PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanfaatan limbah ampas kopi antara lain pembuatan ampas kopi sebagai anoda baterai ion natrium (Gao et al, 2018). Hasil survei yang diperoleh dari beberapa kedai kopi penghasil limbah bubuk kopi rata-rata memiliki massa 4 kg per hari.
Rumusan Masalah
Limbah bubuk kopi menjelaskan bahwa penambahan kalium hidroksida (KOH) yang dimasukkan ke dalam larutan basa kuat dapat meningkatkan sifat fisik bahan dan juga elektrokimia yang terjadi pada bubuk kopi ketika dicampur (Chiang et al., 2020). Penelitian ini akan mengkaji bahan dasar bubuk kopi dengan campuran natrium hidroksida (NaOH) menjadi bio-baterai elektrolit.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini menggunakan NaOH yang merupakan larutan basa kuat karena mudah ditemukan di Indonesia (Gómez-Urbano et al, 2020).
Batasan Masalah
Manfaat
Kerangka Pemikiran Penelitian
27 Timbangan digital, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.6, digunakan untuk menentukan massa ampas kopi. Pengeringan ampas bubuk kopi pada suhu 450℃ dicampur dengan larutan NaOH dengan penambahan aquades 50% dan diperoleh nilai arus sebesar 7 mA.
TINJAUAN PUSTAKA
Energi Listrik
Tegangan pada baterai dapat diatur dalam watt-jam seperti ditunjukkan pada Persamaan 2.4. Tentukan kapasitas baterai dalam satu sel baterai seperti terlihat pada persamaan 2.5 (Susanti et al., 2019):
Seri dan Paralel
Kinerja baterai juga sangat dipengaruhi oleh kondisi seperti beban yang dialiri listrik oleh baterai, suhu, dll. (Rahmawan, 2018).
Elektrokimia
Susunan deret volta ditunjukkan pada Tabel 2.1 yang menunjukkan bahwa semakin rendah unsur deret volta maka semakin mudah tereduksi dan sulit teroksidasi, sedangkan semakin tinggi deret volta maka semakin mudah teroksidasi dan sulit teroksidasi. . untuk mengurangi dan semakin aktif. Pada penelitian ini digunakan pelat tembaga (Cu) sebagai katoda dan pelat seng (Zn) sebagai anoda untuk membuat sel volta.
Baterai
Kopi
Kopi yang menghasilkan sejumlah residu baik pada biji kopi maupun bubuk kopi setelah kopi melewati proses pengolahan. Ampas kopi saat ini tergolong sangat limbah karena diperoleh dari pembuatan kopi bubuk. Limbah ampas kopi dapat menjadi elektroda yang dapat menggantikan pelat grafit bipolar pada baterai menggunakan reaksi vanadium redoks.
Sintering
Suhu sintering karbon pirolisis tidak mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap stabilitas siklus bahan elektroda, namun mempunyai pengaruh yang besar terhadap kapasitas penyimpanan natrium. Temperatur yang tinggi pada proses sintering akan mengakibatkan rusaknya struktur pori berukuran kecil yang digantikan oleh terbentuknya struktur pori berukuran besar. Struktur pori yang besar berdampak pada berkurangnya jumlah ion natrium yang masuk dan juga menurunkan kapasitasnya (Gao et al, 2018).
SEM (Scanning Electron Microscope)
Cara kerja instrumen seperti terlihat pada Gambar 2.6 SEM bekerja dengan menggunakan elektron yang dapat membentuk gambar di mikroskop. Berdasarkan panjang gelombangnya, elektron dapat melihat detail suatu material yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia dibandingkan dengan cahaya optik. SEM juga dapat digunakan untuk mengamati permukaan pada tingkat submikron dan nanomikron suatu material yang sulit untuk mengetahui informasi dari material yang diperiksa dengan SEM (Ul-Hamid, 2018).
XRD (X-Ray Diffraction)
Puncak XRD dihasilkan oleh pancaran sinar-X monokromatik yang tersebar pada sudut tertentu dari setiap sisi permukaan selama pengujian.
FTIR (Fourier Transform InfraRed)
Sinyal yang diterima diperkuat oleh konverter dan amplifier A/D dan diubah menjadi sinyal digital. Radiasi infra merah yang beroperasi pada instrumen ini berkisar kurang lebih 10.000 hingga 100 cm-1 yang melewati sampel dan kemudian ditransmisikan dengan sebagian radiasi diserap dan ditransmisikan. Sinyal yang dihasilkan dan diperoleh detektor merupakan spektrum umum 4000 hingga 400 cm-1 (Titus dkk, 2019).
