.39 Torr

+ +

C3H8 +

𝑪𝟑𝑯𝟖+

Jalur bebas rata-rata partikel besar

Terdeposisi pada substrat

Densitas partikel dalam chamber kecil

Antar Partikel tidak terlalu sering

bertumbukan

𝑪𝟑𝑯𝟖 + 𝒆− → 𝑪𝟑𝑯𝟖+ + 𝟐𝒆

Jalur bebas rata-rata lebih kecil Karena tekanan

chamber tinggi

Frekuensi tumbukan yang terjadi pada chamber

semakin tinggi

Tumbukan yang berulang kali mengakibatkan

banyak atom H yang lerlepas

Tekanan Chamber 4.89 Torr

Kesimpulan

01 Memperbaiki sistem

plasma CVD agar

tercapai tingkat

kevakuman yang lebih

rendah dan kebocoran

sistem dapat dikurangi.

02 Pengaturan tekanan

chamber sebaiknya

dilakukan dengan

mengatur gas keluaran

menggunakan valve.

03 Melakukan deposisi

lapisan karbon dengan

memvariasikan jarak

elektroda pada sistem

plasma CVD.

04 Melakukan karakterisasi

lapisan karbon untuk

mengetahui persebaran

dan ketebalan lapisan

carbon yang tumbuh

pada substrat

.

PENUTUP

Sistem plasma CVD telah berhasil dibuat dan dapat digunakan untuk

proses deposisi lapisan karbon. Sistem ini cukup sederhana untuk membuat

lapisan tipis anoda karbon, namun masih terdapat kekurangan karena

timbulnya arc discharge yang mengakibatkan gosong baik pada sampel

maupun pada elektroda

Diketahui bahwa semakin tinggi tekanan chamber, intensitas absorbansi

lapisan karbon semakin kecil. Pada tekanan chamber 4,39 Torr, intensitas

absorbansi tertinggi dimiliki oleh C-H sedangkan pada tekanan chamber

4,89 Torr, intensitas absorbansi tertinggi dimiliki oleh C=C.

Saran

THANK YOU