PENGARUH TEMPERATUR KALSINASI TERHADAP KAPASITANSI SUPERKAPASITOR PADA KOMPOSIT TIO2 ARANG AKTIF KULIT BIJI METE Muhammad Anas dan Hunaidah
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
PENGARUH TEMPERATUR KALSINASI TERHADAP KAPASITANSI
SUPERKAPASITOR PADA KOMPOSIT TIO2 ARANG
AKTIF KULIT BIJI METE
Muhammad Anas dan Hunaidah
Jurusan Pendidikan Fisika FKIP, Universitas Halu Oleo, Kendari
Email : anas_colle@yahoo.com
ABSTRACT
The research problem would be solved in this research is the dependence TiO2-activated
carbon composite of the cashew nut shell against the capacitance supercapacitor on the
calcination temperature. To solve the problems, we determine the influence of calcination
temperature on the capacitance supercapacitor to the composite TiO2-activated charcoal
cashew nut shell. The composite TiO2 - activated charcoal cashew nut shell passed
through a heating process for 5 hours with calcination varies temperature. The activated
composite then used as a supercapacitor electrode material. Some characteristic of the
electrode are reported.
Keywords: Calcination temperature, supercapasitor, cashew nut shell, TiO2-activated
carbon compositee
mempunyai luas permukaan yang besar,
A. PENDAHULUAN
Dari tahun ke tahun kebutuhan
kemampuan menyimpan enegi yang
energi listrik terus meningkat. Energi
besar, prinsip yang sederhana dan
listrik
kontruksi yang mudah [1]
menjadi
kebutuhan
pokok
manusia di segala sektor, baik dalam
Superkapasitor merupakan salah
sektor industri, telekomunikasi maupun
satu devais penyimpanan energi yang
transportasi. Oleh karena itu harus
berkapasitansi
dilakukan penghematan energi listrik,
Equivalent Series Resistant (ESR) yang
salah satunya dengan menggunakan alat-
rendah serta memiliki waktu pakai yang
alat elektronik yang efisien dan hemat
lama dibanding baterai. Pada dasarnya,
energi.
prinsip dari superkapasitor ini sama
Superkapasitor
penyimpan energi
sebagai
alat
dan arang aktif
biasanya dipilih sebagai bahan elektroda
dengan
baterai
tinggi,
sekunder
memiliki
yaitu
menggunakan sistem elektroda (anoda
dalam pembuatan superkapasitor karena
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
dan katoda) dan sistem elektrolit. Dalam
baterai, proses penyimpanan muatan
berlangsung
yaitu
kemudian diaktivasi menjadi arang aktif
perpindahan elektron melewati interface
dan selanjutnya arang aktif tersebut akan
elektroda,
sedangkan
dijadikan sebagai bahan elektroda dalam
superkapasitor
proses
secara
Faradaic,
dalam
penyimpanan
pembuatan
superkapasitor.Selanjutnya
muatan adalah non-Faradaic yaitu tidak
arang yang telah diaktivasi dicampurkan
ada transfer elektron melewati interface
dengan beberapa bahan kimia sehingga
elektroda. [2]
membentuk komposit dan diaktivasi
Berdasarkan penelitian terdahulu
yang
melihat
(temperatur
pengaruh
dan
kalsinasi
durasi)
dari
kembali
dengan
menggunakan
temperatur kalsinasi selama beberapa
jam.
Kalsinasi
dilakukan
pada
kaolinit/TiO2 komposit pada sifat fisiko
temperatur tinggi tanpa terjadi pelelehan
kimia dan pada hasil pengurangan CO2
dan disertai dengan penambahan reagen.
fotokatalitik. Ditetapkan bahwa kondisi
kalsinasi
yang
berbeda
tidak
II LANDASAN TEORI
mempengaruhi komposisi fase TiO2,
Temperatur kalsinasi merupakan
hanya garis difraksi anatase ditemukan
bentuk perlakuan panas pada komposit
dalam
semua
sampel
kaolinit/TiO2.
TiO2-arang aktif kulit biji mete yang
sedikit
kalsinasi
bertujuan mengubah suatu senyawa
mempengaruhi luas permukaan spesifik
karbon menjadi senyawa oksida, namun
komposit
masih dibawah titik leleh. Pemanasan
Penurunan
dengan
kaolinit/TiO2 dibandingkan
tanpa
kalsinasi
komposit
dengan cara kalsinasi yang diberikan
yang
pada komposit TiO2 – arang aktif kulit
terkait erat dengan suhu sertadurasi
biji mete merupakan bentuk aktivasi
kalsinasi. Ukuran kristal meningkat
terhadap komposit tersebut. Kalsinasi
dengan peningkatan suhu kalsinasi dan
selama 5 jam mampu merubah struktur
durasi. Hasil tertinggi yang diperoleh
penyusun dari komposit TiO2 – arang
atas
aktif.
