ANALISA SIFAT FISIS ELEKTRODA DAN SIFAT
ANALISA SIFAT FISIS ELEKTRODA DAN SIFAT ELEKTROKIMIA SEL
SUPERKAPASITOR DARI SERABUT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
DENGAN VARIASI KONSENTRASI KOH
Sugianto1 , Vivi Melinda2 , Rakhmawati Farma1 , Walfred Tambunan1 ,
Yanuar1 , Awitdrus1
1
Dosen Bidang Fisika Material Jurusan Fisika
2
Mahasiswa Program S1 Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Bina Widya Pekanbaru, 28293, Indonesia
vivimelindav@yahoo.com
ABSTRACT
Carbon electrodes in this study were produced from oil palm empty fruit bunches. The
carbon electrodes production utilized chemical activation using Kalium Hydroxyde (KOH)
which various concentrations of 0.3 M, 0.6 M and 0.9 M. The samples were chemically
activated and mold to form pellets of 0.75 g mass, then were flowed by N 2 gas at a
temperature of 600°C and followed by physical activation process at 700 °C in a CO2 gas.
The densities of electrodes for concentration KOH of 0.3 M, 0.6 M and 0.9 M were 1.036
g/cm3, 1.093 g/cm3 and 1.161 g/cm3 respectively. The densities value of electrodes showed
that increase KOH concentration causing composition of the particles is more dense and the
little amount of pores produced. Analysis using XRD showed two peaks of carbon at 2θ
angles of 24and 44 Specific capacitance value for cell supercapacitor 0.3 M, 0.6 M and
0.9 M KOH were obtained as high as 110.724 F/g, 101.205 F/g and 96.392 F/g respectively.
Keywords : Oil palm empty fruit bunches, carbon electrodes, various KOH concentrations
ABSTRAK
Elektroda karbon pada penelitian ini dibuat dari serabut tandan kosong kelapa sawit
(STKKS). Pembuatan elektroda karbon dengan aktivasi kimia menggunakan aktivator
KOH dengan variasi konsentrasi 0,3 M, 0,6 M, dan 0,9 M. Sampel diaktivasi kimia dan
dicetak membentuk pelet dengan massa 0,75 g, kemudian dilanjutkan proses karbonisasi
pada suhu 600 ° C dialirkan gas N2 dan proses aktivasi fisika dialirkan gas CO 2 pada
suhu 700 ° C . Densitas dari masing-masing elektroda dengan konsentrasi KOH 0,3 M,
0,6 M dan 0,9 M adalah 1,036 g/cm 3, 1,093 g/cm3 dan 1,161 g/cm3. Nilai densitas elektroda
didapatkan bahwa semakin besar konsentrasi KOH maka susunan partikel lebih padat dan
sedikitnya jumlah pori yang dihasilkan. Pengujian XRD menunjukkan munculnya dua
puncak karbon disudut 2θ yaitu 24dan 44. Nilai kapasitansi spesifik masing-masing
konsentrasi KOH diperoleh hasil sebesar 110,724 F/g, 101,205 F/g dan 96,392 F/g.
Kata kunci : Serabut tandan kosong kelapa sawit, elektroda karbon, variasi konsentrasi
KOH
1
PENDAHULUAN
Krisis energi menjadi masalah
serius yang sedang dihadapi dunia
dikarenakan
masih
kurangnya
pemanfaatan sumber daya penghasil
energi listrik itu sendiri sehingga
diperlukan suatu piranti penyimpan
energi yaitu superkapasitor.
Superkapasitor
memiliki
beberapa keunggulan diantaranya
memiliki
kapasitas penyimpanan
muatan yang relatif besar, waktu
pengisian lebih pendek dan waktu
hidup yang lebih lama dibandingkan
dengan kapasitor (Kotz dan Carlen,
2000). Superkapasitor terdiri dari
elektroda
karbon,
elektrolit,
pengumpul arus dan separator.
Superkapasitor
pada
umumnya
menggunakan bahan karbon sebagai
elektroda.
Penelitian ini, elektroda berasal
dari Serabut Tandan Kosong Kelapa
Sawit (STKKS). STKKS merupakan
limbah
padat
yang
memiliki
kandungan selulosa 38,76% yang
cukup banyak dan berpotensi sebagai
sumber karbon aktif tetapi belum
termanfaatkan secara optimal dari
industri pengolahan sawit. Basis satu
ton tandan buah segar akan dihasilkan
limbah dalam bentuk tandan kosong
sebanyak 0,23 ton (23%) (Darnoko,
1992).
