37
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
A. PENDAHULUAN
Dari tahun ke tahun kebutuhan energi listrik terus meningkat. Energi listrik menjadi kebutuhan pokok manusia di segala sektor, baik dalam sektor industri, telekomunikasi maupun transportasi. Oleh karena itu harus dilakukan penghematan energi listrik, salah satunya dengan menggunakan alat-alat elektronik yang efisien dan hemat energi. Superkapasitor sebagai alat penyimpan energi dan arang aktif biasanya dipilih sebagai bahan elektroda dalam pembuatan superkapasitor karena
mempunyai luas permukaan yang besar, kemampuan menyimpan enegi yang besar, prinsip yang sederhana dan kontruksi yang mudah [1]
37
dan katoda) dan sistem elektrolit. Dalam baterai, proses penyimpanan muatan berlangsung secara Faradaic, yaitu
perpindahan elektron melewati interface
elektroda, sedangkan dalam superkapasitor proses penyimpanan muatan adalah non-Faradaic yaitu tidak ada transfer elektron melewati interface
elektroda. [2]
Berdasarkan penelitian terdahulu yang melihat pengaruh kalsinasi (temperatur dan durasi) dari kaolinit/TiO2 komposit pada sifat fisiko kimia dan pada hasil pengurangan CO2 fotokatalitik. Ditetapkan bahwa kondisi kalsinasi yang berbeda tidak mempengaruhi komposisi fase TiO2, hanya garis difraksi anatase ditemukan dalam semua sampel kaolinit/TiO2. Penurunan sedikit kalsinasi mempengaruhi luas permukaan spesifik komposit kaolinit/TiO2 dibandingkan dengan tanpa kalsinasi komposit kaolinit/TiO2. Ukuran kristal yang terkait erat dengan suhu sertadurasi kalsinasi. Ukuran kristal meningkat dengan peningkatan suhu kalsinasi dan durasi. Hasil tertinggi yang diperoleh atas katalis dengan ukuran kristal dari18-23nm; sampel tersebut dikalsinasi pada 600°C untuk waktu yang berbeda 1 jam, 2jam, dan 3jam [3]
Pada penelitian ini, limbah kulit biji mete diolah menjadi arang. Arang yang telah melewati proses karbonasi
kemudian diaktivasi menjadi arang aktif dan selanjutnya arang aktif tersebut akan dijadikan sebagai bahan elektroda dalam pembuatan superkapasitor.Selanjutnya arang yang telah diaktivasi dicampurkan dengan beberapa bahan kimia sehingga membentuk komposit dan diaktivasi kembali dengan menggunakan temperatur kalsinasi selama beberapa jam. Kalsinasi dilakukan pada temperatur tinggi tanpa terjadi pelelehan dan disertai dengan penambahan reagen.
II LANDASAN TEORI
Temperatur kalsinasi merupakan bentuk perlakuan panas pada komposit TiO2-arang aktif kulit biji mete yang bertujuan mengubah suatu senyawa karbon menjadi senyawa oksida, namun masih dibawah titik leleh. Pemanasan dengan cara kalsinasi yang diberikan pada komposit TiO2 – arang aktif kulit biji mete merupakan bentuk aktivasi terhadap komposit tersebut. Kalsinasi selama 5 jam mampu merubah struktur penyusun dari komposit TiO2 – arang aktif.
37
pulse layer system, hybrid electrical
vehicles, dan sebagainya [6].
Superkapasitor memiliki banyak kelebihan dibanding dengan alat penyimpan energi yang lain seperti batrey. Dari sisi teknis superkapasitor memiliki jumlah siklus yang relatif banyak (>100000 siklus), kerapatan energi yang tinggi, kemampuan menyimpanenergi yang besar, prinsip yang sederhana dankonstruksi yang mudah [1,6]
Dua hal yang perlu diperhatikan pada suatu kapasitor adalah saat pengisian dan pengosongan muatannya. Dalam rangkaian RC apabila saklar ditutup maka akan mengalir arus dari sumber melalui hambatan ke kapasitor, tegangan pada kapasitor akan naik secara eksponensial sesuai dengan persamaan berikut: proses tersebut dinamakan pengisian kapasitor.