kaolinit/TiO2.
katalis
dari18-23nm;
Ukuran
dengan
kristal
ukuran
sampel
kristal
Superkapasitor
tersebut
sebagai
alat
dikalsinasi pada 600°C untuk waktu
penyimpan energi , telah digunakan
yang berbeda 1 jam, 2jam, dan 3jam [3]
secara luas pada bidang elektronik dan
Pada penelitian ini, limbah kulit
biji mete diolah menjadi arang. Arang
transportasi,
seperti
sistem
telekomunikasi digital, komputer dan
yang telah melewati proses karbonasi
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
pulse layer system, hybrid electrical
vehicles,
dan
Superkapasitor
kelebihan
sebagainya
memiliki
dibanding
[6].
banyak
dengan
Kapasitor
dengan persamaan tegangan
VC VS (e
penyimpan energi yang lain seperti
memiliki jumlah siklus yang relatif
banyak (>100000 siklus),
energi
yang
tinggi,
kerapatan
suatu
kapasitor
adalah
disederhanakan menjadi:
1
sesuai
VC VS (1 e
)
V IN
VOu t
(1)
Arus I akan berhenti mengalir
sama dengan tegangan sumber V S ,
2
1
Digunakan hubungan
dengan
(I=0) pada saat tegangan kapasitor C
(4)
R
XC
C
RC
V IN
VOut
0
untuk XC, hasil yang di dapat yaitu:
persamaan berikut:
t
2
Setelah menyelesaikan persamaan
tegangan pada kapasitor akan naik
eksponensial
R2
X C2
sumber melalui hambatan ke kapasitor,
secara
.(3)
XC
Dari persamaan di atas dapat
pengisian dan pengosongan muatannya.
ditutup maka akan mengalir arus dari
R 2 X C2
V IN
VOut
saat
Dalam rangkaian RC apabila saklar
(2)
)
masukan dan tegangan keluaran, yaitu:
Dua hal yang perlu diperhatikan
pada
RC
dihitung dengan perbandingan tegangan
menyimpanenergi yang besar, prinsip
mudah [1,6]
t
Kapasitansi dan induktansi dapat
kemampuan
yang sederhana dankonstruksi yang
mengeluarkan
kembali energi listrik yang disimpannya
alat
batrey. Dari sisi teknis superkapasitor
akan
1
2fX C
(6)
Persamaan dasar yang digunakan
untuk mendapatkan nilai kapasitansi
yaitu:
proses tersebut dinamakan pengisian
kapasitor.
C
37
V IN
VOut
2
2Rf
1
.(7)
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
Kapasitansi
spesifik
dari
sehingga mencapai temperatur kamar
superkapasitor dapat dihitung dengan
hingga hari kedua. Selanjutnya pada hari
persamaan berikut:
kedua diberikan perlakuan yang sama
seperti sebelumnya yakni 1 jam pertama
temperaturnya dinaikan dan selanjutnya
Dimana,
adalah kapasitansi
spesifik elektroda tunggal dari bahan
elektroda,
adalah arus listrik,
diturunkan
pada
temperatur
kamar,
begitupula pada hari ketiga. Setelah
direaksikan dalam autoklave, komposit
adalah waktu,
adalah perubahan
tegangan, dan
adalah massa bahan
HCL sebesar 500 ml. Komposit yang
elektroda dalam satu elektroda [7-
telah menjadi bubur kemudian disaring
10]
dan dicuci dengan aquadest, selanjutnya
1. Pembuatan Komposit
komposit tersebut dimasukan ke dalam
Pembuatan komposit dilakukan
dengan proses pencampuran arang dan
tersebut diaduk dan ditambahkan 0,05 M
oven.
2. Pemanasan
TiO2 dengan perbandingan 1,33g arang
aktif
dan
3,5g
TiO2
dengan
dengan
temperatur
Kalsinasi
Pemanasan
dilakukan
dengan
menggunakan
blender,
selanjutnya
memasukan sampel (komposit TiO2-
ditambahkan
NaOH
sehingga
arang aktif) ke dalamtanurselama 5 jam
membentuk seperti bubur dengan lama
untukmasing-masingsampel.
pengadukan
proses
pengadukan,
1
bubur
jam.
