Muhtadi, Handi (2023) Characterization Of Nickel-Rich Nickel-Manganese-Cobalt Cathode (Nixmnycoz, With X > 0.8 And X + Y + Z = 1) With Various Transition Metal Ratio Synthesized Via Hydroxide Co-Precipitation Route: A Comparative Study. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
![[thumbnail of 6007201038 - Master_Thesis.pdf]](http://repository.its.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text
6007201038 - Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2025. Download (2MB) | Request a copy |
Abstract
Penggunaan Baterai Lithium-ion telah meningkat pesat, dengan tingkat pertumbuhan melebihi 30% per tahun sejak 2010, dan diperkirakan akan terus tumbuh karena elektrifikasi sektor transportasi. Namun, pertumbuhan teknologi ini ditentang oleh ketersediaan kobalt, yang merupakan bagian penting dari bahan katoda yang mendominasi pasar baterai lithium-ion di seluruh dunia. Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti dan industri sedang menjajaki alternatif untuk kobalt, termasuk teknologi katoda NMC (Nickel-manganese-cobalt) dengan kandungan nikel tinggi. Katoda NMC kaya-Ni dianggap sebagai alternatif yang menguntungkan karena kepadatan energinya yang tinggi, laju charge-discharge yang cepat, umur guna yang baik, dan konsumsi energi produksi yang rendah. Terlepas dari keunggulan ini, NMC dengan kandungan nikel tinggi bukannya tanpa keterbatasan, termasuk penurunan kinerja yang cepat dan bahaya keselamatan. Kinerja dan sifat dari katoda NMC yang kaya akan Ni ini sangat dipengaruhi oleh proses manufaktur dan rasio logam transisi (Ni:Mn:Co) penyusun katoda. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki kelayakan dari hasil metode kopresipitasi hidroksida yang digunakan dan karakteristik katoda NMC kaya nikel dengan rasio Ni:Mn:Co yang bervariasi, yaitu 8:1:1, 17:2:1, 18:2 :1, dan 9:1:0, yang diproduksi dalam kondisi yang sama. Morfologi dan komposisi kimia katoda diamati menggunakan particle size distribution (PSD) analyzer, scanning electron microscope combined with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS), dan X-ray diffraction (XRD). Sifat elektrokimia katoda dievaluasi dalam baterai koin dengan konfigurasi half-cell dengan anoda dari logam Litium melalui cyclic voltammetry (CV) dan electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Studi ini menunjukkan bahwa metode kopresipitasi hidroksida yang diusulkan berhasil mensintesis katoda NMC kaya nikel, dengan penyimpangan dalam rasio komposisi logam transisi kurang dari 5% dari rasio yang ditentukan sebelumnya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kehadiran kobalt dalam katoda NMC kaya nikel, meskipun dalam jumlah yang kecil, menyebabkan aglomerasi partikel primer yang lebih baik dengan ukuran partikel sekunder yang lebih homogen dengan tingkat penyusunan kation yang juga lebih tinggi. Bertambahnya kobalt dalam komposisi katoda juga menghasilkan reversibilitas tegangan yang lebih baik, dengan kata lain berkurangnya kobalt dari komposisi penyusun katoda akan menyebabkan katoda tersebut lebih tidak stabil secara termodinamika. Namun demikian, katoda bebas kobalt dengan rasio Ni:Mn 9:1 memiliki kapasitas discharge tertinggi dan optimalisasi lebih lanjut dari proses produksi katoda diperlukan untuk dapat memanfaatkan kapasitas discharge yang tinggi ini.
===============================================================================================================================
The utilization of Lithium-ion Batteries has been rapidly increasing, with growth rates exceeding 30% annually since 2010, and is expected to continue to grow due to the electrification of the transportation sector. However, the growth of this technology is challenged by the availability of cobalt, a critical component of the cathode material that is dominating the worldwide lithium-ion battery market. To overcome this challenge, researchers and industries are exploring alternatives to cobalt, including NMC (Nickel-manganese-cobalt) cathode technology with high nickel content. Ni-rich NMC cathode is considered a favorable alternative due to its high energy density, fast charge/discharge rate, reasonable cycle life, and low manufacturing energy consumption. Despite these advantages, NMC with high nickel content is not without its limitations, including rapid performance degradation and safety hazards. The performance and behavior of these Ni-rich NMC cathodes are largely influenced by the manufacturing process and the transition metal (Ni:Mn:Co) ratio within the cathode. The purpose of this research is to investigate the viability of the proposed hydroxide coprecipitation method and the characteristics of Ni-rich NMC cathodes with varying Ni:Mn:Co ratios, namely 8:1:1, 17:2:1, 18:2:1, and 9:1:0, produced under identical conditions. The morphology and chemical composition of the cathodes were examined using a particle size distribution (PSD) analyzer, scanning electron microscope combined with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS), and X-Ray diffraction (XRD). The electrochemical properties of the cathodes were evaluated in a half-cell coin battery configuration with Lithium metal anodes by means of cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The study has demonstrated that the proposed hydroxide coprecipitation method can successfully synthesize nickel rich NMC cathodes, with deviations in the transition metal composition ratio being less than 5% from the predesignated ratio. The results showed that even a small amount of cobalt in the nickel-rich cathodes led to improved primary particle agglomeration and more homogeneous secondary particle size with a higher degree of cation ordering. The presence of cobalt resulted in better voltage reversibility, thus a decrease in cobalt content would made the generated to be less thermodynamically unstable. Nevertheless, the cobalt-free cathode with a Ni:Mn ratio of 9:1 had the highest discharge capacity and further optimization of the cathode production process is necessary to take advantage of this high discharge capacity.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Uncontrolled Keywords: | NMC, co-precipitation, nickel-rich, half-cell prototype |
| Subjects: | T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage. |
| Divisions: | Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis |
| Depositing User: | Handi Muhtadi |
| Date Deposited: | 13 Feb 2023 06:10 |
| Last Modified: | 13 Feb 2023 06:10 |
| URI: | http://repository.its.ac.id/id/eprint/97174 |
Actions (login required)
 |
View Item |