Penelitian "Kulit Pisang Berpotensi sebagai Superkapasitor-Optimasi Karbon Aktif sebagai Superkapasitor dari Kulit Pisang"

  • 16 November 2021
  • Admin

Karbon aktif mengandung 85-90% unsur karbon yang kemudian dihasilkan dari proses pembakaran pada suhu tinggi. Ciri khas karbon aktif berwarna hitam dan tidak berbau. Dewasa ini penggunaannya sangat variatif, sebagai penyerapan warna pada cairan, maupun menyerap udara yang mengandung kontaminasi. Luas permukaan karbon aktif berkisar 300 – 2000 m2 /gram. Selain memiliki daya serap yang tinggi sebagai adsorben, karbon aktif juga berpotensi sebagai kapasitor elektrokimia.

 

Kapasitor elektrokimia merupakan teknologi penyimpanan energi listrik yang menjanjikan di masa depan. Penyimpanan energi dengan densitas tinggi dan siklus yang panjang merupakan salah satu jenis dari kapasitor elektrokimia (Salmawati dkk, 2016). Superkapasitor memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan penyimpanan energi lain seperti baterai. Selain konstruksi dan prinsip yang sederhana, superkapasitor juga memiliki kerpaatan energi yang tinggi, serta kemampuan menyimpan energi yang besar. Daya dan kerapatan energi yang dihasilkan oleh superkapasitor dipengaruhi oleh metoda aktivasi, jenis aktivator, jenis elektrolit, proses karbonisasi atau pirolisis yang digunakan (Kurniawati dan Surawan (2020). Kapasitas penyimpanan energi dipengaruhi oleh luas elektroda, yang mana semakin luas elektroda, maka kapasitas penyimpanan energi semakin besar (Satriady dkk, 2016). Kapasitor elektrokimia memiliki siklus yang panjang pada penyimpanan energi tanpa mengalami degradasi. Hal ini dikarenakan pada kapasitor elektrokimia tidak terjadi reaksi pertukaran ion yang pada umumnya terjadi di baterai konvensional. Perbedaan antara kapasitor dengan baterai terletak pada densitas daya dan densitas energi. Kapasitor memiliki densitas energi yang rendah dan densitas daya yang tinggi, sedangkan baterai kebalikannya.

 

Berdasarkan penjelasan sebelumnya maka, kapasitor elektrokimia disarankan untuk diaplikasikan sebagai penyimpanan energi. Ditinjau dari ukuran dan permukaan pori yang luas, karbon aktif memiliki potensi yang tinggi sebagai bahan elektroda superkapasitor (kapasitor elektrokimia). Karbon aktif yang sering beredar di pasaran berasal dari batubara, tulang dan tempurung kelapa. Peran karbon aktif juga dapat berasal dari biomassa selain tempurung kelapa, asalkan mengandung salah satu unsur yaitu karbon. Biomassa tersebut dapat berasal dari tanaman, pepohonan, rumput, ubi dan limbah pertanian. Biomassa yang akan dikaji pada penelitian ini yaitu kulit pisang yang berasal dari daerah Balikpapan. Di mana dapat menjadikan suatu kearifan lokal jika mampu menambah nilai guna dari limbah yang ada di Balikpapan itu sendiri. Kulit pisang biasanya diolah ke dalam bidang pangan atau menjadi senyawa kimia seperti pektin dan bioetanol. Menjadi suatu keunggulan jika kulit pisang mampu berperan dalam bidang penghematan energi. Hal ini dikarenakan kulit pisang mengandung 43,7% unsur karbon yang mendukung untuk menghasilkan karbon aktif sebagai bahan elektroda superkapasitor. Nilai hasil karbonisasi yang dimiliki kulit pisang sekitar 96,56% (Chairul dkk, 2015). Proses karbonisasi bertujuan memperluas ukuran pori. Hasil dari proses karbonisasi disebut dengan arang aktif atau karbon aktif.

 

Luas permukaan pori karbon aktif dapat dimodifikasi dengan cara aktivasi fisika dan kimia. Jika permukaan pori menjadi luas, maka elektroda dengan luas permukaan yang besar akan dihasilkan pula (Prandika dan Susanti, 2013). Oleh karenanya, dilakukan upaya untuk meningkatkan luas permukaan pori-pori. Beberapa faktor yang mempengaruhi ukuran luas permukaan pori, diantaranya suhu dan waktu pada saat proses karbonisasi serta jenis aktivator yang digunakan. Berdasarkan penelitian sebelumnya, aktivator yang digunakan pada karbon aktif dari kulit pisang beragam jenis. Salmawati dkk (2016) sudah melakukan modifikasi karbon aktif dari kulit pisang kepok dengan penambahan agen kimia HNO3 65%, H2SO4 95%, H2O2 30% dengan perbandingan massa 5:1. Analisa dilakukan terkait kapasitansi yang diperoleh dari setiap modifikasi karbon aktif menggunakan aktivator H3PO4 7% dengan waktu karbonisasi selama 30 menit pada suhu 277°C. Pengujian nilai kapasitansi karbon aktif dilakukan dengan metode cyclic voltammetry (CV), di mana hasil modifikasi HNO3 memiliki kemampuan yang lebih baik menjadi kapasitor elektrokimia (Salmawati dkk, 2016). Penggunaan aktivator yang berbeda serta jenis kulit pisang dari sebelumnya dilakukan oleh Ramadhana (2019). Karbon aktif yang dianalisa berasal dari kulit pisang raja dan dihasilkan dari proses karbonisasi pada suhu 110°C selama 1 jam menggunakan aktivator HCl 1 M. Pengamatan kapasitansi dilakukan pada perbedaan ukuran mesh karbon aktif yaitu, 100 mesh, 170 mesh dan 230 mesh. Kapasitansi tertinggi sebesar 0,00030 F/mg dihasilkan oleh elektroda pada ukuran partikel 230 mesh (Ramadhana, 2019). Satriady dkk (2016) mendukung hasil yang diperoleh Ramadhana. Di mana semakin luas elektroda, maka kapasitansi penyimpanan energi semakin besar. Berdasarkan paparan-paparan peneliti terdahulu, pengusul akan melakukan pengamatan nilai kapasitansi karbon aktif dari kulit pisang kepok pada variasi suhu karbonisasi. Di samping itu pengusul juga akan mengamati bagaimana keterkaitan peran aktivator sebagai aktivasi luas permukaan dengan agen kimia yang ditambahkan meliputi H2SO 95%4, NaOH 2 M, ZnCl2 30% dan H3PO4 70% akan menghasilkan karbon aktif yang memiliki gugus fungsi berbeda. Pengujian kapasitansi elektrokimia dilakukan di Laboratorium Instrumen Elektronis, Institut Teknologi Kalimantan. Tentu saja hal ini sangat mendukung peneliti dalam beradaptasi dan bekerjasama dengan peneliti lain di lingkungan Institut Teknologi Kalimantan  khususnya dalam menunjang ketahanan energi yang berkelanjutan.

 

Dokumentasi :

 

Pembuatan Karbon Aktif dari Kulit Pisang Kepok

 

Optimasi Karbon Aktif Kulit Pisang Kepok

 

Rakitan Superkapasitor Elektrokimia

 

Tim Peneliti:

  1. Mutia Reza, S.T., M.T.   (Teknik Kimia/JTIP/ITK)
  2. Dr. Eng. Lusi Ernawati, S.T., M. Sc. (Teknik Kimia/JTIP/ITK)
  3. Memik Dian Pusfitasari (Teknik Kimia/JTIP/ITK)