SINTESIS DAN KARAKTERISASI ELEKTRODA SUPERKAPASITOR RAMAH LINGKUNGAN DARI KARBON AKTIF N-DOPED BERBASIS BATANG JAGUNG (Zea mays.L) MELALUI METODE DEHIDRASI

Tetra, Olly Norita (2024) SINTESIS DAN KARAKTERISASI ELEKTRODA SUPERKAPASITOR RAMAH LINGKUNGAN DARI KARBON AKTIF N-DOPED BERBASIS BATANG JAGUNG (Zea mays.L) MELALUI METODE DEHIDRASI. S3 thesis, Universitas Andalas.

	Text (Cover dan Abstrak) Cover and Abstrak.pdf - Published Version Download (121kB)
	Text (Bab I. Pendahuluan) Bab I. Pendahuluan.pdf - Published Version Download (120kB)
	Text (Bab V. Penutup) Bab V. Penutup.pdf - Published Version Download (103kB)
	Text (Daftar Pustaka) Daftar Pustaka.pdf - Published Version Download (193kB)
	Text (Disertasi Full Text) Disertasi Full Text.pdf - Published Version Restricted to Repository staff only Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Superkapasitor adalah teknologi penyimpanan energi dengan kapasitansi tinggi yang memiliki potensi besar untuk aplikasi energi ramah lingkungan seperti pada perangkat seluler hingga kendaraan listrik. Sebagian besar superkapasitor saat ini memanfaatkan karbon aktif sebagai bahan dasar elektroda karena harga yang murah, mudah didapatkan, kapasitansi yang besar, waktu hidup yang lama dan stabil dibandingkan menggunakan logam oksida dan polimer. Oleh karena itu pada penelitian ini digunakan karbon aktif yang berasal dari limbah batang jagung (Zea mays L.) sebagai bahan elektroda superkapasitor. Batang jagung dipilih karena merupakan limbah pertanian dengan jumlah yang melimpah, berbiaya rendah, dan mengandung selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang tinggi, menjadikannya sebagai bahan baku yang potensial untuk aplikasi penyimpanan energi. Pori-pori karbon aktif berperan dalam penyerapan ion elektrolit untuk penyimpanan muatan, dan meningkatkan kapasitansi spesifik, tetapi untuk menghasilkan karbon aktif dengan karakteristik yang sesuai untuk aplikasi ini, diperlukan proses preparasi yang tepat yaitu metode dehidrasi. Metode dehidrasi dianggap lebih hemat energi dan ramah lingkungan dibandingkan dengan metode prekarbonisasi dan adanya aktivator KOH dapat memberikan sifat material dan hasil elektrokimia yang lebih sesuai untuk superkapasitor karena daya etsanya yang kuat dibandingkan dengan aktivator lain. Kapasitansi yang jauh lebih besar dapat dicapai dengan meningkatkan sifat konduktifitas, dan kebasahan (wettabilitas) dari karbon aktif dengan melakukan doping nitrogen yang berasal dari membran cangkang telur ayam. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan material elektroda superkapasitor ramah lingkungan dengan memanfaatkan karbon aktif N-doped berbasis batang jagung dan membran cangkang telur sebagai sumber nitrogen. Membran cangkang telur ayam dapat dijadikan sebagai sumber nitrogen alami karena kandungan proteinnya yang tinggi. Dari penelusuran literatur yang sudah dilakukan, belum ada dilaporkan penggunaan membran cangkang telur sebagai doping nitrogen pada karbon aktif. Sintesis karbon aktif dengan metode dehidrasi dilakukan dengan menvariasikan perbandingan masa karbon dan aktivator KOH dan dilanjutkan variasi suhu karbonisasi yang bertujuan untuk memperoleh karbon aktif dengan struktur mikropori dan mesopori, luas permukaan spesifik dan volume pori yang besar, sehingga kinerja superkapasitor dalam menyimpan muatan semakin besar. Sedangkan doping N dilakukan dengan menambahkan bubuk membran cangkang telur dengan variasi perbandingan masa yang dilakukan pada suhu karbonisasi 800°C selama 1 jam dengan laju pemanasan 5°C/menit dalam atmosfir N2. Karbon aktif N-doped di karakterisasi dengan Scanning Electron Microscopy – Energi Dispersive X-Ray (SEM-EDX), X-Ray Diffraction (XRD), spektroskopi Raman, dan Fourier Transform Infrared (FTIR). Hasil karakterisasi karbon aktif pada perbandingan masa karbon, masa aktivator dan masa bubuk membran cangkang telur adalah 1 : 3 : 4 (AC-CN4) berdasarkan metode isoterm adsorpsi-desorpsi menunjukkan tipe isoterm IVa, yaitu adanya struktur mikropori dan mesopori pada karbon aktif yang memberikan luas permukaan 579,0418 cm2/g, volume pori 0,3699 cm3/g, dan distribusi pori rata-rata adalah 2,5606 nm. Hasil SEM menunjukkan bahwa semakin besar masa aktivator KOH maka semakin besar kemampuan KOH untuk mengikis dinding pori sehingga volume pori semakin besar. Adanya doping N pada karbon aktif dipelajari dari hasil analisis unsur yaitu adanya C, O, Al, N dan K dengan persentase masing-masing 77,07 %, 15,20 %, 0,36%, 4,08 % dan 3,39%. Hasil XRD dan spektroskopi Raman memperlihatkan bahwa AC-CN4 mempunyai nilai ID/IG tertinggi, yang menunjukkan tingkat ketidakteraturan grafit. Hal ini mengindikasikan bahwa karbon aktif memiliki konduktivitas yang lebih tinggi dan pergerakan ion elektrolit yang lebih baik, yang mengarah pada peningkatan kinerja elektrokimia. Berdasarkan hasil dari spektrum FTIR, adanya serapan mode vibrasi streching C-N pada 1260 cm-1 dan serapan yang melebar pada 3450 cm-1 yang berhubungan dengan vibrasi stretching OH atau N-H dari air atau protein dari membran cangkang telur. Sifat elektrokimia elektroda superkapasitor dipelajari dengan Cyclic Voltammetry (CV), Galvanostatic Charge/Discharge (GCD) dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) menggunakan sistem tiga elektroda yaitu elektroda kerja adalah karbon aktif, elektroda pembantu adalah platinum mesh, dan elektroda pembanding adalah Ag/AgCl, nickel foam sebagai current collector dengan variasi jenis elektrolit yaitu KOH 3 M dan Na2SO4 1M. Hasil karakterisasi elektrokimia menunjukkan bahwa elektrolit KOH memberikan kinerja tinggi terhadap elektroda superkapasitor dibandingkan dengan elektrolit Na2SO4. Kapasitansi spesifik elektroda superkapasitor dengan elektrolit KOH adalah 242,30 F/g dengan rapatan energi 33,22 Wh/kg dan rapatan daya 2,3 kW/kg pada 1 A/g. Nilai ini lebih tinggi dibandingkan menggunakan elektrolit Na2SO4 yaitu 125,08 F/g, rapatan energi 17,4 Wh/kg dan rapatan daya 13,90 W/kg. Penggabungan limbah biomassa batang jagung dan membran cangkang telur untuk menghasilkan karbon aktif N-doped merupakan pendekatan baru dan berkelanjutan untuk mengembangkan bahan elektroda ramah lingkungan dalam perangkat penyimpan energi. Metode ini secara efektif memanfaatkan limbah pertanian sebagai bahan dasar karbon aktif dan membran cangkang telur yang dapat menggantikan sumber nitrogen dari bahan kimia yang sering digunakan seperti urea, melamin, dan amonia.

Actions (login required)

View Item