Penelitian ini dilakukan untuk
membuat elektroda superkapasitor dari
STKKS menggunakan aktivasi kimia
dan aktivasi fisika. Proses aktivasi
kimia mengunakan variasi konsentrasi
KOH 0,3 M, 0,6 M dan 0,9 M yang
bertujuan untuk melihat pengaruh
konsentrasi aktivator KOH terhadap
nilai
kapasitansi
superkapasitor.
spesifik
sel
METODE PENELITIAN
Tahap awal sampel dibersihkan
dengan menguraikan STKKS yang
masih berbentuk tongkol menjadi
serat-serat, lalu di pra-karbonisasi
dengan suhu 200°C dengan waktu
pengovenan selama 3 jam, dilanjutkan
dengan
proses
penggilingan
menggunakan mortar dan diayak
dengan ukuran 100 mesh. Tahap
berikutnya serbuk di aktivasi kimia
dengan variasi konsentrasi KOH 0,3
M, 0,6 M dan 0,9 M lalu serbuk
dicetak menjadi pelet dengan massa
0,75 g dan pemberian tekanan 8 ton.
Pelet dikarbonisasi pada suhu 600°C
dialirkan gas N2 dilanjutkan dengan
proses aktivasi fisika pada suhu 700 °C.
Tahap akhir pembuatan elektroda yaitu
pemolesan pelet dengan tebal 0,2 mm
lalu proses pencucian pelet hingga pH
netral. Setelah pelet netral selanjutnya
dilakukan proses pengeringan dengan
suhu 100°C.
Mekanisme pembuatan sel
superkapasitor
dimulai
dengan
menyiapkan teflon sebagai penyangga
superkapasitor dan akrilik sebagai
badan superkapasitor. Stainless steel
316L sebagai pengumpul arus
diletakkan diatas teflon yang telah
dibentuk sesuai dengan diameter
elektroda. Kedua elektroda karbon
direndam dalam larutan elektrolit
H2SO4 1 M selama 24 jam. Setelah itu,
komponen digabung dengan separator
ditempelkan diantara kedua elektroda.
Sifat fisis yang diukur pada
pada penelitian ini adalah pengukuran
2
densitas serta karakterisasi dengan
menggunakan uji Difraksi Sinar-X
(XRD) untuk mengetahui struktur
mikro elektroda karbon. Karakterisasi
sifat elektrokimia sel superkapasitor
dengan metode Cyclic Voltammetry
(CV).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi sifat fisis dari
elektroda karbon dilakukan dengan
pengukuran nilai densitas pelet dan uji
XRD.
Nilai densitas bergantung pada
proses karbonisasi, aktivasi kimia dan
aktivasi fisika. Ketiga proses tersebut
berperan penting mengembangkan
struktur rongga yang ada pada karbon.
Pengukuran densitas dihitung pada
kondisi sebelum proses karbonisasi
dan setelah proses aktivasi fisika. Nilai
densitas ini akan berpengaruh terhadap
besarnya nilai kapasitansi spesifik
yang di dapatkan pada pengujian
Cyclic Voltammetry (CV). Hasil
pengukuran nilai densitas masing–
masing variasi konsentrasi KOH 0,3
M, 0,6 M dan 0,9 M ditunjukkan pada
Tabel 1.
Tabel 1. Data densitas elektroda
karbon STKKS dengan
variasi konsentrasi KOH
Setelah
Sebelum
Aktivasi
Kode
Karbonisasi
Fisika
(g/cm3)
(g/cm3)
A
0,946
1,036
B
1,004
1,093
C
1,043
1,161
Tabel 1 menunjukan bahwa
kode elektroda C dengan variasi KOH
0,9 M mempunyai ukuran partikel
yang lebih kecil setelah aktivasi kimia
sehingga pelet yang dihasilkan lebih
padat dan densitasnya lebih tinggi.
Aktivator KOH akan bereaksi dengan
pori bagian dalam karbon sedangkan
proses aktivasi fisika berhubungan
dengan pori yang terdapat pada
permukaan karbon dan membuka poripori yang masih tertutup sehingga luas
permukaannya semakin meningkat.
Penambahan
molaritas
KOH
menyebabkan partikel – partikel
menjadi
lebih
kecil
sehingga
kepadatan
dari
partikel
akan
meningkat. Besarnya nilai densitas
pada variasi konsentrasi KOH 0,9 M
menyebabkan susunan partikel lebih
padat dan sedikitnya jumlah pori yang
dihasilkan.
