PENGARUH ELEKTROLIT H3PO4 TERHADAP SIFAT LISTRIK PADA ELEKTRODA SUPERKAPASITOR DARI CAMPURAN ZEOLIT DAN RESIN DAMAR.
PENGARUH ELEKTROLIT H3PO4 TERHADAP SIFAT LISTRIK PADA
ELEKTRODA SUPERKAPASITOR DARI CAMPURAN ZEOLIT DAN
RESIN DAMAR
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh
MIFTAHUL KHAIRATI
BP : 1010412019
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
INTISARI
Pengaruh Elektrolit H3PO4 terhadap Sifat Listrik pada Elektroda Superkapasitor
dari Campuran Zeolit dan Resin Damar
Oleh:
Miftahul Khairati (1010412019)
Dibimbing Oleh Olly Norita Tetra, M.Si dan Prof. Dr. Emriadi
Pengaruh elektrolit Asam Posfat (H3PO4) terhadap sifat listrik pada elektroda
superkapasitor dari campuran zeolit dan resin damar telah diteliti. Sintesis zeolit dari
bottom ash dilakukan melalui peleburan dengan menggunakan NaOH secara
hidrotermal. Hasil karakterisasi dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)
menunjukkan bahwa zeolit yang disintesis memiliki tipe Faujasite jenis Na-X.
Penambahan Polivinil Alkohol (PVA) yang dilarutkan dengan elektrolit H 3PO4 0,1-0,5
M dapat meningkatkan nilai konduktivitas dan nilai kapasitansi pada elektroda.
Penambahan resin damar pada zeolit tidak mempengaruhi nilai kapasitansi dan
konduktivitas yang dihasilkan. Nilai konduktivitas dan kapasitansi tertinggi terdapat
pada komposisi zeolit 100 % dengan konsentrasi H3PO4 0,5 M yaitu masing –
masing sebesar 20,793 x 10-5 S/cm pada tegangan 0,2 kV dan 5,8440 nF.
Kata Kunci : zeolit, resin damar, konduktivitas, kapasitansi, superkapasitor
vi
ABSTRACT
Effect of H3PO4 Electrolyte of the Electrical Properties on the Supercapacitor
Electrodes from the Mixture of Zeolite and Damar Resin
By:
Miftahul Khairati (1010412019)
Advised by Olly Norita Tetra, M.Si and Prof. Dr. Emriadi
Effect of electrolyte Phosporic Acid (H3PO4) on the electrical properties of the
supercapacitor electrodes from the mixture of zeolit and resin has been investigated.
Synthesis of Zeolite from bottom ash through the fusion of NaOH
using
hydrothermal method has been done. Result of characterization using X-Ray
Diffraction (XRD) showed that the zeolite synthesized has the type : Zeolite Faujasite
Na-X. The addition of Polyvinyl Alcohol (PVA) dissolved in the electrolyte H3PO4 0.10.5 M can increase the value of conductivity and capacitance on the electrode. The
addition of damar resin in zeolite does not affect the value of the capacitance and
conductivity.
The highest conductivity and capacitance value found in the
composition of the zeolite 100% at a concentration of 0.5 M H3PO4 that is equal to
20.793 x 10-5 S / cm at a voltage of 0.2 kV and 5.8440 nF.
Keywords : zeolite, damar resin, conductivity, capacitance, supercapasitor
vii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada era globalisasi ini, dengan bertambahnya jumlah penduduk di dunia maka
penggunaan energi untuk mendukung aktivitas manusia juga bertambah. Tingkat
konsumsi energi di seluruh dunia saat ini diperkirakan akan meningkat sebesar 70%
antara tahun 2000 sampai 2030. Penggunaan energi dalam jumlah besar
menyebabkan semakin berkurangnya ketersediaan energi [1,2].
Selain keterbatasan energi, permasalahan mengenai penyimpan energi juga
menjadi fokus utama yang perlu dicarikan solusinya. Kebutuhan energi yang
semakin banyak mendorong hadirnya penyimpan energi berkapasitas besar. Salah
satu penyimpan energi yang telah banyak digunakan yaitu superkapasitor.