Setelah
disiapkan
Untuk
pemanasaninitemperaturkalsinasidivaria
direaksikan dalam autoklaf pada 125oC
sikanyaitu 400oC, 550oC, 700oC, 850oC,
selama 72 jam (tiga hari tiga malam).
hingga 1000oC
Temperatur awal yang diberikan yaitu
125 oC selama beberapa jam, kemudian
setelah mencapai temperatur 125 oC
maka temperaturnya diturunkan
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
3. Pembuatan dan pengukuran superkapasitor
a. Wadah
Kolektor
(plat tembaga)
Bahan elektroda
Komposit TiO2-arang aktif
separator
(mika)
Kawat tembaga
1
,2cm
1,5cm
2cm
Gambar 1. Pembuatan wadah superkapasitor
Wadah kapasitor berukuran panjang 2 cm, lebar 1,2 cm, dan tinggi 1,5 cm. Sisi
kanan dan kiri wadah tersebut diberi lubang, selanjutnya kawat tersebut akan
dihubungkan dengan plat tembaga yang berfungsi sebagai kolektor yang berukuran 1,3
mm x 0,8 mm. Selain itu terdapat separator yang berbahan mika dengan ukuran yang
sama dan ketebalan 0,15mm.
b. Penyisipan komposit ke dalam wadah superkapasitor
Komposit yang telah dikalsinasi dimasukan ke dalam wadah dan diteteskan larutan
elektrolit (LiNO3). Komposit yang terisi dalam wadah sebanyak 0,7 gr tiap satu
superkapasitor. Superkapasitor terdiri atas bahan elektroda, separator, kolektor, dan
larutan elektrolit.
c. Pengukuransuperkapasitor
Keterangan:
1.
2.
3.
4.
Osiloskop
Signal generator
Potensiometer
Resistor
5. Kapasitor
Gambar 2. Desain pengukuran kapasitansi superkapasitor
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. KapasitansiSuperkapasitorKomposit TiO2-Arang AktifKulitBiji Mete
Tabel
1.
Parameter
Sel
Superkapasitor
Elektroda
Arang
Aktif
dengan
Memvariasikan Temperatur kalsinasi
N
Temperatur
f
VIN
VOut
R
(oC)
(Hz)
(Volt)
(Volt)
(Ohm)
1.
400
0,005
3,4
1,6
2.
550
0,005
3,12
3.
700
0,003
4.
850
5.
1000
O
.
VIN/
VOut
C (Farrad)
1000
1,6
0,05971337
1,52
1000
1,52
0,05708812
3,4
1,48
1000
1,48
0,10977865
0,029
3,12
1,52
1000
1,52
0,00984277
0,4
3,04
1,52
1000
1,52
0,00068951
Berdasarkan hasil pengukuran pada Tabel1 dapat dilukiskan secara grafik hubungan
kapasitansi dengan temperatur kalsinasi pada komposit TiO2 – arang aktif kulit biji mete
adalah sebagai berikut:
0.12
kapasitansi (F)
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
200
400
600
800
1000
temperatur kalsinasi (ºC)
Gambar3.Grafik hubungan antara suhu kalsinasi terhadap kapasitansi
Grafik hubungan kapasitansi superkapasitor dan temperatur kalsinasi (400 oC,
550oC, 700oC, 850oC, hingga 1000oC) memperlihatkan nilai kapasitansi yang dihasilkan
tidak stabil. Hal ini terlihat dari kapasitansi yang dihasilkan pada temperatur 400oC yaitu
0,059F, sedangkan pada temperatur 550oC sebesar 0,057F, dari nilai kapasitansi yang
dihasilkan jelas terlihat bahwa nilainya mengalami penurunan sedangkan pada
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
temperatur 700oC nilai kapasitansinya kembali mengalami kenaikan yaitu 0,1F dan pada
temperatur berikutnya mengalami penurunan kembali.
2. BentukGelombangTeganganMasukandanTeganganKeluaran
Gambar3.Gelombangteganganmasukandankeluaranpadatemperaur400oC.
Gambar 4.Gelombangteganganmasukandankeluaranpadatemperatur550oC.
Gambar 4.Gelombangteganganmasukandankeluaranpadatemperatur700oC.
3. Waktu Pengisiandan Pengosongan Superkapasitor
100
perfomance (s)
80
60
Waktu Pengisian
40
Waktu Pengosongan
20
0
400
550
700
850
1000
Temperatur kalsinasi(ºC)
Gambar 5. Grafik hubungan antara temperatur kalsinasi terhadap waktu pengisian
dan pengosongan
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
.