Kenaikan
densitas
menyebabkan porositas menurun
sehingga nilai Csp berkurang (Deraman
dkk, 2010).
Hasil uji XRD untuk elektroda
STKKS pada variasi KOH 0,3 M, 0,6
M dan 0,9 M memperlihatkan adanya
struktur mikro elektroda, parameter
kisi dan jarak antar atom. Hasil olahan
data XRD menggunakan software
Microcal Origin 3.5 memberikan
informasi mengenai besar sudut 2θ
untuk puncak difraksi (002) dan (100)
untuk
melihat
tinggi
lapisan
mikrokristalin (Lc) dan lebar lapisan
mikrokristalin (La). Menurut Farma
dkk, (2013) uji XRD untuk bahan
karbon umumnya menunjukkan pola
difraksi yang sama dengan dua puncak
yang muncul di sudut 2θ yaitu 24dan
44bersesuaian dengan bidang hkl
3
(002) dan (100) seperti yang terlihat
pada Gambar 1.
sampel masih terdapatnya zat pengotor
pada permukaan elektroda STKKS.
Tabel 2. Data parameter kisi elektroda
STKKS
dengan
variasi
konsentrasi KOH
Kode
d(002) d(100)
Lc
La
Sampel
(Å )
(Å )
(Å )
(Å )
0,3 M 3,682 1,954 10,603 6,836
0,6 M 3,619 1,932 7,926 7,001
0,9 M 3,569 1,892 7,343 7,275
Gambar 1. Pola XRD elektroda karbon
dengan variasi konsentrasi
KOH
Gambar 1 terlihat adanya
kehadiran puncak karbon pada sampel
KOH 0,3 M ditunjukkan pada sudut 2θ
yaitu sebesar 24,151dan 46,425.
Sampel KOH 0,6 M pada sudut 2θ
sebesar
24,576
dan
46,989
sedangkan sampel KOH 0,9 M
memiliki sudut 2θ sebesar 24,927 dan
48,028. Berdasarkan Gambar 1
puncak pada sampel KOH 0,3 M dan
0,9 M berbentuk lengkung yang
menandakan bahwa elektroda STKKS
bersifat amorf sedangkan sampel KOH
0,6 M terdapat puncak yang tajam
yang mengindikasikan terdapatnya
unsur silika (SiO2) yang terdeteksi
pada uji XRD. Berdasarkan data
National Bureau of Standars (NBS)
unsur SiO2 dideteksi berada pada sudut
260, 360, 390, 420, dan lain-lain (Morris
dkk, 1981). Puncak silika merupakan
bahan selain karbon dan bersifat
kristal. Terdeteksinya unsur silika
dikarenakan saat proses penetralan
Tabel 2 menunjukkan sampel
KOH 0,3 M memiliki nilai Lc yang
terbesar yaitu 10,603 Å sedangkan
sampel dengan konsentrasi KOH 0,9
M memiliki nilai Lc terendah yaitu
7,343
Å.
Besarnya
nilai
Lc
mengindikasikan luas permukaan
karbon aktif yang semakin besar
dengan nilai La yang semakin kecil
(Qu, 2002).
Karakterisasi sifat elektrokimia
sel
superkapasitor
menggunakan
metode Cyclic Voltammetry (CV). CV
digunakan untuk mengukur nilai
kapasitansi
spesifik
dari
sel
superkapasitor. Menurut Wang dkk,
(2013) Kapasitansi spesifik (Csp)
merupakan kemampuan elektroda
untuk menyimpan muatan pada
potensial tertentu per satuan massa
dari elektroda. Nilai kapasitansi
spesifik dapat dihitung menggunakan
Persamaan (1):
I
¿ c−I d )/2
Csp = 2( ¿
S ∙m
¿
(1)
(2.7)
4
Besarnya nilai kapasitansi
spesifik (Csp) untuk elektroda STKKS
variasi konsentrasi KOH 0,3 M, 0,6 M
dan 0,9 M dengan laju scan 1 mV/s
dengan rentang tegangan dari 0 volt
sampai dengan 0,5 volt dapat dilihat
pada Gambar 2.
Nilai
kapasitansi
spesifik
masing-masing
konsentrasi
yaitu
110,724 F/g, 101,205 F/g dan 96,392
F/g.