Penelitian Terdahulu
Pengeringan limbah bubuk kopi pada suhu 250℃ yang dicampur larutan NaOH dengan penambahan aquades 70% pada kapasitas larutan 100ml mencapai nilai kapasitas terendah yaitu 1081,2mAh. Hasil XRD ampas bubuk kopi saat dikeringkan pada suhu 350℃ dicampur dengan larutan NaOH dengan penambahan aquades 70% didapatkan posisi puncak berada pada 2θ = 30,48º. Hasil XRD ampas bubuk kopi saat dikeringkan pada suhu 450℃ dicampur dengan larutan NaOH dengan penambahan aquades 70% didapatkan posisi puncak berada pada 2θ = 31,68º.
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Peralatan dan Bahan Penelitian
Saringan atau ayakan seperti terlihat pada Gambar 3.7 digunakan untuk menyamakan ukuran butiran limbah bubuk kopi setelah dikeringkan. Limbah bubuk kopi, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.13, digunakan sebagai bahan utama produksi elektrolit bio-baterai. 31 Larutan natrium hidroksida (NaOH) seperti terlihat pada Gambar 3.14, digunakan untuk mengaktifkan karbon yang diperoleh dari limbah bubuk kopi.
Prosedur Penelitian
- Studi Literatur
- Sintesis Bio Baterai
- Pengujian Bio-Baterai
- Analisis dan Pembahasan
Meshing bertujuan untuk mencapai keseragaman ukuran butiran dari ampas kopi yang telah melalui proses sintering sebelumnya. Karakterisasi struktur ampas kopi menggunakan Difraksi Sinar-X, dan identifikasi senyawa dalam elektrolit menggunakan Fourier Transform Inframerah (FTIR). Karakterisasi struktur ampas kopi menggunakan difraksi sinar-X, dan identifikasi senyawa dalam elektrolit menggunakan Fourier transform inframerah (FTIR).
Diagram Alir Penelitian
Pengukuran tegangan listrik dan arus listrik dilakukan dalam kurun waktu 3 bulan, hasil pengukuran sebenarnya akan digabungkan untuk mengetahui keadaan bio-baterai yang optimal. Langkah ini melakukan analisa dan pembahasan hasil pengukuran tegangan, arus dan hambatan baterai. Selain itu analisis dan pembahasan juga dilakukan terhadap data bubuk kopi ditinjau dari struktur mikro atau morfologi yang diamati menggunakan scanning electron microskop (SEM). Pengukuran tegangan dan arus yang akan menghasilkan daya dianalisis dengan menghubungkannya dengan lamanya ketahanan energi bio-baterai, dan membandingkan setiap variasi bio-baterai untuk mencari hasil yang paling optimal.
Variabel Penelitian
- Variabel Kontrol
- Variabel Bebas
- Variabel Terikat
Variasi yang mempunyai nilai tegangan rendah terletak pada rangkaian sampel yaitu limbah bubuk kopi kering dan suhu 450℃ dicampur dengan larutan NaOH dengan aquades 70% ditambah kapasitas larutan 100 ml sehingga diperoleh nilai tegangan rata-rata sebesar 0,84231 V. Arus ditempatkan pada sampel pengeringan limbah debu coklat 250℃ yang dicampur dengan larutan NaOH ditambah aquades 70% dalam kapasitas larutan 100 ml sehingga diperoleh nilai arus sebesar 0,85096 mA. Arus terendah terdapat pada sampel limbah bubuk kopi yang dikeringkan pada suhu 250℃ yang dicampur dengan larutan NaOH dengan penambahan aquades 70% dan diperoleh nilai arus terendah sebesar 0,85096 mA.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil dan Analisis Sifat Kelistrikan Pada Bio Baterai
Pengeringan pada suhu 250℃ pada campuran larutan NaOH dan aquades 70% pada kapasitas larutan 100ml memberikan nilai tegangan rata-rata rendah sebesar 0,23462 V. Gambar 4.3 menunjukkan rata-rata arus yang dihasilkan dari sampel uji, variasi yang mempunyai nilai arus tinggi adalah terletak pada sampel pengeringan sisa bubuk kopi pada suhu 450℃ yang dicampur dengan larutan NaOH dan aquades 50% pada kapasitas larutan 100 ml, nilai arusnya adalah 7 mA. Versi yang mempunyai nilai arus paling rendah terdapat pada rangkaian sampel yang dikeringkan dan 450℃ dicampur dengan larutan NaOH dan akuades 70% pada kapasitas larutan 100 ml sehingga diperoleh nilai kapasitas sebesar 1662,504 mAh.
