Analisis sifat fisika dan elektrokimia s

MAKALAH SEMINAR LITERATUR

ANALISIS SIFAT FISIKA DAN ELEKTROKIMIA SEL
SUPERKAPASITOR DARI BIOMASSA SERABUT
TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN
AKTIVASI KOH DAN GAS CO2

O
L
E
H
ALDILA PUTRI
NIM : 1503123146

PROGRAN STUDI - S1 FISIKA
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2018

1

BAB I
PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang Masalah
Tingginya peningkatan kebutuhan energi saat ini diakibatkan oleh

perkembangan teknologi yang semakin canggih, sehingga sumber energi yang
tersedia saat ini tidak sebanding lagi dengan banyaknya kebutuhan energi yang
harus dipenuhi, oleh karna itu diperlukan energi alternatif

lain yang dapat

membantu memenuhi kebutuhan energi, yang tentunya harus murah, mudah
dijumpai dan mudah diperbaharui. Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan,
berbagai penelitian telah memperoleh sumber energi baru yang dapat di jadikan
sebagai sumber energi alternatif yang banyak di butuhkan oleh manusia pada saat
sekarang ini. Beberapa contoh sumber energi alternatif diantaranya adalah energi

angin, matahari, panas bumi, gelombang laut, biomassa dan lain sebagainya. Salah
satu bentuk aplikasi cara pemanfaatan sumber energi adalah dengan dibuatnya
piranti penyimpan energi, pada saat sekarang ini bentuk dari piranti penyimpan
energi yang banyak dikembangkan diantaranya ialah baterai, kapasitor,
superkapasitor dan fuel cell.
Superkapasitor adalah salah satu device elektrokimia sebagai penyimpan
energi yang terdiri dari elektroda, pengumpul arus, elektrolit dan separator, yang
memiliki sifat khusus seperti energi dan rapat daya yang tinggi, ketahanan yang
bagus, waktu hidup yang lama, murah, waktu charge/discharge yang relatif cepat
dan aman digunakan[1]a. Kerapatan energi dan daya sebuah superkapasitor
ditentukan oleh jenis elektroda yang digunakan, karbon aktif dapat digunakan

2

sebagai elektroda pada superkapasitor, karbon aktif sendiri dapat di hasilkan dari
bahan biomassa seperti kayu, kulit buah, daun dan bahan biomassa lainya.
Pemakaian bahan biomassa sebagai elektroda superkapasitor sangat baik untuk
dikembangkan karena bahan biomassa mudah didapatkan, biaya produksi yang
murah serta dapat membentuk struktur pori.
Salah satu bahan biomassa yang dapat digunakan sebagai elektroda karbon

ialah Serabut Tandan Kosong Kelapa Sawit (STKKS). Keberadaan STKKS sangat
melimpah, Indonesia merupakan Negara dengan lahan perkebunan kelapa sawit
terluas, tercatat dalam data statistik perkebunan tahun 2015 yaitu seluas 11,30 juta
hektar[2]. Hal tersebut menjadikan Indonesia sebagai Negara penghasil kelapa
sawit terbesar di dunia. Perkebunan kelapa sawit Indonesia menyebar di wilayah
Sumatera, Bangka Belitung, Kalimantan, Sulawesi dan Papua. Pengembangan
lahan perkebunan kelapa sawit terbesar dilakukan di wilayah Sumatera,
khususnya di Provinsi Riau. Produk utama pohon kelapa sawit berupa buah yang
dapat diolah untuk menghasilkan minyak. Pengolahan tersebut menyisakan
limbah padat yang berupa tandan kosong kelapa sawit. STKKS yang memiliki
kandungan hemiselulosa (68,88%), selulosa (37,76%), dan lignin (22,23%) [3]
sehingga dapat dijadikan sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Pada
umumnya STKKS dibiarkan menumpuk menjadi limbah, oleh karena itu
diperlukan sebuah upaya pengolahan untuk mengurangi limbah tersebut.
Pembuatan karbon aktif berbahan STKKS dilakukan dengan menggunakan
basa kuat atau asam kuat untuk aktivasi kimia, dan gas CO 2 untuk aktivasi fisika.
Penggunaan basa kuat atau asam kuat untuk aktivasi kimia dikarnakan dapat