Pengaruh adanya penambahan
molaritas KOH pada elektroda
berpengaruh terhadap ukuran pori
yang terbentuk pada sampel. Ukuran
diameter ion yang lebih kecil dapat
dengan mudah untuk berdifusi ke
dalam pori-pori elektroda. Besarnya
ukuran pori akan mempengaruhi nilai
kapasitansi
spesifik
pada
sel
superkapasitor yang dihasilkan.
KESIMPULAN
Gambar 2.
Kurva CV untuk elektoda
karbon STKKS pada sel
superkapasitor
dengan
laju scan 1 mV/s
Gambar 2 menunjukkan kurva
hubungan antara rapat arus (A/cm2)
dengan tegangan (V) pada variasi
konsentrasi KOH 0,3 M, 0,6 M dan 0,9
M. Berdasarkan Gambar 2 terlihat
bahwa KOH 0,3 M memiliki lebar
kurva yang lebih besar dibandingkan
KOH 0,6 M dan 0,9 M. Perbedaan
siklus charge dan discharge pada
setiap variasi konsentrasi KOH
mempengaruhi besarnya bentuk kurva
yang dihasilkan. Semakin lebar bentuk
kurva arus charge dan discharge maka
nilai kapasitansi spesifik yang
dihasilkan dari pasangan elektroda
semakin besar (Taer dkk, 2015).
Pembuatan sel superkapasitor
menggunakan elektroda karbon dari
serabut tandan kosong kelapa sawit
dengan variasi konsentrasi KOH telah
berhasil
dilakukan.
Hasil
uji
karakterisasi sifat fisis dan sifat
elektrokimia menunjukkan bahwa
KOH 0,3 M memiliki kandungan
karbon yang tinggi dan nilai
kapasitansi spesifik yang besar
sehingga
berpotensi
untuk
dikembangkan
sebagai
sel
superkapasitor.
UCAPAN TERIMAKASIH
Kami
mengucapkan
terimakasih
kepada Bapak Drs. Sugianto, M.Si
selaku pembimbing dan Ibu Dr.
Rakhmawati Farma, M.Si atas bantuan
pendanaan melalui DIPA Universitas
Riau tahun 2017.
DAFTAR PUSTAKA
5
Kotz, R. and Carlen, M. 2000.
Principles and applications of
electrochemical
Capacitors.
Electrochim Acta. 45 (1516):2483-2498.
Darnoko. 1992. Potensi Pemanfaatan
Limbah Lignoselulosa Kelapa
Sawit Melalui Biokonversi.
Medan:
Berita
Penelitian
Perkebunan.
Deraman, M., Saad, S.K.Md., Ishak,
M.M., Awitdrus, Taer, E., Talib,
I., Omar, M.H. and Jumali.
2010. Carbon nanotubes (CNTs)
composites from green pellets
contain cnts and self adhesive
carbon grains from fibres of oil
palm empty fruit bunch. The
Third
Nanoscience
And
Nanotechnology
Symposium.
179-186.
Farma, R., Deraman, M., Awitdrus, A.,
Talib, L.A., Taer, E., Basri,
N.H., Manjunatha, J.G., Ishak,
M.M., Dollah, B.N.M. and
Hashmi,
S.A.
2013.
Preparation of highly porous
binderless activated carbon
electrodes from fibres of oil
palm empty fruit bunches for
application in supercapacitors.
Bioresource
Technology.
132:254–261.
Department of
Wasington DC.
Commerce,
Taer, E., Mustika, W.S., Zulkifli.,
Syam, I.D.M. dan Taslim, R.
2015.
Pengaruh
suhu
pengaktivan CO2 terhadap luas
permukaan elektroda karbon
dan
sifat
kapasitan
sel
superkapasitor dari kayu karet.
Prosiding Seminar Nasional
Fisika Universitas Andalas. 96100.
Qu, D. 2002. Studies of the activated
carbons used in double-layer
supercapacitors. Journal of
Power Sources 109 (2002)
403–411.
Wang ,H., Zhang, D., Yan, T., Wen, X.,
Zhang, J. and Shi, L.
2013.Three-dimensional
macroporous
graphene
architectures
as
high
performance electrodes for
capacitive deionization. J Mater
Chem A . 1(38):11778-89.
Morris, M.C. Howard, T. Mc Murdie.
Evans, E.H. Paretzkin, B.
Parker, H.S. Nicolas, C.