Kapasitor akan mengeluarkan kembali energi listrik yang disimpannya dengan persamaan tegangan
)
(
tRC SC
V
e
V
(2)Kapasitansi dan induktansi dapat
dihitung dengan perbandingan tegangan
masukan dan tegangan keluaran, yaitu:
C
Setelah menyelesaikan persamaan untuk XC, hasil yang di dapat yaitu:
Digunakan hubungan
C
37 Kapasitansi spesifik dari
superkapasitor dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Dimana, adalah kapasitansi spesifik elektroda tunggal dari bahan elektroda, adalah arus listrik, adalah waktu, adalah perubahan tegangan, dan adalah massa bahan elektroda dalam satu elektroda [7-10]
1. Pembuatan Komposit
Pembuatan komposit dilakukan dengan proses pencampuran arang dan TiO2 dengan perbandingan 1,33g arang aktif dan 3,5g TiO2 dengan menggunakan blender, selanjutnya
ditambahkan NaOH sehingga
membentuk seperti bubur dengan lama pengadukan 1 jam. Setelah pengadukan, bubur disiapkan direaksikan dalam autoklaf pada 125oC selama 72 jam (tiga hari tiga malam). Temperatur awal yang diberikan yaitu 125 oC selama beberapa jam, kemudian setelah mencapai temperatur 125 oC maka temperaturnya diturunkan
sehingga mencapai temperatur kamar hingga hari kedua. Selanjutnya pada hari kedua diberikan perlakuan yang sama seperti sebelumnya yakni 1 jam pertama temperaturnya dinaikan dan selanjutnya diturunkan pada temperatur kamar, begitupula pada hari ketiga. Setelah direaksikan dalam autoklave, komposit tersebut diaduk dan ditambahkan 0,05 M HCL sebesar 500 ml. Komposit yang telah menjadi bubur kemudian disaring dan dicuci dengan aquadest, selanjutnya komposit tersebut dimasukan ke dalam oven.
2. Pemanasan dengan temperatur Kalsinasi
Pemanasan dilakukan dengan memasukan sampel (komposit TiO2-arang aktif) ke dalamtanurselama 5 jam untukmasing-masingsampel. Untuk proses
37 3. Pembuatan dan pengukuran superkapasitor
a. Wadah
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
Gambar 2. Desain pengukuran kapasitansi superkapasitor
Kolektor (plat tembaga)
separator (mika) Bahan elektroda
Komposit TiO2-arang aktif
2cm
1,5cm 1
,2cm Kawat tembaga
Keterangan:
1. Osiloskop 2. Signal generator 3. Potensiometer 4. Resistor
37
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. KapasitansiSuperkapasitorKomposit TiO2-Arang AktifKulitBiji Mete
Tabel 1. Parameter Sel Superkapasitor Elektroda Arang Aktif dengan Memvariasikan Temperatur kalsinasi
N
O
.
Temperatur
(oC)
f
(Hz)
VIN
(Volt)
VOut
(Volt)
R
(Ohm)
VIN/
VOut C (Farrad)
1. 400 0,005 3,4 1,6 1000 1,6 0,05971337
2. 550 0,005 3,12 1,52 1000 1,52 0,05708812
3. 700 0,003 3,4 1,48 1000 1,48 0,10977865
4. 850 0,029 3,12 1,52 1000 1,52 0,00984277
5. 1000 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:
Gambar3.Grafik hubungan antara suhu kalsinasi terhadap kapasitansi
Grafik hubungan kapasitansi superkapasitor dan temperatur kalsinasi (400oC, 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
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
0 200 400 600 800 1000
k
a
pa
sit
a
ns
i
(F
)
37
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
Gambar 5. Grafik hubungan antara temperatur kalsinasi terhadap waktu pengisian dan pengosongan
0 20 40 60 80 100
400 550 700 850 1000
p
e
rfom
an
ce
(s)
Temperatur kalsinasi(ºC)
Waktu Pengisian
37 .