3

membentuk struktur pori pada karbon aktif. Gas CO 2 di pakai dalam aktivasi fisika
dikarenakan gas ini bersifat inert yang sulit bereaksi dengan sampel tetapi mudah
masuk ke dalam sampel dengan suhu pengaktivan yang lebih tinggi menghasilkan
nilai kapasitansi spesifik yang tinggi pula karena berkaitan dengan luas
permukaan elektroda yang lebih tinggi [4].
1.2 Maksud dan Tujuan Penulisan
Untuk analisis sifat elektrokimia dan sifat fisika pada sel superkapasitor yang
digunakan dalam pembuatan elektroda superkapasitor dari serabut tandan kosong
kelapa sawit (STKKS) menggunakan aktivasi kimia dan aktivasi fisika dengan
menggunakan teknik pengukuran menggunakan Cyclic Voltammetry(CV).
1.3 Batasan Masalah
Pembahasan dalam makalah seminar literatur ini hanya :
1. Biomassa dari serabut tandan kosong kelapa sawit (STKKS)
2. Aktivasi fisika dengan menggunakan gas CO2 dan aktivasi kimia
menggunakan KOH
3. Karakterisasi sifat elektrokimia menggunakan Cyclic Voltammetry (CV).

4

BAB II

TEORI DASAR
2.1

Serabut Tandan Kosong Kelapa Sawit (STKKS)
Serabut Tandan Kosong Kelapa Sawit (STKKS)yang memiliki kandungan

hemiselulosa (68,88%), selulosa (37,76%), dan lignin (22,23%)[3] dapat dijadikan
sebagai bahan baku pembuatan karbon aktif. Ketersedian bahan biomassa dari
STKKS cukup berlimpah, pada tahun 2013 tercatat luas lahan kelapa sawit
diprovinsi Riau sekitar 2,19 juta Ha. Persentase berat STKKS untuk setiap tandan
buah segar adalah sebesar 20-23%.[2] Farma dkk (2013) telah menggunakan
STKKS dari pabrik pengolahan kelapa sawit sebagai bahan dasar elektoda sel
superkapasitor dan mendapatkan nilai kapasitansi spesifik sel superkapasitor
adalah sebesar 150 F.g-1.
2.2

Superkapasitor
Superkapasitor merupakan piranti penyimpan energi yang telah digunakan

secara luas, memiliki kerapatan energi yang tinggi, kemampuan menyimpan

energi yang besar, dan memiliki prinsip yang sederhana dengan memanfaatkan
permukaan elektroda yang luas dan bahan dielektrik yang tipis untuk mencapai
nilai kapasitansi yang jauh lebih besar. Jika di bandingkan kapasitor denga
superkapasitor, kapasitor dapat menyimpan energi yang sangat kecil namun
dayanya sangat besar, sedangkan pada superkapasitor mempunyai kemampuan
menyimpan atau menghasilkan daya dan energi yang tinggi, jika dibandingkan
antara superkapasitor dengan baterai, keduanya adalah teknologi sistem
penyimpanan energi listrik terkemuka saat ini, keduanya didasarkan pada

5

mekanisme elektrokimia. Baterai menyimpan energi listrik dalam senyawa kimia
yang mampu menghasilkan muatan, sedangkan superkapasitor menyimpan energi
listrik

secara

langsung

sebagai

muatan.

Superkapasitor

yang

banyak

dikembangkan karena bahan utama yang digunakan pada elektroda adalah karbon
aktif. Elektroda dari karbon aktif sangat digemari karena harga yang relatif murah,
sumber bahan asal yang mudah didapat, pemilihan bahan dasar karbon dan
kondisi aktivasi menentukan kinerja elektrokimia pada permukaan karbon, ukuran
distribusi pori, dan konduktivitas listrik yang dihasilkan. Keuntungan lain dari
superkapasitor adalah tingkat pengisian yang cepat dan umur siklus pengisian
yang panjang.
Besarnya muatan yang tersimpan di dalam kapasitor disebut kapasitansi.
Kapasitansi tidak bergantung pada muatan maupun potensial kapasitor tetapi
secara umum kapasitansi bergantung pada ukuran dan bentuk geometri dari
konduktor. Besarnya kapasitansi pada superkapasitor dapat dihitung menggunakan

Persamaan:
Perbandingan kapasitor, superkapasitor, baterai dan fuel cell dapat dilihat pada
Gambar 2.1

Gambar 2.1. Energi spesifik dan kemampuan daya spesifik
dari kapasitor, superkapasitor, baterai dan fuel cell[5].