Panagiotopoulos. 1981. NBS
Monograph 25- Section 18
Standar X-Ray Diffraction
Powder Pattern. International
Centre for Diffraction Data U.S
6
SUPERKAPASITOR DARI SERABUT TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT
DENGAN VARIASI KONSENTRASI KOH
Sugianto1 , Vivi Melinda2 , Rakhmawati Farma1 , Walfred Tambunan1 ,
Yanuar1 , Awitdrus1
1
Dosen Bidang Fisika Material Jurusan Fisika
2
Mahasiswa Program S1 Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Bina Widya Pekanbaru, 28293, Indonesia
vivimelindav@yahoo.com
ABSTRACT
Carbon electrodes in this study were produced from oil palm empty fruit bunches. The
carbon electrodes production utilized chemical activation using Kalium Hydroxyde (KOH)
which various concentrations of 0.3 M, 0.6 M and 0.9 M. The samples were chemically
activated and mold to form pellets of 0.75 g mass, then were flowed by N 2 gas at a
temperature of 600°C and followed by physical activation process at 700 °C in a CO2 gas.
The densities of electrodes for concentration KOH of 0.3 M, 0.6 M and 0.9 M were 1.036
g/cm3, 1.093 g/cm3 and 1.161 g/cm3 respectively. The densities value of electrodes showed
that increase KOH concentration causing composition of the particles is more dense and the
little amount of pores produced. Analysis using XRD showed two peaks of carbon at 2θ
angles of 24and 44 Specific capacitance value for cell supercapacitor 0.3 M, 0.6 M and
0.9 M KOH were obtained as high as 110.724 F/g, 101.205 F/g and 96.392 F/g respectively.
Keywords : Oil palm empty fruit bunches, carbon electrodes, various KOH concentrations
ABSTRAK
Elektroda karbon pada penelitian ini dibuat dari serabut tandan kosong kelapa sawit
(STKKS). Pembuatan elektroda karbon dengan aktivasi kimia menggunakan aktivator
KOH dengan variasi konsentrasi 0,3 M, 0,6 M, dan 0,9 M. Sampel diaktivasi kimia dan
dicetak membentuk pelet dengan massa 0,75 g, kemudian dilanjutkan proses karbonisasi
pada suhu 600 ° C dialirkan gas N2 dan proses aktivasi fisika dialirkan gas CO 2 pada
suhu 700 ° C . Densitas dari masing-masing elektroda dengan konsentrasi KOH 0,3 M,
0,6 M dan 0,9 M adalah 1,036 g/cm 3, 1,093 g/cm3 dan 1,161 g/cm3. Nilai densitas elektroda
didapatkan bahwa semakin besar konsentrasi KOH maka susunan partikel lebih padat dan
sedikitnya jumlah pori yang dihasilkan. Pengujian XRD menunjukkan munculnya dua
puncak karbon disudut 2θ yaitu 24dan 44. Nilai kapasitansi spesifik masing-masing
konsentrasi KOH diperoleh hasil sebesar 110,724 F/g, 101,205 F/g dan 96,392 F/g.
Kata kunci : Serabut tandan kosong kelapa sawit, elektroda karbon, variasi konsentrasi
KOH
1
PENDAHULUAN
Krisis energi menjadi masalah
serius yang sedang dihadapi dunia
dikarenakan
masih
kurangnya
pemanfaatan sumber daya penghasil
energi listrik itu sendiri sehingga
diperlukan suatu piranti penyimpan
energi yaitu superkapasitor.
Superkapasitor
memiliki
beberapa keunggulan diantaranya
memiliki
kapasitas penyimpanan
muatan yang relatif besar, waktu
pengisian lebih pendek dan waktu
hidup yang lebih lama dibandingkan
dengan kapasitor (Kotz dan Carlen,
2000). Superkapasitor terdiri dari
elektroda
karbon,
elektrolit,
pengumpul arus dan separator.
Superkapasitor
pada
umumnya
menggunakan bahan karbon sebagai
elektroda.
Penelitian ini, elektroda berasal
dari Serabut Tandan Kosong Kelapa
Sawit (STKKS). STKKS merupakan
limbah
padat
yang
memiliki
kandungan selulosa 38,76% yang
cukup banyak dan berpotensi sebagai
sumber karbon aktif tetapi belum
termanfaatkan secara optimal dari
industri pengolahan sawit. Basis satu
ton tandan buah segar akan dihasilkan
limbah dalam bentuk tandan kosong
sebanyak 0,23 ton (23%) (Darnoko,
1992).