Hasil dan Analisis Pengujian Scanning Electron Microscope (SEM)
Hasil uji SEM dilakukan pada sampel yang dikeringkan pada suhu 250℃ dengan mencampurkan larutan NaOH dengan air suling 70% yang ditambahkan hingga kapasitas 100ml. Hasil uji SEM yang dilakukan terhadap sampel yang dikeringkan pada suhu 350℃ dengan larutan NaOH dicampur air suling 70% ditambah kapasitas larutan 100ml ditunjukkan pada Gambar 4.9(c) diperoleh struktur morfologi yang terdiri dari fragmen yang lebih keras, struktur yang dihasilkan tidak beraturan, bergerigi, berpori, bagian-bagian yang diperoleh membentuk permukaan yang berkumpul dan tidak terpisah, sehingga terjadi ikatan sempurna (Biegun, Dymerska, dan Chen, 2020). Hasil uji SEM yang dilakukan terhadap sampel yang dikeringkan pada suhu 450℃ dengan larutan NaOH dicampur air suling 70% ditambah kapasitas larutan 100ml yang ditunjukkan pada Gambar 4.9(d) diperoleh struktur morfologi yang terdiri dari fragmen yang lebih halus, struktur yang dihasilkan seragam dan bagian yang diperoleh membentuk permukaan berpori yang dapat diabaikan, menunjukkan perbedaan yang disebabkan oleh ikatan yang tidak sempurna (Saberian et al., 2021).
Hasil dan Analisis Pengujian Scanning Electron Microscope- Energy
49 larutan yang ditunjukkan pada Gambar 4.9(b), mempunyai struktur morfologi yang terdiri dari fragmen yang lebih keras dan terjadi ikatan sempurna, struktur yang dihasilkan tidak beraturan, bergerigi dan sangat berpori (Biegun, Dymerska dan Chen, 2020). Hasil SEM EDX untuk keseluruhan area seperti terlihat pada Tabel 4.1, campuran limbah bubuk kopi bersuhu 450℃ dengan NaOH ditambah akuades 70%. Hasil SEM EDX pada poin 3 seperti terlihat pada Tabel 4.3, unsur terbuat dari campuran limbah bubuk kopi bersuhu 450℃ dengan penambahan NaOH.
Hasil dan Analisis Pengujian X-Ray Differaction (XRD)
53 dicampur dengan NaOH ditambah akuades 70%, posisi puncak berada pada 2θ = 31,32º, hasil tersebut berbeda dengan yang dilakukan pada limbah bubuk kopi yang tidak tercampur larutan. Hal ini menunjukkan bahwa larutan mempunyai pengaruh terhadap hasil XRD yang ditunjukkan dengan adanya pergeseran posisi puncak (2θ) sebelum penambahan larutan dan setelah penambahan larutan NaOH. 12 Grafik hasil difraksi sinar-X dari tiga variasi sampel 31,32º. Dari hasil XRD ketiga variasi sampel uji tersebut terbukti bahwa suhu tidak berpengaruh terhadap ukuran dan letak puncak yang dihasilkan.
Hasil dan Analisis Pengujian Fourier Transform Infrared (FTIR)
Perubahan yang terjadi pada residu bubuk kopi setelah penambahan NaOH dibuktikan dengan adanya interaksi elektrostatis antar molekul dan kesesuaiannya. 14 Plot hasil transformasi Fourier inframerah dari tiga variasi Hasil FTIR dari tiga variasi residu pengeringan bubuk kopi yang dicampur dengan larutan NaOH ditambah akuades 70% ditunjukkan pada Gambar 4.14. Pada pengeringan 250℃ yang dicampur larutan NaOH dengan penambahan aquades 70%, diketahui setelah penambahan NaOH terdeteksi beberapa puncak yaitu pada 3342 cm-1 berada pada posisi antara 3365 cm-.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Proses pembuatan elektrolit memiliki beberapa tahapan yang dilakukan pada limbah ampas kopi hingga menjadi elektrolit untuk biobaterai. Setelah ampas kopi bekas dicuci, proses pengeringan dilanjutkan dengan variasi pengeringan 450℃ dengan jangka waktu masing-masing 1 jam. Hasil kinerja diperoleh dari elektrolit yang dibuat dengan mencampurkan limbah bubuk kopi dengan larutan NaOH larutan 30%.
Saran
2020) 'Coffee-derived nanoporous carbon anodes for sodium-ion batteries with high performance and cycling stability', Energy and Fuels, 34(6), p. Nuclear Energy Development, Vol.9(1), pg. 2018) 'Pyrolytic carbon derived from spent coffee grounds as an anode. 2018) 'Conversion of spent coffee beans into electrode material for vanadium redox flow batteries', Batteries, 4(4), p. , Journal of Cleaner Production, 207, p. 2019) Methods for Surface Cleanliness Assessment, Developments in Contamination and Surface Cleaning, Volume 12. 2018) 'Estimasi State of Charge ( Soc ) Pada Baterai Lead-Acid Meggunambunting Hybrid', Its, (0 Surabaya), p. 2020) 'Technology Fact Sheet: Battery Technology', Belfer Center for Science and International Affairs, Harvard Kennedy School, p. 2021) 'Recycling of spent coffee grounds into building materials: A review', Journal of Cleaner Production, 289, p. 2015) 'Preparation of meta-stable barium titanate phases by Sol-hydrothermal method', AIP Advances Pengaruh Variasi Temperatur Sintering Terhadap Ketahanan Aus Bahan Rem Sepatu Gesek', Jurnal Teknik, 2(3), p. 2010) 'Prin Chemistry', Structural and Stress.