6

Berdasarkan Gambar 2.1 superkapasitor dapat menyediakan energi (E) yang
lebih banyak dari pada baterai, hal ini disebabkan superkapasitor menyimpan
muatan pada lapisan gandanya, tetapi daya dihasilkan superkapasitor rendah, dan
dapat dihitung dengan persamaan berikut:
2

P=

V
4R

(2.1)
dimana:
P= daya (watt)
V= tegangan (volt)
R= resistansi (ohm)
2.2.1

Komponen Superkapasitor
Komponen superkapasitor terdiri dari pengumpul arus, elektroda,

separator, dan elektrolit. Kerja divais superkapasitor yang ditunjukkan oleh rapat
daya maupun rapat energi yang besar bergantung pada sifat-sifat elektroda dan
elektrolitnya. Salah satu material yang memberikan kerja yang tinggi untuk divais
superkapasitor adalah material karbon(C).

7

Gambar 2.2. Komponen-komponen sel superkapasitor [6].
a.

Pengumpul Arus
Pengumpul arus yang ditunjukan pada Gambar 2.2 merupakan bagian terluar

dari sel superkapasitor yang dilekatkan sedemikian rupa dengan elektroda karbon.
Pengumpul arus ini berfungsi untuk menangkap ion. Bahan yang dapat
menangkap ion harus memiliki kemampuan yang dapat menghantarkan listrik
dengan baik. Adapun bahan yang biasa digunakan adalah nikel, aluminium, dan
stainless stell[7].
b.

Elektroda
Elektroda yang ditunjukan pada Gambar 2.2 digunakan untuk bersentuhan

dengan bagian sirkuit elektrolit. Jenis bahan penyusun elektroda superkapasitor
mempengaruhi nilai kapasitansi yang dihasilkan. Kapasitansi meningkat secara
linear terhadap luas permukaan elektroda. Elektroda pada superkapasitor memiliki
ciri-ciri, yaitu luas permukaan yang tinggi, dapat menghantarkan listrik, mampu
menyimpan muatan yang banyak, dan memiliki struktur pori. Luas permukaan

8

elektroda yang besar dapat meningkatkan nilai kapasitansi spesifik pada
superkapasitor.
Elektroda yang digunakan pada aplikasi superkapasitor adalah elektroda
karbon. Material ini lebih diminati karena perpaduan sifat kimia dan fisika yang
menguntungkan, yaitu nilai luas permukaan yang tinggi, tahan terhadap karat,
stabil terhadap temperatur, ukuran pori yang dapat dikontrol, biaya produksinya
relatif murah, dan porositas yang besar sehingga mudah dalam mengabsorpsi ion.
Sifat fisis dan elektrokimia elektroda karbon yang baik akan menghasilkan nilai
kapasitansi spesifik yang tinggi sehingga sel superkapasitor yang dihasilkan pun
akan semakin baik pula.
c.

Separator
Separator ditampilkan dalam lapisan tipis yang ditunjukkan pada Gambar

2.2 berwarna biru. Separator atau pemisah digunakan untuk menghalangi
sentuhan antara dua elektroda yaitu untuk menghalangi terjadinya kontak listrik
antara keduanya. Agar dihasilkan superkapasitor yang bagus sebaiknya digunakan
separator yang tipis dan memiliki tahanan listrik yang tinggi. Ketebalan separator
yang biasa digunakan adalah 0,15 mm – 0,6 mm [8].
d.

Elektrolit
Elektrolit menempati ruang antara elektroda karbon dan mengisi sampai ke

dalam pori-pori elektroda. Elektrolit merupakan suatu zat kimia yang dapat
menghantarkan listrik ketika terurai dalam bentuk ion-ion di dalam larutan[9].
Elektrolit yang baik digunakan untuk membuat sel superkapasitor yaitu elektrolit
yang mampu menghasilkan muatan yang tinggi serta mampu memasuki pori-pori

9

yang terdapat dalam elektroda. Larutan elektrolit yang dapat digunakan adalah
basa kuat (KOH, H2SO4, NaOH) dan asam kuat (NaCl, HCl).
2.3

Karbon Aktif
Karbon aktif adalah salah satu jenis bahan yang secara luas telah digunakan

sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor karena memiliki luas permukaan
spesifik yang tinggi, ketahanan kimia, konduktivitas listrik yang baik dan harga
yang terjangkau [10]. Karbon merupakan unsur dengan nomor atom 6 dan nomor
massa sebesar 12,0107 g/mol. Karbon aktif mempunyai luas permukaan besar,
dan mengandung pori yang mempunyai ukuran dari mikropori sampai makropori.
2.3.1 Struktur Pori Karbon Aktif
Pengelompokan jenis pori karbon aktif berdasarkan ukuran terbagi
menjadi tiga jenis yaitu :
1.