Superkapasitor merupakan terobosan baru di dunia piranti penyimpan energi yang
memiliki rapat daya yang besar, kapasitas penyimpanan muatan yang sangat besar,
proses
pengisian-pengosongan
dibandingkan
dengan
kapasitor
muatan
biasa.
yang
cepat
Keunggulan
dan
tahan
tersebut
lama
jika
menyebabkan
superkapasitor telah digunakan secara luas dalam berbagai bidang seperti bidang
teknologi digital, mesin listrik, peralatan militer dan luar angkasa. Penelitian tentang
superkapasitor ini juga telah banyak dilakukan [3-5].
Superkapasitor umumnya menggunakan bahan karbon sebagai elektroda.
Penyimpan energi dalam superkapasitor terjadi karena terbentuknya pasangan ion
dalam elektrolit dan elektron dalam bahan karbon pada permukaan antara elektrolit
dan elektroda karbon. Karbon aktif dalam satu dekade ini telah banyak digunakan
sebagai elektroda superkapasitor karena beberapa sifat keunggulannya, seperti luas
permukaan yang tinggi, ketersediaannya melimpah, sifat kimiawi stabil, dan relatif
murah [6,7].
Penelitian mengenai superkapasitor dengan menggunakan karbon sebagai
bahan elektroda telah diteliti. Elektroda untuk superkapasitor disusun oleh Poli Anilin
(PAni) pada permukaan aktif karbon berpori. Morfologi permukaan dan komposisi
kimia dari elektroda tersebut dikarakterisasi dengan menggunakan Scanning
Electron Microscopy (SEM). Sifat elektrokimia dari elektroda dan perilaku kapasitif
1
yang dihasilkan kapasitor secara sistematis dipelajari dengan menggunakan
voltamogram siklik, impedansi AC, dan arus konstan charge discharge tes. Dari
penelitian, diperoleh hasil yaitu peningkatan terhadap nilai kapasitansi lebih dari 60%
yang mengidentifikasi kontribusi dari PAni pada kapasitansi secara keseluruhan
[4].
Resin damar dan bottom ash jumlahnya cukup melimpah di alam. Bahan –
bahan tersebut bisa dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuatan elektroda pada
superkapasitor. Sintesis zeolit dari limbah bottom ash dengan metoda peleburan
menggunakan NaOH secara hidrotermal telah diteliti. Hasil X-Ray Diffraction (XRD)
menunjukkan bahwa zeolit yang disintesis memiliki tipe Faujasite jenis Na-X.
Penelitian tentang zeolit dari limbah bottom ash yang mana zeolit tersebut didoping
dengan damar yang telah disokletasi pada beberapa variasi komposisi juga telah
diteliti. Campuran tersebut dikompaksi menjadi tablet tipis dan diuji sifat listriknya
menggunakan multimeter dan LCR-Meter. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa
campuran 99.8% damar sokletasi dan 0.2% zeolit memiliki konduktivitas yang lebih
baik dibanding sampel lainnya [8,9].
Pada penelitian ini, dilakukan pembuatan elektroda superkapasitor yang
terbuat dari campuran resin damar dan zeolit dari bottom ash. Penambahan Polivinil
Alkohol (PVA) yang dilarutkan dengan elektrolit Asam Posfat (H3PO4) pada berbagai
variasi konsentrasi diamati pengaruhnya terhadap sifat elektroda dan karakteristik
superkapasitor yang dihasilkan. Pengaruh komposisi dari resin damar dan zeolit juga
diamati pada pengukuran sifat listrik elektroda tersebut.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, penelitian ini dilakukan untuk
menguji bagaimana pengaruh penambahan PVA yang dilarutkan dengan elektrolit
H3PO4 pada berbagai variasi konsentrasi pada elektroda superkapasitor serta
pengaruh komposisi resin dan zeolit terhadap sifat listrik yang dihasilkan pada
elektroda tersebut.
1.3 Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh penambahan PVA yang
dilarutkan dengan elektrolit H3PO4 pada berbagai variasi konsentrasi pada elektroda
superkapasitor. Di samping itu, pada penelitian ini juga diuji pengaruh komposisi
resin dan zeolit terhadap sifat listrik yang dihasilkan pada elektroda tersebut.
2
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi tentang potensi penggunaan
zeolit dan resin damar sebagai elektroda pada superkapasitor sehingga bisa
diaplikasikan baik dalam skala labor maupun skala industri.
3
ELEKTRODA SUPERKAPASITOR DARI CAMPURAN ZEOLIT DAN
RESIN DAMAR
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh
MIFTAHUL KHAIRATI
BP : 1010412019
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
INTISARI
Pengaruh Elektrolit H3PO4 terhadap Sifat Listrik pada Elektroda Superkapasitor
dari Campuran Zeolit dan Resin Damar
Oleh:
Miftahul Khairati (1010412019)
Dibimbing Oleh Olly Norita Tetra, M.Si dan Prof. Dr. Emriadi
Pengaruh elektrolit Asam Posfat (H3PO4) terhadap sifat listrik pada elektroda
superkapasitor dari campuran zeolit dan resin damar telah diteliti. Sintesis zeolit dari
bottom ash dilakukan melalui peleburan dengan menggunakan NaOH secara
hidrotermal. Hasil karakterisasi dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)
menunjukkan bahwa zeolit yang disintesis memiliki tipe Faujasite jenis Na-X.
Penambahan Polivinil Alkohol (PVA) yang dilarutkan dengan elektrolit H 3PO4 0,1-0,5
M dapat meningkatkan nilai konduktivitas dan nilai kapasitansi pada elektroda.
Penambahan resin damar pada zeolit tidak mempengaruhi nilai kapasitansi dan
konduktivitas yang dihasilkan. Nilai konduktivitas dan kapasitansi tertinggi terdapat
pada komposisi zeolit 100 % dengan konsentrasi H3PO4 0,5 M yaitu masing –
masing sebesar 20,793 x 10-5 S/cm pada tegangan 0,2 kV dan 5,8440 nF.
Kata Kunci : zeolit, resin damar, konduktivitas, kapasitansi, superkapasitor
vi
ABSTRACT
Effect of H3PO4 Electrolyte of the Electrical Properties on the Supercapacitor
Electrodes from the Mixture of Zeolite and Damar Resin
By:
Miftahul Khairati (1010412019)
Advised by Olly Norita Tetra, M.Si and Prof. Dr. Emriadi
Effect of electrolyte Phosporic Acid (H3PO4) on the electrical properties of the
supercapacitor electrodes from the mixture of zeolit and resin has been investigated.
Synthesis of Zeolite from bottom ash through the fusion of NaOH
using
hydrothermal method has been done. Result of characterization using X-Ray
Diffraction (XRD) showed that the zeolite synthesized has the type : Zeolite Faujasite
Na-X. The addition of Polyvinyl Alcohol (PVA) dissolved in the electrolyte H3PO4 0.10.5 M can increase the value of conductivity and capacitance on the electrode. The
addition of damar resin in zeolite does not affect the value of the capacitance and
conductivity.
The highest conductivity and capacitance value found in the
composition of the zeolite 100% at a concentration of 0.5 M H3PO4 that is equal to
20.793 x 10-5 S / cm at a voltage of 0.2 kV and 5.8440 nF.
Keywords : zeolite, damar resin, conductivity, capacitance, supercapasitor
vii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada era globalisasi ini, dengan bertambahnya jumlah penduduk di dunia maka
penggunaan energi untuk mendukung aktivitas manusia juga bertambah. Tingkat
konsumsi energi di seluruh dunia saat ini diperkirakan akan meningkat sebesar 70%
antara tahun 2000 sampai 2030. Penggunaan energi dalam jumlah besar
menyebabkan semakin berkurangnya ketersediaan energi [1,2].
Selain keterbatasan energi, permasalahan mengenai penyimpan energi juga
menjadi fokus utama yang perlu dicarikan solusinya. Kebutuhan energi yang
semakin banyak mendorong hadirnya penyimpan energi berkapasitas besar. Salah
satu penyimpan energi yang telah banyak digunakan yaitu superkapasitor.
Superkapasitor merupakan terobosan baru di dunia piranti penyimpan energi yang
memiliki rapat daya yang besar, kapasitas penyimpanan muatan yang sangat besar,
proses
pengisian-pengosongan
dibandingkan
dengan
kapasitor
muatan
biasa.
yang
cepat
Keunggulan
dan
tahan
tersebut
lama
jika
menyebabkan
superkapasitor telah digunakan secara luas dalam berbagai bidang seperti bidang
teknologi digital, mesin listrik, peralatan militer dan luar angkasa. Penelitian tentang
superkapasitor ini juga telah banyak dilakukan [3-5].
Superkapasitor umumnya menggunakan bahan karbon sebagai elektroda.
Penyimpan energi dalam superkapasitor terjadi karena terbentuknya pasangan ion
dalam elektrolit dan elektron dalam bahan karbon pada permukaan antara elektrolit
dan elektroda karbon. Karbon aktif dalam satu dekade ini telah banyak digunakan
sebagai elektroda superkapasitor karena beberapa sifat keunggulannya, seperti luas
permukaan yang tinggi, ketersediaannya melimpah, sifat kimiawi stabil, dan relatif
murah [6,7].
Penelitian mengenai superkapasitor dengan menggunakan karbon sebagai
bahan elektroda telah diteliti. Elektroda untuk superkapasitor disusun oleh Poli Anilin
(PAni) pada permukaan aktif karbon berpori. Morfologi permukaan dan komposisi
kimia dari elektroda tersebut dikarakterisasi dengan menggunakan Scanning
Electron Microscopy (SEM). Sifat elektrokimia dari elektroda dan perilaku kapasitif
1
yang dihasilkan kapasitor secara sistematis dipelajari dengan menggunakan
voltamogram siklik, impedansi AC, dan arus konstan charge discharge tes. Dari
penelitian, diperoleh hasil yaitu peningkatan terhadap nilai kapasitansi lebih dari 60%
yang mengidentifikasi kontribusi dari PAni pada kapasitansi secara keseluruhan
[4].
Resin damar dan bottom ash jumlahnya cukup melimpah di alam. Bahan –
bahan tersebut bisa dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuatan elektroda pada
superkapasitor. Sintesis zeolit dari limbah bottom ash dengan metoda peleburan
menggunakan NaOH secara hidrotermal telah diteliti. Hasil X-Ray Diffraction (XRD)
menunjukkan bahwa zeolit yang disintesis memiliki tipe Faujasite jenis Na-X.
Penelitian tentang zeolit dari limbah bottom ash yang mana zeolit tersebut didoping
dengan damar yang telah disokletasi pada beberapa variasi komposisi juga telah
diteliti. Campuran tersebut dikompaksi menjadi tablet tipis dan diuji sifat listriknya
menggunakan multimeter dan LCR-Meter. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa
campuran 99.8% damar sokletasi dan 0.2% zeolit memiliki konduktivitas yang lebih
baik dibanding sampel lainnya [8,9].
Pada penelitian ini, dilakukan pembuatan elektroda superkapasitor yang
terbuat dari campuran resin damar dan zeolit dari bottom ash. Penambahan Polivinil
Alkohol (PVA) yang dilarutkan dengan elektrolit Asam Posfat (H3PO4) pada berbagai
variasi konsentrasi diamati pengaruhnya terhadap sifat elektroda dan karakteristik
superkapasitor yang dihasilkan. Pengaruh komposisi dari resin damar dan zeolit juga
diamati pada pengukuran sifat listrik elektroda tersebut.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, penelitian ini dilakukan untuk
menguji bagaimana pengaruh penambahan PVA yang dilarutkan dengan elektrolit
H3PO4 pada berbagai variasi konsentrasi pada elektroda superkapasitor serta
pengaruh komposisi resin dan zeolit terhadap sifat listrik yang dihasilkan pada
elektroda tersebut.
1.3 Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh penambahan PVA yang
dilarutkan dengan elektrolit H3PO4 pada berbagai variasi konsentrasi pada elektroda
superkapasitor. Di samping itu, pada penelitian ini juga diuji pengaruh komposisi
resin dan zeolit terhadap sifat listrik yang dihasilkan pada elektroda tersebut.
2
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi tentang potensi penggunaan
zeolit dan resin damar sebagai elektroda pada superkapasitor sehingga bisa
diaplikasikan baik dalam skala labor maupun skala industri.
3