Pada sampel komposit TiO2-arang
aktif yang dikalsinasi pada temperatur
o
permukaannya
semakin
besar
dan
400 C nilai kapasitansi yang terukur
begitupula
dengan
yaitu 0,059713376 F Selanjutnya pada
sedangkan
teori
temperatur 550oC nilai kapasitansi yang
berdasarkan
terukur yaitu 0,057088121, sedangkan
dilakukan
mengatakan
pada temperatur 700 C nilai kapasitansi
meningkatnya
temperatur
yang terukur yaitu 0,109778657. Sampel
aktivasi cenderung menaikan kadar abu
dengan temperatur 850oC menghasilkan
dan akibat dari munculnya abu tersebut
nilai kapasitansi sebesar 0,009842779 F,
akan menutupi pori-pori arang aktif.
o
o
ukuran
pori,
benaddi
penelitian
(2002)
yang
telah
bahwa
dan
lama
sedangkan untuk temperatur 1000 C
Dari
nilai kapasitansi yang terukur yaitu
dikaitkan dengan penelitian ini maka
0,000689 F. Data yang dihasilkan
jelas bahwa ketika komposit TiO2- arang
terlihat bahwa nilai kapasitansi dengan
aktif yang diberikan perlakuan panas di
o
beberapa
penelitian
tersebut
temperatur diatas 700 C mengalami
atas 700oC luas permukaannya akan
penurunan,
lebih
semakin besar dan ukuran porinya akan
rendah dibandingkan dengan temperatur
semakin lebar, namun ukuran pori yang
hasilnyapun
jauh
o
di bawah 700 C, artinya bahwa arang
o
diharapkan adalah ukuran pori dimana
aktif pada temperatur di atas 700 C
ion-ion elektrolit dapat masuk ke dalam
merupakan arang yang tidak layak untuk
pori. [8-10].
digunakan
sebagai
bahan
elektroda
superkapasitor.
Ada
IV.
banyak
faktor
yang
menyebabkan besarnya nilai kapasitansi
pada
temperatur
Berdasarkan
di
rujukan
700oC.
atas
penelitian
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang
telah dilakukan
kalsinasi
bahwa temperatur
mempengaruhi
kapasitansi
superkapasitor
nilai
komposit
sebelumnya yang telah dilakukan oleh
TiO2- arang aktif. Temperatur kalsinasi
Tanaka (1996) teorinya menyatakan
mampu
bahwa “ eningka nya e pera ur dan
struktur kristal
lama aktivasi menyebabkan luas
komposit TiO2- arang aktif, sehingga
merubah
luas
permukaan,
dan ukuran pori pada
dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi
temperatur
kalsinasi
maka
rendah nilai kapasitansinya.
37
semakin
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
Y.
DAFTAR PUSTAKA
[1] An, K. H., Kim, W. S., Park, Y. S.,
(2001),
Using
Supercapacitors
Single-Walled
Carbon
Choi, Y. C., Lee, S. M., Chung, D.
Nan.otube Electrodes, Adv. Mater.
C., Bae, D. J., Lim, S. C., and Lee,
vol. 13, no. 7, pp. 497-500.
[2] Martin, R.. 2012. Pengaruh Kalsinasi
(Temperatur
[3]
H.,
dan
Durasi)
calcination
temperature
on
the
dari
physical–chemical properties and
Kaolinit/TiO2 Komposit pada Sifat
photocatalytic activities of Ni,La
Fisikokimia
codoped
dan
pada
Hasil
SrTiO3.
Journal
of
Pengurangan CO2 Fotokatalitik. Vol
Hazardous
LVIII, No 4.p.10-22, ISSN 1802-
CLXXVIII, Nr. 1-3, pp. 233-242.
5420.
ISSN 0304-3894.
Ariyanto
T.,
Rochmadi,
P.
(2012).
Imam,
2010,
dan
[7] Mclucas, Jim. 2010. Design Ideas
Pengaruh
Circuit Synchronizes Sensors and
Struktur Pori terhadap Kapasitansi
Elektroda
Materials.
Superkapasitor
Cameras.
yang
[8] Putu, Gusti. 2015. Analisis Sifat
dibuat dari Karbon Nanopori. Jurnal
Listrik Komposit TiO2 – Arang
Reactor,Vol. 14 No. 1, April 2012,
Aktif dari Kulit Biji Mete. Skripsi.
Hal, 25-32.
FKIP
[4] Endo, T.,Kim, K., and Ishi, (2001).
High Power Electric Doble Layer
Universitaas
Halu
Oleo.
karbon
aktif,
Kendari:
[9]
Anonim,
2014c,
Capacitor (EDLCs); from Operating
http://www.thomasnet.com/karbon_
Principle Size in advanced Activated
aktif.php. Diakses pada tanggal 11
Carbons. Carbon Science, Vol 1, pp.
Mei 2014
117-128.
[10] Shukla, A.K., Sampath, S., and
[5] Haniffudin, N, D. Susanti,Pengaruh
Vijayamohanan,
Variasi Temperatur Karbonisasi dan
Electrochemical
Temperatur Aktivasi Fisika dari
Energy Storage Beyond Batteries,
Elektroda Karbon Aktif Tempurung
Current Science, vol. 79, no. 12.
Kelapa dan Tempurung Kluwak
terhadap Nilai Kapasitansi Electric
Double Layer Capacitor (EDLC).
ITS. Surabaya.