Makropori
Makropori merupakan bagian terluar dari karbon aktif dengan diameter

lebih besar dari 50 nm dengan volume pori 0,2 cm3/g sampai dengan 0,5 cm3/g
dan luas permukaan 0,2 m2/g sampai dengan 2,0 m2/g. Makropori memberikan
kapasitansi adsorbsi karbon aktif yang terbentuk selama proses aktivasi.
2.

Mesopori
Mesopori memiliki diameter 2 nm sampai dengan 50 nm dengan volume

pori 0,02 cm3/gsampai dengan 0,01 cm3/g dan luas permukaan 1 m2/g sampai
dengan 100 m2/g.
3.

Mikropori

10

Mikropori memiliki diameter lebih kecil dari 2 nm dengan volume pori
0,15 cm3/g sampai dengan 0,5 cm3/g dan luas permukaan 100 m2/g sampai dengan
2000 m2/g.

Gambar 2.3 Bentuk morfologis permukaan pori karbon; (a)Makropori,
(b) Mesopori, (c) Mikropori [11]
Berdasarkan Gambar 2.3, struktur mikropori memegang peranan yang
sangat penting pada proses adsorbsi disebabkan oleh volume total lubang
mikropori yang jauh lebih besar daripada volume total makropori dan mesopori.
Semakin banyak struktur mikropori maka proses penyerapan pada elektroda
karbon tersebut semakin baik. Struktur mesopori berfungsi sebagai terowongan
utama dalam penyerapan ion sedangkan struktur makropori merupakan
terowongan tempat terjadinya difusi molekul ke dalam partikel pori. Jadi, struktur
makropori dan mesopori hanya berfungsi sebagai transport pore (jalan menuju
mikropori) [12]
2.3.2

Hubungan Pori dengan Energi dan Daya
Besarnya nilai kapasitansi spesifik bergantung pada karakteristik material

elektroda, terutama pada luas permukaan dan ukuran pori (diameter dan
kedalaman). Ketika partikel semakin kecil maka pori-pori semakin banyak dan
kedalamannya akan semakin dangkal. Jika pori-pori dangkal maka daya yang
dihasilkan akan semakin besar karena pori lebih mudah diakses oleh ion. Semakin

11

banyak pori maka luas permukaan akan semakin besar sehingga energi yang
dihasilkan pun akan semakin besar. Potensial sel akan menjadi faktor penentu dari
besarnya nilai energi dan daya yang dihasilkan oleh superkapasitor. Semakin besar
kapasitansi yang dihasilkan maka daya dan energi juga akan semakin besar.
2.3.3 Karakteristik Luas Permukaan
Luas permukaan merupakan luasan yang ditempati satu molekul adsorban
atau zat terlarut yang merupakan fungsi langsung dari luas permukaan sampel,
sedangkan luas permukaan spesifik merupakan luas permukaan per gram sampel.
Luas permukaan dipengaruhi oleh ukuran, bentuk, dan susunan pori dalam
partikel [13].
Analisis serapan gas tersebut dapat diperoleh luas permukaan spesifik
total, distribusi ukuran meso-mikropori, dan volume total meso-mikropori.
Sedangkan data keluaran dari analisis ini berupa grafik adsorpsi/desorpsi
isotermal yang diklasifikasikan menjadi enam tipe. Keenam tipe adsorpsi/desorpsi
isotermal dapat ditunjukkan pada Gambar 2.4.

12

Gambar 2.4. Tipe adsorpsi/desorpsi isotermal [14]
Tipe I menunjukkan isotermal Langmuir yang memiliki sifat untuk fisisopsi pada
adsorben mikropori dengan permukaan luar yang kecil. Tipe II diperoleh dari
sampel non pori atau adsorben makropori. Tipe IV diberikan oleh adsorben yang
memiliki struktur mesopori, seperti silika, karbon mesopori, dan lainnya. Untuk
isotermal tipe III dan V mengindikasikan interaksi adsorbat – adsorben yang
lemah. Sedangkan untuk tipe VI, menunjukkan padatan nanopori yang
sepenuhnya permukaannya seragam, namun tipe VI ini jarang terjadi [15]
Untuk menetukan luas permukaan spesifik dari data adsorpsi gas, beberapa
peneliti mengajukan model perhitungan, seperti model Langmuir, BrunauerEmmet-Teller (BET), t-plot dan alfa plot, dan sebagainya. Namun, model yang
13

sering digunakan yaitu BET. Pada model BET, gas membentuk jumlah lapisan
yang tak terbatas di atas suatu permukaan, yang dinyatakan oleh persamaan
Langmuir. Persamaan BET ditunjukkan pada persamaan 2.2:

V

[C−1] P
1
1
=
+
( )
V m C V m C P0
P
−1
P0

[( ) ]
(2.2)

Dimana: � = volume gas yang teradsorpsi
�� = volume gas teradsorpsi pada satu lapisan
� = konstanta BET
P
= tekanan relatif.
P0
2.3.4 Pembuatan Karbon Aktif
Proses karbon aktif terdiri dari tiga proses, yaitu dehidrasi (pra-karbonisasi,
karbonisasi dan aktivasi.
a.

Dehidrasi
Dehidrasi merupakan proses penghilangan air yang terdapat pada bahan

baku karbon dengan tujuan untuk menyempurnakan proses karbonisasi. Proses ini
dilakukan dengan cara menjemur bahan baku di bawah

sinar matahari atau

memanaskan di dalam oven.
b.

Karbonisasi
Karbonisasi adalah proses pembakaran bahan baku dengan suhu tinggi

antara 300°C-900°C sesuai dengan kekerasan bahan baku yang akan digunakan.
Semakin tinggi suhu karbonisasi maka luas permukaan aktif yang dihasilkan

14

semakin turun disebabkan oleh naiknya kadar kandungan abu. Persentase
kandungan abu yang besar akan menyumbat pori-pori pada struktur karbon aktif
sehingga mengurangi luas permukaan aktif dan daya adsorbsi menurun [17].
Selama proses karbonisasi, hidrogen dan oksigen dapat dikeluarkan dalam
bentuk gas. Daya absorbsi karbon tergolong masih rendah karena masih terdapat
bahan pengotor yang menutup permukaan pori.Tahap karbonisasi menghasilkan
karbon yang mempunyai struktur pori lemah karena pembentukan struktur pori
belum sempurna sehingga masih diperlukan perbaikan struktur pori melalui
proses aktivasi [18].
c.

Aktivasi
Aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk

memperbesar pori, yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon sehingga
arang mengalami perubahan sifat

baik fisis maupun kimia yaitu luas

permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorbs dan untuk
menghilangkan bahan-bahan pengotor dalam pori-pori karbon aktif dan pori-pori
akan terbuka sehingga menjadi lebih besar. Dasar metode aktivasi terdiri dari gas
pengoksidasi pada temperatur tinggi yang dapat dilakukan dengan uap atau CO 2
sebagai aktivator.
2.4

Karakterisasi Sifat Elektrokimia Sel Superkapasitor
Pengukuran sifat elektrokimia bertujuan untuk menentukan nilai kapasitansi

spesifik dari elektroda karbon. Metode yang digunakan dalam makalah ini untuk
mengkarakterisasikan sifat elektrokimia yaitu Cyclic Voltammetry (CV).
2.4.1 Cyclic Voltammetry (CV)

15

Cyclic Voltammetry (CV) merupakan suatu pengukuran yang digunakan
untuk menentukan nilai kapasitansi spesifik sel elektrokimia dari material karbon
dengan laju scankonstan dari potensial awal sampai potensial akhir [19]
Karakteristik suatu material elektroda mempengaruhi besarnya nilai
kapasitansi spesifik. Kapasitansi yang semakin besar akan meningkatkan energi
dan daya yang dihasilkan [5]. Hasil karakterisasi dengan menggunakan Cyclic
Voltammetry (CV) diperoleh tampilan pada komputer yang diperlihatkan pada
Gambar 2.5.

Gambar 2.5.Grafik hubungan arus dantegangan untuk sel superkapasitor dengan
laju scan 1mV/s.
Grafik pada Gambar 2.5 menunjukkanhubungan antara rapatarus dan tegangan.
Tampilan berwarna merah menunjukkan proses charge dan tampilan berwarna
hijau menunjukkan proses discharge. gambar 2.5 memiliki bentuk seperti persegi
panjang, bentuk ini merupakan bentuk yang ideal untuk elektroda karbon aktif
[20].
kemampuan dari suatu elektroda untuk menyimpan muatan pada potensial
tertentu per satuan massa dari elektroda. Besarnya nilai kapasitansi spesifik
bergantung pada karakteristik material elektroda, terutama pada luas permukaan