Pada sampel komposit TiO2-arang aktif yang dikalsinasi pada temperatur 400oC nilai kapasitansi yang terukur yaitu 0,059713376 F Selanjutnya pada temperatur 550oC nilai kapasitansi yang terukur yaitu 0,057088121, sedangkan pada temperatur 700oC nilai kapasitansi yang terukur yaitu 0,109778657. Sampel dengan temperatur 850oC menghasilkan nilai kapasitansi sebesar 0,009842779 F, sedangkan untuk temperatur 1000oC nilai kapasitansi yang terukur yaitu 0,000689 F. Data yang dihasilkan terlihat bahwa nilai kapasitansi dengan temperatur diatas 700oC mengalami penurunan, hasilnyapun jauh lebih rendah dibandingkan dengan temperatur di bawah 700oC, artinya bahwa arang aktif pada temperatur di atas 700oC merupakan arang yang tidak layak untuk digunakan sebagai bahan elektroda superkapasitor.
Ada banyak faktor yang menyebabkan besarnya nilai kapasitansi pada temperatur di atas 700oC. Berdasarkan rujukan penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Tanaka (1996) teorinya menyatakan
bahwa “ eningka nya e pera ur dan
lama aktivasi menyebabkan luas
permukaannya semakin besar dan begitupula dengan ukuran pori, sedangkan teori benaddi (2002) berdasarkan penelitian yang telah dilakukan mengatakan bahwa meningkatnya temperatur dan lama aktivasi cenderung menaikan kadar abu dan akibat dari munculnya abu tersebut akan menutupi pori-pori arang aktif. Dari beberapa penelitian tersebut dikaitkan dengan penelitian ini maka jelas bahwa ketika komposit TiO2- arang aktif yang diberikan perlakuan panas di atas 700oC luas permukaannya akan semakin besar dan ukuran porinya akan semakin lebar, namun ukuran pori yang diharapkan adalah ukuran pori dimana ion-ion elektrolit dapat masuk ke dalam pori. [8-10].
IV. KESIMPULAN
37 DAFTAR PUSTAKA
[1] An, K. H., Kim, W. S., Park, Y. S., Choi, Y. C., Lee, S. M., Chung, D. C., Bae, D. J., Lim, S. C., and Lee,
Y. H., (2001), Supercapacitors Using Single-Walled Carbon Nan.otube Electrodes, Adv. Mater. vol. 13, no. 7, pp. 497-500.
[2] Martin, R.. 2012. Pengaruh Kalsinasi (Temperatur dan Durasi) dari Kaolinit/TiO2 Komposit pada Sifat Fisikokimia dan pada Hasil Pengurangan CO2 Fotokatalitik. Vol LVIII, No 4.p.10-22, ISSN 1802-5420.
[3] Ariyanto T., P. Imam, dan Rochmadi, (2012). Pengaruh Struktur Pori terhadap Kapasitansi Elektroda Superkapasitor yang dibuat dari Karbon Nanopori. Jurnal Reactor,Vol. 14 No. 1, April 2012, Hal, 25-32.
[4] Endo, T.,Kim, K., and Ishi, (2001). High Power Electric Doble Layer Capacitor (EDLCs); from Operating Principle Size in advanced Activated Carbons. Carbon Science, Vol 1, pp. 117-128.
[5] Haniffudin, N, D. Susanti,Pengaruh Variasi Temperatur Karbonisasi dan Temperatur Aktivasi Fisika dari Elektroda Karbon Aktif Tempurung 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
calcination temperature on the physical–chemical properties and photocatalytic activities of Ni,La codoped SrTiO3. Journal of Hazardous Materials. 2010, CLXXVIII, Nr. 1-3, pp. 233-242. ISSN 0304-3894.
[7] Mclucas, Jim. 2010. Design Ideas Circuit Synchronizes Sensors and Cameras.
[8] Putu, Gusti. 2015. Analisis Sifat Listrik Komposit TiO2 – Arang Aktif dari Kulit Biji Mete. Skripsi. FKIP Universitaas Halu Oleo. Kendari:
[9] Anonim, 2014c, karbon aktif,
http://www.thomasnet.com/karbon_
aktif.php. Diakses pada tanggal 11 Mei 2014