[6] Jia, A.; Liang, X.; Su, Z.; Zhu, T.;
Liu, S. Synthesis and the effect of
37
K.,
(2000),
Supercapacitors:
PENGARUH TEMPERATUR KALSINASI TERHADAP KAPASITANSI
SUPERKAPASITOR PADA KOMPOSIT TIO2 ARANG
AKTIF KULIT BIJI METE
Muhammad Anas dan Hunaidah
Jurusan Pendidikan Fisika FKIP, Universitas Halu Oleo, Kendari
Email : anas_colle@yahoo.com
ABSTRACT
The research problem would be solved in this research is the dependence TiO2-activated
carbon composite of the cashew nut shell against the capacitance supercapacitor on the
calcination temperature. To solve the problems, we determine the influence of calcination
temperature on the capacitance supercapacitor to the composite TiO2-activated charcoal
cashew nut shell. The composite TiO2 - activated charcoal cashew nut shell passed
through a heating process for 5 hours with calcination varies temperature. The activated
composite then used as a supercapacitor electrode material. Some characteristic of the
electrode are reported.
Keywords: Calcination temperature, supercapasitor, cashew nut shell, TiO2-activated
carbon compositee
mempunyai luas permukaan yang besar,
A. PENDAHULUAN
Dari tahun ke tahun kebutuhan
kemampuan menyimpan enegi yang
energi listrik terus meningkat. Energi
besar, prinsip yang sederhana dan
listrik
kontruksi yang mudah [1]
menjadi
kebutuhan
pokok
manusia di segala sektor, baik dalam
Superkapasitor merupakan salah
sektor industri, telekomunikasi maupun
satu devais penyimpanan energi yang
transportasi. Oleh karena itu harus
berkapasitansi
dilakukan penghematan energi listrik,
Equivalent Series Resistant (ESR) yang
salah satunya dengan menggunakan alat-
rendah serta memiliki waktu pakai yang
alat elektronik yang efisien dan hemat
lama dibanding baterai. Pada dasarnya,
energi.
prinsip dari superkapasitor ini sama
Superkapasitor
penyimpan energi
sebagai
alat
dan arang aktif
biasanya dipilih sebagai bahan elektroda
dengan
baterai
tinggi,
sekunder
memiliki
yaitu
menggunakan sistem elektroda (anoda
dalam pembuatan superkapasitor karena
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
dan katoda) dan sistem elektrolit. Dalam
baterai, proses penyimpanan muatan
berlangsung
yaitu
kemudian diaktivasi menjadi arang aktif
perpindahan elektron melewati interface
dan selanjutnya arang aktif tersebut akan
elektroda,
sedangkan
dijadikan sebagai bahan elektroda dalam
superkapasitor
proses
secara
Faradaic,
dalam
penyimpanan
pembuatan
superkapasitor.Selanjutnya
muatan adalah non-Faradaic yaitu tidak
arang yang telah diaktivasi dicampurkan
ada transfer elektron melewati interface
dengan beberapa bahan kimia sehingga
elektroda. [2]
membentuk komposit dan diaktivasi
Berdasarkan penelitian terdahulu
yang
melihat
(temperatur
pengaruh
dan
kalsinasi
durasi)
dari
kembali
dengan
menggunakan
temperatur kalsinasi selama beberapa
jam.
Kalsinasi
dilakukan
pada
kaolinit/TiO2 komposit pada sifat fisiko
temperatur tinggi tanpa terjadi pelelehan
kimia dan pada hasil pengurangan CO2
dan disertai dengan penambahan reagen.
fotokatalitik. Ditetapkan bahwa kondisi
kalsinasi
yang
berbeda
tidak
II LANDASAN TEORI
mempengaruhi komposisi fase TiO2,
Temperatur kalsinasi merupakan
hanya garis difraksi anatase ditemukan
bentuk perlakuan panas pada komposit
dalam
semua
sampel
kaolinit/TiO2.
TiO2-arang aktif kulit biji mete yang
sedikit
kalsinasi
bertujuan mengubah suatu senyawa
mempengaruhi luas permukaan spesifik
karbon menjadi senyawa oksida, namun
komposit
masih dibawah titik leleh. Pemanasan
Penurunan
dengan
kaolinit/TiO2 dibandingkan
tanpa
kalsinasi
komposit
dengan cara kalsinasi yang diberikan
yang
pada komposit TiO2 – arang aktif kulit
terkait erat dengan suhu sertadurasi
biji mete merupakan bentuk aktivasi
kalsinasi. Ukuran kristal meningkat
terhadap komposit tersebut. Kalsinasi
dengan peningkatan suhu kalsinasi dan
selama 5 jam mampu merubah struktur
durasi. Hasil tertinggi yang diperoleh
penyusun dari komposit TiO2 – arang
atas
aktif.
kaolinit/TiO2.