16

dan ukuran pori. Potensial sel akan menjadi faktor penentu dari besarnya nilai
energi dan daya yang dihasilkan oleh superkapasitor. Semakin besar kapasitansi
yang dihasilkan maka daya dan energi juga akan semakin besar.
Kapasitansi spesifik dengan metode siklis voltammogram dihitung
menggunakan persamaan (8) berikut :
I
s×m

Csp=

(8)

dimana:
Csp

= kapasitansi spesifik (F/g)

S

= laju scan (mv/s)

m

= massa total karbon (kg)

I

= arus rata-rata

Arus rata-rata ini diperoleh dari arus charge (pengisian) dan arus discharge
(pengosongan) yang dapat dihitung menggunakan persamaan (9):
I=

2(Ic−Id)
2

(9)
dimana: Ic= arus charge (A)
Id=arus discharge (A)
BAB III
ANALISIS SIFAT ELEKTROKIMIA DAN SIFAT FISIKA SEL
SUPERKAPASITOR

17

Farma dkk (2013)a menggunakan biomassa dari STKKS sebagai bahan
pembuat elektroda karbon aktif, dengan metode pra-karbonisasi pada suhu ~280 0C
dan karbonisasi menggunakan gas N2. Aktivasi kimia dengan menggunakan KOH
dan aktivasi fisika dengan menggunakan gas CO 2 pada suhu 8000C. Dihasilakan
kurva analisis siklik voltammogram dengan variasi waktu aktivasi fisika dari 1-5
jam dengan scan rates 1 mV/s sebagai berikut:

Gambar 3.1 sampel variasi waktu aktivasi 1-5 jam [1]a.
Gambar 3.1 menjelaskan bahwa sampel yang paling lebar luas kurva terbesar
yaitu ACM-K3 sampel tersebut menggunakan waktu aktivasi selama 3 jam, hal ini
menjadikan sampel sebagai sampel yang memiliki nilai kapasitansi yang tertinggi
jika dibandingkan dengan sampel lainya, terlihat bahwa semakin lama waktu
aktivasi kurva yang terbentuk akan semakin lebar, namun ada waktu optimum
yang dapat dipakai karna penggunaan waktu yang terlalu lama atau melebihi batas
optimumnya juga tidak akan menghasilkan lebar kurva yang besar, oleh karna itu
di dapatlah waktu optimum dari aktivasi fisika dengan gas CO2 adalah 3 jam.

18

Gambar 3.2 sampel ACM-K3 dengan variasi scan rates [1]a
Gambar 3.2 menunjukkan nilai kapasitansi ditentukan pada tingkat scan rates
yang berbeda untuk semua sel. kapasitansi menurun dengan meningkatnya scan
rates karena batasan difusi dari pori-pori. Pengurangan kapasitansi sangat drastis
pada scan rates yang sangat rendah dengan nilai (di bawah 5mV/s); setelah itu,
penurunan bertahap terlihat dengan meningkatkan tingkat scan rates sampai batas
pengurangan maksimum dalam scan rates mencapai pada 100 mV/s untuk semua
sampel. harus diperhatikan bahwa nilai yang tinggi, untuk kapasitansi konstan
diperlukan pada setiap tingkat scan rates untuk pembuatan supercapacitors yang
efisien [21]. Dari hasil analisis siklik voltammetry di dapatkan nilai
kapasitansipada sampel ACM-K3 adalah 150 F g-1.

19

Gambar 3.3 adsorpsi-desorpsi isotermal gas Nitrogen [1]a
Gambar 3.3 menunjukan adanya kombinasi dari bentuk tipe I dan IV menurut
klasifikasi IUPAC [14]. Terlihat bahwa semua elektroda memiliki ukuran
micropori dan messopori, sehingga di dapatkan data pada tabel berikut:
Tabel 3.1 data porositas sampel [1]a

Tabel 3.1 di atas dapat diperoleh bahwa sampel ACM-K3 memiliki luas
permukaan yang paling besar dan yang paling kecil adalam sampel ACM-K1, hal
ini sesuai dengan nilai kapasitansi pada ACM-K3 yang paling besar, jadi waktu
aktivasi fisika optimumnya adalah 3 jam untuk menghasilkan nilai kapasitansi dan
luas permukaan yang besar.
Menurut Farma dkk (2013)b dengan metode yang sama dalam pembuatan
karbon aktif sebagai elektroda superkapasitor menggunakan biomassa STKKS
dengan variasi aktivasi KOH-CO2 dengan memvariasikan suhu aktivasi yakni
6000C, 7000C dan 8000C menghasilkan kuvra siklik voltamogram sebagai berikut:

Gambar 3.4 Curva CV dengan scan rates 1 mV/s [1]b

20

Gambar 3.4 di atas dapat di ketahui bahwa kurva dengan lebar yang
paling besar adalah sampel dengan suhu aktivasi 800 0C dengan nilai
kapasitansinya sebesar 80 F g-1. Hal ini dikarnakan pada suhu dibawah 800 0C pori
pada karbon belum terbentuk semuanya karna masih ada bahan pengotor yang
menutupinya.
Analisis adsorpsi-desorpsi penyerapan gas N2 terlihar pada gambar
berikut:

Gambar 3.5 hubungan antara kapasitas adsorpsi-desorpsi dengan tekanan relativ
sample [1]b
Gambar 3.5 memperoleh data sebagai berikut:

Tabel 3.2 data porositas sampel [1]b

Tabel 3.2 menunjukkan bahwa luas permukaan terbesar adalah sampel ACM8
yakni 485 m2g-1, dan yang terkecil adalah ACM7 yakni 415 485 m2g-1. Terbukti
bahwa pada suhu 8000C sampel memiliki nilai kapasitansi yang besar dan juga

21

luas permukaan yang besar, pada sampel ACM7 memiliki nilai kapasitansi yang
lebih besar dibanding dengan ACM6 namun pada luar permukaanya terjadi
kebalikan hal ini dikarnakan adanya kontaminasi bahan lain pada sampel ACM7
yang menjadikan nilai luas permukaan yang lebih kecil dibanding ACM6.
Menggunakan metode yang sama Taer dkk (2016) membuat elektroda
superkapasitor dengan biomassa STKKS dengan kombinasi aktivasi KOH-CO2
dengan memvariasikan suhu aktivasi yakni 00C, 8000C, 8500C dan 9000C
menghasilkan kurva voltammogram sebagai berikut:

Gambar 3.6 Curva CV dengan scan rates 1 mV/s [23]
Gambar 3.6 menyatakan perbedaan siklus charge discharge dari masing masing
pasangan elektroda karbon STKKS dengan scan rate 1 mV/s. Semakin lebar kurva
maka semakin besar pula nilai kapasitansinya, dari kurva di atas dapat diketahui
nilai capasitasin terbesar terjadi pada sampel dengan suhu aktivasi 800 0C dengan
nilai 65,84 F g-1, kecilnya nilai kapasitansi pada suhu 8500C dan 9000C disebabkan
oleh proses pemanasan yang menyebabkan meningkatnya kepadatan elektroda
sehingga porositas elektroda berkurang.

22

KESIMPULAN
Penggunaan metode aktivasi fisika dengan gas CO2 dan aktivasi kimia
dengan KOH didapatkan suhu aktivasi terbaiknya adalah 8000C yang
menghasilkan nilai kapasitansi tertinggi yakni 150 F g -1, hal ini disebabkan pada
suhu tersebut mampu menghasilkan banyak pori kecil, yang keberadaanya setelah
aktivasi CO2 berperan dalam meningkatkan distribusi ion pada elektroda sehingga
nilai kapasitansinya dapat menjadi meningkat. Begitu juga pada luas permukaan

23

elektroda dihasilkan nilai tertinggi pada suhu 8000C sebesar 1704 m2 g-1. Hal ini
membuktikan bahwa semakin luas permukaan maka nilai kapasitansinya semakin
besar pada suhu optimum yaitu 8000C.

DAFTAR PUSTAKA
[1]a R. Farma, M. Deraman, A. Awitdrus, I.A. Talib, E. Taer, N.H. Basri, J.G.
Manjunatha, M.M. Ishak, B.N.M. Dollah, S.A. Hashmi, Preparation of highly
porous binderless activated carbon electrodes from fibres of oil palm empty
fruit bunches for application in supercapacitors, J. Bioresource Technology.
132 (2013), pp. 254–261

24

[1]b R. Farma, M. Deraman, A. Awitdrus, I.A. Talib, R. Omar, J.G. Manjunatha,
M.M. Ishak, N.H. Basri dan B.N.M. Dollah, Physical and Electrochemical
Properties of Superkapasitor Electrodes Derived from Carbon Nanotube and
Biomass Carbon, International Journal of ELECTROCHEMICAL SCIENCE.
8 (2013) 257-273
[2] Direktorat Jenderal Perkebunan, Kementerian Pertanian, Statistik perkebunan
Indonesia 2013-2015 kelapa sawit, Direktorat Jenderal Perkebunan Jakarta
(2014), p. 9
[3] Darnoko, P. Guritno, A. Sugiharto. Sugesty, S. 1995. Pembuatan Pulp dari
Tandan Kosong Kelapa Sawit dengan Penambahan Surfaktan. Jurnal
Penelitian Kelapa Sawit.Vol 1 : 75-87
[4] Taer1,E., Mustika,W.S., Zulkifli., Syam,I.D, Taslim,R. 2015. Pengaruh suhu
pengaktivan co2 terhadap luas permukaan elektroda karbon dan sifat
kapasitan sel superkapasitor dari kayu karet. Repository Universitas
Riau.http://Repositori.unri.ac.id
[5] Pandolfo,A,G., Hollenkamp,A,F.2006. Carbon Properties and their Role in
Supercapasitors. Journal of Power Sources. Vol. 157: 11-27
[6] Pan, N. Du,c.2009. High Power Density Supercapacitors with Carbon
Nanotube Electrodes. United States Patent. Jun. 30, 2009
[7] Jayanti,S. 2012. Pengaruh Variasi Jenis Elektrolit dan Ketebalan Elektroda
pada Kemampuan Superkapasitor. Skripsi Pekanbaru: Program Studi Jurusan
Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau

25

[8] Namisnyk,A.M. 2013. A survey of Electrochemical Supercapasitor
Technology. Faculty of Engineering, University of Technologi; Sidney
[9] Kotz,R., Carlen, M. 2000. Principles and Applications of Electrochemical
Capacitors. Electrochemecal Acta. Vol.45:2483-2498
[10] Ariyanto,T., Prasetyo,I., Rochmadi. 2012. Pengaruh Struktur Pori terhadap
Kapasitansi Elektroda Superkapasitor yang Dibuat dari Karbon Nanopori.
Jurnal Reaktor,Vol.14 No.1:25-32
[11] Rondliatun.2012. Efek Variasi Suhu Aktivasi dalam Menghasilkan Karbon
Aktif dari Kulit Durian untuk Aplikasi Pembersih Limbah. Skripsi Jurusan
Fisika FMIPA, Universitas Riau, Pekanbaru.
[12] Görka, Esteban, B. M., Kvarnstrom, C., and Winkler, K. 2008. Capacitance
properties of electrochemically deposited polyazulene films. Electrochimica
Acta 55 (2): 970–978

[13] Martin, A., James S., dan Arthur C. 1993. Farmasi Fisik: Dasar-dasar
Farmasi Fisik dalam Ilmu Farmasi. Universitas Indonesia. Depok.
[14] Sing, K.S.W., Everett, D.H., Haul, R.A.W., Moscou, L., Pierotti, R.A.,
Rouquerol, J., Siemieniewska, T., 1985. Reporting physisorption data for
gas/solid systems with special reference to the determination of surface area
and porosity. Pure and Applied Chemistry 57, 603–619.
[16] Lowell, S. and Joan, E.S. 1984.Powder Surface Area and Porosity.Chapman
and Hall. New York. Pp. 17-35.

26

[17] Nurdiansah., Haniffudin., Diah,S. 2013. Pengaruh Variasi Temperatur
Karbonisasi dan Temperatur Aktivasi Fisika dan Elektroda Karbon Aktif
Tempurung Kelapa dan Tempurung Kluwak terhadap nilai Kapasitansi
EDLC.

Jurnal

Teknik

Material

Fakultas

Teknologi

Industri

ITS.

Vol.2.No.1:2337-3539
[18] Taer,E. 2009. Pengembangan Superkapasitor Menggunakan Elektroda
Karbon. FMIPA Universitas Riau: Laporan Penelitian
[19] Skoog, Douglas, Donald M. West, F. James Holler, 1996, Fundamentals of
Analytical Chemistry. Seventh Edt., Saunders College Publishing.
[20] Garcia.G.A., Miles.P., Centeno.T.A., Rojo.J.M., 2010. Uniaxially Ooriented
Carbon monolith as Supercapacitor electrode. Electrochimica Acta 55:85398544
[21] E. Taer, W.S. Mustika, R. Taslim. 2016. Pengaruh suhu aktivasi co2 terhadap
kapasitansi spesifik elektroda karbon superkapasitor dari tandan kosong
kelapa sawit

27