Penelitian ini dilakukan untuk
membuat elektroda superkapasitor dari
STKKS menggunakan aktivasi kimia
dan aktivasi fisika. Proses aktivasi
kimia mengunakan variasi konsentrasi
KOH 0,3 M, 0,6 M dan 0,9 M yang
bertujuan untuk melihat pengaruh
konsentrasi aktivator KOH terhadap
nilai
kapasitansi
superkapasitor.
spesifik
sel
METODE PENELITIAN
Tahap awal sampel dibersihkan
dengan menguraikan STKKS yang
masih berbentuk tongkol menjadi
serat-serat, lalu di pra-karbonisasi
dengan suhu 200°C dengan waktu
pengovenan selama 3 jam, dilanjutkan
dengan
proses
penggilingan
menggunakan mortar dan diayak
dengan ukuran 100 mesh. Tahap
berikutnya serbuk di aktivasi kimia
dengan variasi konsentrasi KOH 0,3
M, 0,6 M dan 0,9 M lalu serbuk
dicetak menjadi pelet dengan massa
0,75 g dan pemberian tekanan 8 ton.
Pelet dikarbonisasi pada suhu 600°C
dialirkan gas N2 dilanjutkan dengan
proses aktivasi fisika pada suhu 700 °C.
Tahap akhir pembuatan elektroda yaitu
pemolesan pelet dengan tebal 0,2 mm
lalu proses pencucian pelet hingga pH
netral. Setelah pelet netral selanjutnya
dilakukan proses pengeringan dengan
suhu 100°C.
Mekanisme pembuatan sel
superkapasitor
dimulai
dengan
menyiapkan teflon sebagai penyangga
superkapasitor dan akrilik sebagai
badan superkapasitor. Stainless steel
316L sebagai pengumpul arus
diletakkan diatas teflon yang telah
dibentuk sesuai dengan diameter
elektroda. Kedua elektroda karbon
direndam dalam larutan elektrolit
H2SO4 1 M selama 24 jam. Setelah itu,
komponen digabung dengan separator
ditempelkan diantara kedua elektroda.
Sifat fisis yang diukur pada
pada penelitian ini adalah pengukuran
2
densitas serta karakterisasi dengan
menggunakan uji Difraksi Sinar-X
(XRD) untuk mengetahui struktur
mikro elektroda karbon. Karakterisasi
sifat elektrokimia sel superkapasitor
dengan metode Cyclic Voltammetry
(CV).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi sifat fisis dari
elektroda karbon dilakukan dengan
pengukuran nilai densitas pelet dan uji
XRD.
Nilai densitas bergantung pada
proses karbonisasi, aktivasi kimia dan
aktivasi fisika. Ketiga proses tersebut
berperan penting mengembangkan
struktur rongga yang ada pada karbon.
Pengukuran densitas dihitung pada
kondisi sebelum proses karbonisasi
dan setelah proses aktivasi fisika. Nilai
densitas ini akan berpengaruh terhadap
besarnya nilai kapasitansi spesifik
yang di dapatkan pada pengujian
Cyclic Voltammetry (CV). Hasil
pengukuran nilai densitas masing–
masing variasi konsentrasi KOH 0,3
M, 0,6 M dan 0,9 M ditunjukkan pada
Tabel 1.
Tabel 1. Data densitas elektroda
karbon STKKS dengan
variasi konsentrasi KOH
Setelah
Sebelum
Aktivasi
Kode
Karbonisasi
Fisika
(g/cm3)
(g/cm3)
A
0,946
1,036
B
1,004
1,093
C
1,043
1,161
Tabel 1 menunjukan bahwa
kode elektroda C dengan variasi KOH
0,9 M mempunyai ukuran partikel
yang lebih kecil setelah aktivasi kimia
sehingga pelet yang dihasilkan lebih
padat dan densitasnya lebih tinggi.
Aktivator KOH akan bereaksi dengan
pori bagian dalam karbon sedangkan
proses aktivasi fisika berhubungan
dengan pori yang terdapat pada
permukaan karbon dan membuka poripori yang masih tertutup sehingga luas
permukaannya semakin meningkat.
Penambahan
molaritas
KOH
menyebabkan partikel – partikel
menjadi
lebih
kecil
sehingga
kepadatan
dari
partikel
akan
meningkat. Besarnya nilai densitas
pada variasi konsentrasi KOH 0,9 M
menyebabkan susunan partikel lebih
padat dan sedikitnya jumlah pori yang
dihasilkan.
Kenaikan
densitas
menyebabkan porositas menurun
sehingga nilai Csp berkurang (Deraman
dkk, 2010).
Hasil uji XRD untuk elektroda
STKKS pada variasi KOH 0,3 M, 0,6
M dan 0,9 M memperlihatkan adanya
struktur mikro elektroda, parameter
kisi dan jarak antar atom. Hasil olahan
data XRD menggunakan software
Microcal Origin 3.5 memberikan
informasi mengenai besar sudut 2θ
untuk puncak difraksi (002) dan (100)
untuk
melihat
tinggi
lapisan
mikrokristalin (Lc) dan lebar lapisan
mikrokristalin (La). Menurut Farma
dkk, (2013) uji XRD untuk bahan
karbon umumnya menunjukkan pola
difraksi yang sama dengan dua puncak
yang muncul di sudut 2θ yaitu 24dan
44bersesuaian dengan bidang hkl
3
(002) dan (100) seperti yang terlihat
pada Gambar 1.
sampel masih terdapatnya zat pengotor
pada permukaan elektroda STKKS.
Tabel 2. Data parameter kisi elektroda
STKKS
dengan
variasi
konsentrasi KOH
Kode
d(002) d(100)
Lc
La
Sampel
(Å )
(Å )
(Å )
(Å )
0,3 M 3,682 1,954 10,603 6,836
0,6 M 3,619 1,932 7,926 7,001
0,9 M 3,569 1,892 7,343 7,275
Gambar 1. Pola XRD elektroda karbon
dengan variasi konsentrasi
KOH
Gambar 1 terlihat adanya
kehadiran puncak karbon pada sampel
KOH 0,3 M ditunjukkan pada sudut 2θ
yaitu sebesar 24,151dan 46,425.
Sampel KOH 0,6 M pada sudut 2θ
sebesar
24,576
dan
46,989
sedangkan sampel KOH 0,9 M
memiliki sudut 2θ sebesar 24,927 dan
48,028. Berdasarkan Gambar 1
puncak pada sampel KOH 0,3 M dan
0,9 M berbentuk lengkung yang
menandakan bahwa elektroda STKKS
bersifat amorf sedangkan sampel KOH
0,6 M terdapat puncak yang tajam
yang mengindikasikan terdapatnya
unsur silika (SiO2) yang terdeteksi
pada uji XRD. Berdasarkan data
National Bureau of Standars (NBS)
unsur SiO2 dideteksi berada pada sudut
260, 360, 390, 420, dan lain-lain (Morris
dkk, 1981). Puncak silika merupakan
bahan selain karbon dan bersifat
kristal. Terdeteksinya unsur silika
dikarenakan saat proses penetralan
Tabel 2 menunjukkan sampel
KOH 0,3 M memiliki nilai Lc yang
terbesar yaitu 10,603 Å sedangkan
sampel dengan konsentrasi KOH 0,9
M memiliki nilai Lc terendah yaitu
7,343
Å.
Besarnya
nilai
Lc
mengindikasikan luas permukaan
karbon aktif yang semakin besar
dengan nilai La yang semakin kecil
(Qu, 2002).
Karakterisasi sifat elektrokimia
sel
superkapasitor
menggunakan
metode Cyclic Voltammetry (CV). CV
digunakan untuk mengukur nilai
kapasitansi
spesifik
dari
sel
superkapasitor. Menurut Wang dkk,
(2013) Kapasitansi spesifik (Csp)
merupakan kemampuan elektroda
untuk menyimpan muatan pada
potensial tertentu per satuan massa
dari elektroda. Nilai kapasitansi
spesifik dapat dihitung menggunakan
Persamaan (1):
I
¿ c−I d )/2
Csp = 2( ¿
S ∙m
¿
(1)
(2.7)
4
Besarnya nilai kapasitansi
spesifik (Csp) untuk elektroda STKKS
variasi konsentrasi KOH 0,3 M, 0,6 M
dan 0,9 M dengan laju scan 1 mV/s
dengan rentang tegangan dari 0 volt
sampai dengan 0,5 volt dapat dilihat
pada Gambar 2.
Nilai
kapasitansi
spesifik
masing-masing
konsentrasi
yaitu
110,724 F/g, 101,205 F/g dan 96,392
F/g.
Pengaruh adanya penambahan
molaritas KOH pada elektroda
berpengaruh terhadap ukuran pori
yang terbentuk pada sampel. Ukuran
diameter ion yang lebih kecil dapat
dengan mudah untuk berdifusi ke
dalam pori-pori elektroda. Besarnya
ukuran pori akan mempengaruhi nilai
kapasitansi
spesifik
pada
sel
superkapasitor yang dihasilkan.
KESIMPULAN
Gambar 2.
Kurva CV untuk elektoda
karbon STKKS pada sel
superkapasitor
dengan
laju scan 1 mV/s
Gambar 2 menunjukkan kurva
hubungan antara rapat arus (A/cm2)
dengan tegangan (V) pada variasi
konsentrasi KOH 0,3 M, 0,6 M dan 0,9
M. Berdasarkan Gambar 2 terlihat
bahwa KOH 0,3 M memiliki lebar
kurva yang lebih besar dibandingkan
KOH 0,6 M dan 0,9 M. Perbedaan
siklus charge dan discharge pada
setiap variasi konsentrasi KOH
mempengaruhi besarnya bentuk kurva
yang dihasilkan. Semakin lebar bentuk
kurva arus charge dan discharge maka
nilai kapasitansi spesifik yang
dihasilkan dari pasangan elektroda
semakin besar (Taer dkk, 2015).
Pembuatan sel superkapasitor
menggunakan elektroda karbon dari
serabut tandan kosong kelapa sawit
dengan variasi konsentrasi KOH telah
berhasil
dilakukan.
Hasil
uji
karakterisasi sifat fisis dan sifat
elektrokimia menunjukkan bahwa
KOH 0,3 M memiliki kandungan
karbon yang tinggi dan nilai
kapasitansi spesifik yang besar
sehingga
berpotensi
untuk
dikembangkan
sebagai
sel
superkapasitor.
UCAPAN TERIMAKASIH
Kami
mengucapkan
terimakasih
kepada Bapak Drs. Sugianto, M.Si
selaku pembimbing dan Ibu Dr.
Rakhmawati Farma, M.Si atas bantuan
pendanaan melalui DIPA Universitas
Riau tahun 2017.
DAFTAR PUSTAKA
5
Kotz, R. and Carlen, M. 2000.
Principles and applications of
electrochemical
Capacitors.
Electrochim Acta. 45 (1516):2483-2498.
Darnoko. 1992. Potensi Pemanfaatan
Limbah Lignoselulosa Kelapa
Sawit Melalui Biokonversi.
Medan:
Berita
Penelitian
Perkebunan.
Deraman, M., Saad, S.K.Md., Ishak,
M.M., Awitdrus, Taer, E., Talib,
I., Omar, M.H. and Jumali.
2010. Carbon nanotubes (CNTs)
composites from green pellets
contain cnts and self adhesive
carbon grains from fibres of oil
palm empty fruit bunch. The
Third
Nanoscience
And
Nanotechnology
Symposium.
179-186.
Farma, R., Deraman, M., Awitdrus, A.,
Talib, L.A., Taer, E., Basri,
N.H., Manjunatha, J.G., Ishak,
M.M., Dollah, B.N.M. and
Hashmi,
S.A.
2013.
Preparation of highly porous
binderless activated carbon
electrodes from fibres of oil
palm empty fruit bunches for
application in supercapacitors.
Bioresource
Technology.
132:254–261.
Department of
Wasington DC.
Commerce,
Taer, E., Mustika, W.S., Zulkifli.,
Syam, I.D.M. dan Taslim, R.
2015.
Pengaruh
suhu
pengaktivan CO2 terhadap luas
permukaan elektroda karbon
dan
sifat
kapasitan
sel
superkapasitor dari kayu karet.
Prosiding Seminar Nasional
Fisika Universitas Andalas. 96100.
Qu, D. 2002. Studies of the activated
carbons used in double-layer
supercapacitors. Journal of
Power Sources 109 (2002)
403–411.
Wang ,H., Zhang, D., Yan, T., Wen, X.,
Zhang, J. and Shi, L.
2013.Three-dimensional
macroporous
graphene
architectures
as
high
performance electrodes for
capacitive deionization. J Mater
Chem A . 1(38):11778-89.
Morris, M.C. Howard, T. Mc Murdie.
Evans, E.H. Paretzkin, B.
Parker, H.S. Nicolas, C.
Panagiotopoulos. 1981. NBS
Monograph 25- Section 18
Standar X-Ray Diffraction
Powder Pattern. International
Centre for Diffraction Data U.S
6