katalis
dari18-23nm;
Ukuran
dengan
kristal
ukuran
sampel
kristal
Superkapasitor
tersebut
sebagai
alat
dikalsinasi pada 600°C untuk waktu
penyimpan energi , telah digunakan
yang berbeda 1 jam, 2jam, dan 3jam [3]
secara luas pada bidang elektronik dan
Pada penelitian ini, limbah kulit
biji mete diolah menjadi arang. Arang
transportasi,
seperti
sistem
telekomunikasi digital, komputer dan
yang telah melewati proses karbonasi
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
pulse layer system, hybrid electrical
vehicles,
dan
Superkapasitor
kelebihan
sebagainya
memiliki
dibanding
[6].
banyak
dengan
Kapasitor
dengan persamaan tegangan
VC VS (e
penyimpan energi yang lain seperti
memiliki jumlah siklus yang relatif
banyak (>100000 siklus),
energi
yang
tinggi,
kerapatan
suatu
kapasitor
adalah
disederhanakan menjadi:
1
sesuai
VC VS (1 e
)
V IN
VOu t
(1)
Arus I akan berhenti mengalir
sama dengan tegangan sumber V S ,
2
1
Digunakan hubungan
dengan
(I=0) pada saat tegangan kapasitor C
(4)
R
XC
C
RC
V IN
VOut
0
untuk XC, hasil yang di dapat yaitu:
persamaan berikut:
t
2
Setelah menyelesaikan persamaan
tegangan pada kapasitor akan naik
eksponensial
R2
X C2
sumber melalui hambatan ke kapasitor,
secara
.(3)
XC
Dari persamaan di atas dapat
pengisian dan pengosongan muatannya.
ditutup maka akan mengalir arus dari
R 2 X C2
V IN
VOut
saat
Dalam rangkaian RC apabila saklar
(2)
)
masukan dan tegangan keluaran, yaitu:
Dua hal yang perlu diperhatikan
pada
RC
dihitung dengan perbandingan tegangan
menyimpanenergi yang besar, prinsip
mudah [1,6]
t
Kapasitansi dan induktansi dapat
kemampuan
yang sederhana dankonstruksi yang
mengeluarkan
kembali energi listrik yang disimpannya
alat
batrey. Dari sisi teknis superkapasitor
akan
1
2fX C
(6)
Persamaan dasar yang digunakan
untuk mendapatkan nilai kapasitansi
yaitu:
proses tersebut dinamakan pengisian
kapasitor.
C
37
V IN
VOut
2
2Rf
1
.(7)
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
Kapasitansi
spesifik
dari
sehingga mencapai temperatur kamar
superkapasitor dapat dihitung dengan
hingga hari kedua. Selanjutnya pada hari
persamaan berikut:
kedua diberikan perlakuan yang sama
seperti sebelumnya yakni 1 jam pertama
temperaturnya dinaikan dan selanjutnya
Dimana,
adalah kapasitansi
spesifik elektroda tunggal dari bahan
elektroda,
adalah arus listrik,
diturunkan
pada
temperatur
kamar,
begitupula pada hari ketiga. Setelah
direaksikan dalam autoklave, komposit
adalah waktu,
adalah perubahan
tegangan, dan
adalah massa bahan
HCL sebesar 500 ml. Komposit yang
elektroda dalam satu elektroda [7-
telah menjadi bubur kemudian disaring
10]
dan dicuci dengan aquadest, selanjutnya
1. Pembuatan Komposit
komposit tersebut dimasukan ke dalam
Pembuatan komposit dilakukan
dengan proses pencampuran arang dan
tersebut diaduk dan ditambahkan 0,05 M
oven.
2. Pemanasan
TiO2 dengan perbandingan 1,33g arang
aktif
dan
3,5g
TiO2
dengan
dengan
temperatur
Kalsinasi
Pemanasan
dilakukan
dengan
menggunakan
blender,
selanjutnya
memasukan sampel (komposit TiO2-
ditambahkan
NaOH
sehingga
arang aktif) ke dalamtanurselama 5 jam
membentuk seperti bubur dengan lama
untukmasing-masingsampel.
pengadukan
proses
pengadukan,
1
bubur
jam.
Setelah
disiapkan
Untuk
pemanasaninitemperaturkalsinasidivaria
direaksikan dalam autoklaf pada 125oC
sikanyaitu 400oC, 550oC, 700oC, 850oC,
selama 72 jam (tiga hari tiga malam).
hingga 1000oC
Temperatur awal yang diberikan yaitu
125 oC selama beberapa jam, kemudian
setelah mencapai temperatur 125 oC
maka temperaturnya diturunkan
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
3. Pembuatan dan pengukuran superkapasitor
a. Wadah
Kolektor
(plat tembaga)
Bahan elektroda
Komposit TiO2-arang aktif
separator
(mika)
Kawat tembaga
1
,2cm
1,5cm
2cm
Gambar 1. Pembuatan wadah superkapasitor
Wadah kapasitor berukuran panjang 2 cm, lebar 1,2 cm, dan tinggi 1,5 cm. Sisi
kanan dan kiri wadah tersebut diberi lubang, selanjutnya kawat tersebut akan
dihubungkan dengan plat tembaga yang berfungsi sebagai kolektor yang berukuran 1,3
mm x 0,8 mm. Selain itu terdapat separator yang berbahan mika dengan ukuran yang
sama dan ketebalan 0,15mm.
b. Penyisipan komposit ke dalam wadah superkapasitor
Komposit yang telah dikalsinasi dimasukan ke dalam wadah dan diteteskan larutan
elektrolit (LiNO3). Komposit yang terisi dalam wadah sebanyak 0,7 gr tiap satu
superkapasitor. Superkapasitor terdiri atas bahan elektroda, separator, kolektor, dan
larutan elektrolit.
c. Pengukuransuperkapasitor
Keterangan:
1.
2.
3.
4.
Osiloskop
Signal generator
Potensiometer
Resistor
5. Kapasitor
Gambar 2. Desain pengukuran kapasitansi superkapasitor
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. KapasitansiSuperkapasitorKomposit TiO2-Arang AktifKulitBiji Mete
Tabel
1.
Parameter
Sel
Superkapasitor
Elektroda
Arang
Aktif
dengan
Memvariasikan Temperatur kalsinasi
N
Temperatur
f
VIN
VOut
R
(oC)
(Hz)
(Volt)
(Volt)
(Ohm)
1.
400
0,005
3,4
1,6
2.
550
0,005
3,12
3.
700
0,003
4.
850
5.
1000
O
.
VIN/
VOut
C (Farrad)
1000
1,6
0,05971337
1,52
1000
1,52
0,05708812
3,4
1,48
1000
1,48
0,10977865
0,029
3,12
1,52
1000
1,52
0,00984277
0,4
3,04
1,52
1000
1,52
0,00068951
Berdasarkan hasil pengukuran pada Tabel1 dapat dilukiskan secara grafik hubungan
kapasitansi dengan temperatur kalsinasi pada komposit TiO2 – arang aktif kulit biji mete
adalah sebagai berikut:
0.12
kapasitansi (F)
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
200
400
600
800
1000
temperatur kalsinasi (ºC)
Gambar3.Grafik hubungan antara suhu kalsinasi terhadap kapasitansi
Grafik hubungan kapasitansi superkapasitor dan temperatur kalsinasi (400 oC,
550oC, 700oC, 850oC, hingga 1000oC) memperlihatkan nilai kapasitansi yang dihasilkan
tidak stabil. Hal ini terlihat dari kapasitansi yang dihasilkan pada temperatur 400oC yaitu
0,059F, sedangkan pada temperatur 550oC sebesar 0,057F, dari nilai kapasitansi yang
dihasilkan jelas terlihat bahwa nilainya mengalami penurunan sedangkan pada
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
temperatur 700oC nilai kapasitansinya kembali mengalami kenaikan yaitu 0,1F dan pada
temperatur berikutnya mengalami penurunan kembali.
2. BentukGelombangTeganganMasukandanTeganganKeluaran
Gambar3.Gelombangteganganmasukandankeluaranpadatemperaur400oC.
Gambar 4.Gelombangteganganmasukandankeluaranpadatemperatur550oC.
Gambar 4.Gelombangteganganmasukandankeluaranpadatemperatur700oC.
3. Waktu Pengisiandan Pengosongan Superkapasitor
100
perfomance (s)
80
60
Waktu Pengisian
40
Waktu Pengosongan
20
0
400
550
700
850
1000
Temperatur kalsinasi(ºC)
Gambar 5. Grafik hubungan antara temperatur kalsinasi terhadap waktu pengisian
dan pengosongan
37
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
.
Pada sampel komposit TiO2-arang
aktif yang dikalsinasi pada temperatur
o
permukaannya
semakin
besar
dan
400 C nilai kapasitansi yang terukur
begitupula
dengan
yaitu 0,059713376 F Selanjutnya pada
sedangkan
teori
temperatur 550oC nilai kapasitansi yang
berdasarkan
terukur yaitu 0,057088121, sedangkan
dilakukan
mengatakan
pada temperatur 700 C nilai kapasitansi
meningkatnya
temperatur
yang terukur yaitu 0,109778657. Sampel
aktivasi cenderung menaikan kadar abu
dengan temperatur 850oC menghasilkan
dan akibat dari munculnya abu tersebut
nilai kapasitansi sebesar 0,009842779 F,
akan menutupi pori-pori arang aktif.
o
o
ukuran
pori,
benaddi
penelitian
(2002)
yang
telah
bahwa
dan
lama
sedangkan untuk temperatur 1000 C
Dari
nilai kapasitansi yang terukur yaitu
dikaitkan dengan penelitian ini maka
0,000689 F. Data yang dihasilkan
jelas bahwa ketika komposit TiO2- arang
terlihat bahwa nilai kapasitansi dengan
aktif yang diberikan perlakuan panas di
o
beberapa
penelitian
tersebut
temperatur diatas 700 C mengalami
atas 700oC luas permukaannya akan
penurunan,
lebih
semakin besar dan ukuran porinya akan
rendah dibandingkan dengan temperatur
semakin lebar, namun ukuran pori yang
hasilnyapun
jauh
o
di bawah 700 C, artinya bahwa arang
o
diharapkan adalah ukuran pori dimana
aktif pada temperatur di atas 700 C
ion-ion elektrolit dapat masuk ke dalam
merupakan arang yang tidak layak untuk
pori. [8-10].
digunakan
sebagai
bahan
elektroda
superkapasitor.
Ada
IV.
banyak
faktor
yang
menyebabkan besarnya nilai kapasitansi
pada
temperatur
Berdasarkan
di
rujukan
700oC.
atas
penelitian
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang
telah dilakukan
kalsinasi
bahwa temperatur
mempengaruhi
kapasitansi
superkapasitor
nilai
komposit
sebelumnya yang telah dilakukan oleh
TiO2- arang aktif. Temperatur kalsinasi
Tanaka (1996) teorinya menyatakan
mampu
bahwa “ eningka nya e pera ur dan
struktur kristal
lama aktivasi menyebabkan luas
komposit TiO2- arang aktif, sehingga
merubah
luas
permukaan,
dan ukuran pori pada
dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi
temperatur
kalsinasi
maka
rendah nilai kapasitansinya.
37
semakin
Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)
Y.
DAFTAR PUSTAKA
[1] An, K. H., Kim, W. S., Park, Y. S.,
(2001),
Using
Supercapacitors
Single-Walled
Carbon
Choi, Y. C., Lee, S. M., Chung, D.
Nan.otube Electrodes, Adv. Mater.
C., Bae, D. J., Lim, S. C., and Lee,
vol. 13, no. 7, pp. 497-500.
[2] Martin, R.. 2012. Pengaruh Kalsinasi
(Temperatur
[3]
H.,
dan
Durasi)
calcination
temperature
on
the
dari
physical–chemical properties and
Kaolinit/TiO2 Komposit pada Sifat
photocatalytic activities of Ni,La
Fisikokimia
codoped
dan
pada
Hasil
SrTiO3.
Journal
of
Pengurangan CO2 Fotokatalitik. Vol
Hazardous
LVIII, No 4.p.10-22, ISSN 1802-
CLXXVIII, Nr. 1-3, pp. 233-242.
5420.
ISSN 0304-3894.
Ariyanto
T.,
Rochmadi,
P.
(2012).
Imam,
2010,
dan
[7] Mclucas, Jim. 2010. Design Ideas
Pengaruh
Circuit Synchronizes Sensors and
Struktur Pori terhadap Kapasitansi
Elektroda
Materials.
Superkapasitor
Cameras.
yang
[8] Putu, Gusti. 2015. Analisis Sifat
dibuat dari Karbon Nanopori. Jurnal
Listrik Komposit TiO2 – Arang
Reactor,Vol. 14 No. 1, April 2012,
Aktif dari Kulit Biji Mete. Skripsi.
Hal, 25-32.
FKIP
[4] Endo, T.,Kim, K., and Ishi, (2001).
High Power Electric Doble Layer
Universitaas
Halu
Oleo.
karbon
aktif,
Kendari:
[9]
Anonim,
2014c,
Capacitor (EDLCs); from Operating
http://www.thomasnet.com/karbon_
Principle Size in advanced Activated
aktif.php. Diakses pada tanggal 11
Carbons. Carbon Science, Vol 1, pp.
Mei 2014
117-128.
[10] Shukla, A.K., Sampath, S., and
[5] Haniffudin, N, D. Susanti,Pengaruh
Vijayamohanan,
Variasi Temperatur Karbonisasi dan
Electrochemical
Temperatur Aktivasi Fisika dari
Energy Storage Beyond Batteries,
Elektroda Karbon Aktif Tempurung
Current Science, vol. 79, no. 12.
Kelapa dan Tempurung Kluwak
terhadap Nilai Kapasitansi Electric
Double Layer Capacitor (EDLC).
ITS. Surabaya.
[6] Jia, A.; Liang, X.; Su, Z.; Zhu, T.;
Liu, S. Synthesis and the effect of
37
K.,
(2000),
Supercapacitors: