PEMANFAATAN KARBON AKTIF BERBASIS SABUT KELAPA DAN BAMBU SEBAGAI ELEKTRODA SUPERKAPASITOR FARLY REYNOL TUMIMOMOR

Transkripsi

1 PEMANFAATAN KARBON AKTIF BERBASIS SABUT KELAPA DAN BAMBU SEBAGAI ELEKTRODA SUPERKAPASITOR FARLY REYNOL TUMIMOMOR SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

2

3 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Pemanfaatan Karbon Aktif Berbasis Sabut Kelapa dan Bambu sebagai Elektroda Superkapasitor adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. Tesis ini merupakan bagian dari kerjasama penelitian antara Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Hutan dan Pengolahan Hasil Hutan Kementerian Kehutanan RI dan Departemen Fisika Fakultas MIPA IPB di Bogor. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, Januari 2014 Farly R Tumimomor G

4 RINGKASAN FARLY R TUMIMOMOR. Pemanfaatan Karbon Aktif Berbasis Sabut Kelapa dan Bambu sebagai Elektroda Superkapasitor. Dibimbing oleh AKHIRUDDIN MADDU dan GUSTAN PARI. Superkapasitor juga dikenal sebagai ultrakapasitor atau kapasitor elektrokimia adalah perangkat penyimpanan energi listrik yang memiliki kerapatan energi yang lebih besar dibandingkan kapasitor konvensional dan kerapatan daya yang lebih tinggi dibandingkan baterai serta memiiki siklus hidup yang panjang. Pada penelitian ini, superkapasitor yang dikembangkan adalah jenis kapasitor lapisan ganda elektrokimia yaitu superkapasitor dengan kapasitansi yang muncul dari antarmuka antara elektroda dan elektrolit. Karbon aktif adalah salah satu jenis bahan yang secara luas telah digunakan sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor karena memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi, ketahanan kimia, konduktivitas listrik yang baik dan harga yang terjangkau (Babel 2004; Fellman 2010; Aripin 2010). Sabut kelapa dan bambu dijadikan sebagai bahan baku dalam pembuatan karbon aktif karena ketersediaannya yang melimpah di Indonesia, juga kandungan lignin dan selulosa yang terdapat didalamnya dengan sebagian besar tersusun atas karbon menjadikan kedua bahan ini cocok sebagai bahan alternatif dalam pembuatan karbon aktif sebagai elektroda superkapasitor. Proses aktivasi sabut kelapa dan bambu dilakukan dengan memvariasikan KOH dengan perbandingan 1:1, 2:1, 3:1 dan laju uap air (steam) 25 ml/bar dan 50 ml/bar untuk meningkatkan distribusi ukuran pori dan luas permukaan spesifik. Karbon aktif yang dihasilkan, digunakan dalam proses pembutan elektroda superkapasitor. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karbon aktif sabut kelapa dan bambu yang diaktivasi pada perbandingan 3:1 dengan steam 25 ml/bar memiliki nilai daya jerap iodin yang lebih tinggi dibandingkan dengan aktivasi pada steam 50 ml/bar karena diduga terjadinya peningkatan ukuran pori dari mikropori menjadi mesopori yang meyebabkan penurunan nilai daya jerap iodin. Sementara itu, terjadi peningkatan nilai konduktivitas dengan meningkatnya steam karena kerapatan yang dihasilkan semakin rendah sehingga nilai konduktivitas karbon aktif semakin meningkat. Hasil karakterisasi morfologi permukaan sampel karbon aktif sabut kelapa dan bambu menunjukkan bahwa permukaan sampel yang diaktivasi pada steam 50 ml/bar lebih seragam, teratur dan smooth juga cenderung memiliki ukuran pori yang lebih besar dibandingkan sampel yang diaktivasi pada steam 25 ml/bar. Karakterisasi struktur kristalit karbon aktif sabut kelapa dan bambu menujukkan bahwa kedua sampel memiliki struktur grafit (terdiri dari lapisan-lapisan karbon), dan bersifat amorf. Sampel dengan aktivasi steam 50 ml/bar memiliki nilai lebar lapisan yang lebih besar dan tinggi lapisan yang lebih rendah dibandingkan dengan sampel pada aktivasi steam 25 ml/bar dengan jarak antar lapisan yang relatif sama. Pengukuran kapasitansi spesifik dari karbon aktif sabut kelapa dan bambu dengan metode siklik voltammetri menujukkan bahwa nilai kapasitansi spesifik yang dimiliki karbon aktif bambu lebih tinggi dibandingkan dengan karbon aktif sabut kelapa baik pada steam 25

5 v ml/bar maupun steam 50 ml/bar. Hal ini diduga terkait dengan distribusi ukuran pori pada karbon aktif bambu lebih tinggi dibandingkan pada karbon aktif sabut kelapa, yang mengarah pada pembentukan antarmuka antara elektroda dan elektrolit yang semakin banyak pada karbon aktif bambu dibandingkan karbon akti sabut kelapa. Kata Kunci : karbon aktif sabut kelapa dan bambu, distribusi ukuran pori, siklik voltametri, kapasitansi spesifik, superkapasitor

6 SUMMARY FARLY R TUMIMOMOR. Utilization of Activated Carbon Based Coconut Fiber and Bamboo as Supercapacitor Electrode. Guided by AKHIRUDDIN MADDU and GUSTAN PARI. Supercapacitors also known as ultracapacitors or electrochemical capacitors are electrical energy storage devices which has a greater energy density than conventional capacitors and has a higher power density than batteries and has a long life cycle. In this study, the developed supercapacitor is an electrochemical double layer capacitor types namely supercapacitors with the capacitances that arise from the interface between the electrode and the electrolyte. The activated carbon is one of the material types that has been widely used as an electrode material for supercapacitors because it has a high specific surface area, chemical resistance, good electrical conductivity and reasonable price (Babel 2004; Fellman 2010; Aripin 2010). Coconut fiber and bamboo are used as a raw material in the manufacture of activated carbon because of its abundance availability in Indonesia, as well as the contain of lignin and cellulose with mostly composed of carbon that makes this both material suitable as an alternative material in the manufacture of activated carbon as a supercapacitor electrode. The activation process of coconut fiber and bamboo were carried out by varying the ratio of KOH 1:1, 2:1, 3:1 and the rate of water vapor (steam) 25 and 50 ml/bar to increase the distribution of pore size and specific surface area. The activated carbon that has been produced, was used in the making process of supercapacitor electrodes. The results showed that the activated carbon from coconut fiber and bamboo that has been activated with steam activation 25 ml/bar and KOH ratio 3:1, has a higher value of iodine adsorb power than the steam activation 50 ml/bars for alleged occurrence of an increase in pore size of micropores into mesopores which led to a decrease in the value of iodine adsorb power. In the meanwhile, an increase in conductivity value with increasing steam generated due to the lower density so that the value of increasing the conductivity of activated carbon. The results of the characterization surface morphology of the activated carbon samples from the coconut fiber and bamboo showed that the samples that activated on steam 50 ml/bar has more uniform, regular and smooth surface also tend to have larger pore sizes than the samples activated on steam 25 ml/bar. The characterization of the activated carbon crystallites structure from coconut fiber and bamboo showed that both samples have a graphite structure (composed of layers of carbon), and amorphous. Samples with steam activation 50 ml/bar has a value greater width of the layer and higher layer lower than the samples on the steam activation 25 ml/bars with spacing between layers relatively same. The measurement of the specific capacitance of activated carbon from coconut fiber and bamboo with cyclic voltammetry method showed that the value of the specific capacitance of activated carbon from bamboo possessed higher than the activated carbon from coconut fiber both on steam 25 and 50 ml/bar. It is thought to be related to the pore size distribution in the bamboo activated carbon is higher than the coconut fiber activated carbon, which leads to the formation of the interface

7 vii between the electrode and the electrolyte in the bamboo activated carbon more than coconut fiber activated carbon. Keywords : activated carbon of coconut fiber and bamboo, cyclic voltammetry, pore size distribution, specific capacitance, supercapacitor

8 @ Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014 Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.

9 PEMANFAATAN KARBON AKTIF BERBASIS SABUT KELAPA DAN BAMBU SEBAGAI ELEKTRODA SUPERKAPASITOR FARLY REYNOL TUMIMOMOR Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Biofisika SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014

10 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Ir Irmansyah MSi

11 Judul Penelitian Nama NIM : Pemanfaatan Karbon Aktif Berbasis Sabut Kelapa dan Bambu sebagai Elektroda Superkapasitor : Farly Reynol Tumimomor : G Disetujui oleh Komisi Pembimbing Dr Akhiruddin Maddu, SSi MSi Ketua Prof(R) Dr Gustan Pari, MS Anggota Diketahui oleh Ketua Program Studi Biofisika Dekan Sekolah Pascasarjana Dr Agus Kartono, MSi Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr Tanggal Ujian : 06 Januari 2014 Tanggal Lulus :

12 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan YME atas segala penyertaan dan karunia-nya sehingga karya ilmiah yang berjudul Pemanfaatan Karbon Aktif Berbasis Sabut Kelapa dan Bambu sebagai Elektroda Superkapasitor dapat diselesaikan. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu selama proses penyusunan karya ilmiah ini, khususnya kepada Bapak Dr Akhiruddin Maddu, SSi MSi dan Bapak Prof(R) Dr Gustan Pari, MS selaku pembimbing dan kepada Bapak Dr Ir Irmansyah MSi selaku penguji luar komisi yang telah banyak memberi saran. Di samping itu, ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada semua staf pengajar dan teman-teman mahasiswa di Biofisika IPB yang telah banyak membantu penulis selama perkuliahan, juga kepada semua staf di Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Hutan dan Pengolahan Hasil Hutan Kementerian Kehutanan RI, untuk segala bantuannya selama penulis melakukan penelitian. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Laboratorium Bersama Departemen Kimia IPB yang telah membantu untuk peralatan analisis data siklik voltametri. Selain itu ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada orang tua dan keluarga tercinta atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Januari 2014 Farly R Tumimomor

13 xiii DAFTAR ISI RINGKASAN iv SUMMARY vi PRAKATA xii DAFTAR ISI xiii DAFTAR TABEL xiv DAFTAR GAMBAR xiv DAFTAR LAMPIRAN xv PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 1 Rumusan Masalah 2 Tujuan Penelitian 2 Hipotesis Penelitian 2 Manfaat Penelitian 2 METODE PENELITIAN 2 Waktu dan Tempat Penelitian 2 Alat dan Bahan 3 Metode Kerja 3 Proses Aktivasi Arang Sabut Kelapa dan Bambu 3 Penentuan Efektivitas Aktivasi Arang aktif dengan Variasi Penambahan KOH 3 Pembuatan Elektroda Karbon Aktif 4 Pembuatan Elemen Superkapasitor 4 Analisis SEM dan XRD 5 HASIL DAN PEMBAHASAN 6 Daya Serap Iodin 6 Konduktivitas 8 Karakteristik Morfologi Karbon aktif 9 Karakteristik Struktur Karbon aktif 10 Kolektor Arus 13 Nilai Kapasitansi 13

14 xiv SIMPULAN DAN SARAN 18 Simpulan 18 Saran 18 DAFTAR PUSTAKA 19 LAMPIRAN 21 RIWAYAT HIDUP 28 DAFTAR TABEL 1. Hasil Uji Daya Jerap Iodin 7 2. Hasil Pengukuran Konduktivitas 8 3. Hasil Pengukuran Diameter Pori Derajat Kristalinitas dan Jarak Antar Lapisan Aromatik Tinggi (Lc), Lebar (La), dan Jumlah (N) Lapisan Aromatik dari Karbon Aktif Beberapa Penelitian tentang Superkapasitor dengan Elektroda Arang Karbon dan Karbon Aktif 17 DAFTAR GAMBAR 1. Skema keseluruhan sebuah sistem uji elemen superkapasitor 5 2. Struktur karbon aktif 6 3. Citra SEM karbon aktif sabut kelapa dan bambu dengan Steam 25 ml/bar dan 50 ml/bar Difraktogram XRD Karbon Aktif Sabut Kelapa dan Bambu pada Variasi Steam ((A) Bambu Kontrol; (B) Bambu Steam 25 ml/bar; (C) Bambu Steam 50 ml/bar; (D) Sabut Kontrol; (E) Sabut Steam 25 ml/bar; (F) Sabut Steam 50 ml/bar) Model untuk aktivasi karbon nanofiber Kurva siklik voltammogram Stainless Steel pada berbagai laju scan Skema kapasitor lapisan ganda elektrokimia saat diberikan tegangan listrik 14

15 xv 8. Kurva siklik voltammogram ideal sebuah superkapasitor Hasil variasi laju scan superkapasitor berbasis sabut kelapa dan bambu dengan variasi steam Perbandingan nilai kapasitansi superkapasitor berbasis sabut kelapa dan bambu dengan variasi steam 17 DAFTAR LAMPIRAN 1. Diagram alir penelitian pembuatan superkapasitor Pengukuran konduktivitas bubuk karbon aktif sabut kelapa dan bambu Data Siklik Voltametri superkapasitor dengan elektroda karbon aktif sabut kelapa steam 25 ml/bar dan 50 ml/bar Data Siklik Voltametri superkapasitor dengan elektroda karbon aktif bambu steam 25 ml/bar dan 50 ml/bar 25

16

17 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Penyediaan energi di masa depan merupakan permasalahan yang senantiasa menjadi perhatian semua bangsa karena bagaimanapun juga kesejahteraan manusia dalam kehidupan modern sangat terkait dengan jumlah dan mutu energi yang dimanfaatkan. Bagi Indonesia yang merupakan salah satu negara sedang berkembang, penyediaan energi khususnya energi listrik merupakan faktor yang sangat penting dalam mendorong pembangunan. Menurut (La Ode Muhammad 2005) pemakaian energi listrik selama kurun waktu tahun 2000 sampai dengan tahun 2025 diperkirakan meningkat rata-rata 7,1% per tahun. Hal ini tentu saja membutuhkan perhatian yang serius bagi kita selaku akademisi. Energi listrik dapat dihasilkan dari sumber energi terbarukan seperti, matahari dan angin, akan tetapi efektivitas penggunaannya membutuhkan penyimpanan energi listrik yang efisien. Pengembangan dalam sistem penyimpanan energi listrik sangat penting untuk penyamarataan efektivitas alami siklus sumber-sumber energi (Chijuan Hu 2008). Baterai dan superkapasitor adalah teknologi sistem penyimpanan energi listrik terkemuka saat ini. Keduanya didasarkan pada mekanisme elektrokimia. Baterai menyimpan energi listrik dalam senyawa kimia yang mampu menghasilkan muatan, sedangkan superkapasitor menyimpan energi listrik secara langsung sebagai muatan. Yueming Li et al. (2011) mengemukakan bahwa dalam beberapa tahun terakhir, superkapasitor sangat menarik perhatian dalam teknologi penyimpanan energi listrik karena memiliki kerapatan energi yang lebih tinggi dibandingkan kapasitor konvensional dan kerapatan daya yang lebih tinggi dibandingkan baterai. Keuntungan lain dari superkapasitor adalah tingkat pengisian yang cepat dan umur siklus pengisian yang panjang (Zuleta 2005). Salah satu faktor yang mempengaruhi tingkat keefektifan superkapasitor adalah penggunaan bahan elektroda. Karbon aktif adalah salah satu jenis bahan yang secara luas telah digunakan sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor karena memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi, ketahanan kimia, konduktivitas listrik yang baik dan harga yang terjangkau (Babel 2004; Fellman 2010; Aripin 2010). Sabut kelapa dan bambu dapat dijadikan sumber bahan baku dalam pembuatan karbon aktif. Kandungan kimia dalam sabut kelapa yang lebih dominan adalah lignin sekitar 45,84 % yang tersusun dari sebagian besar unsur karbon yaitu sebanyak %, sedangkan kandungan kimia dalam bambu yang lebih dominan selulosa sekitar % yang tersusun dari sebagian unsur karbon 44,4 %. Hal inilah yang menjadikan kedua bahan ini cocok untuk menjadi pertimbangan sebagai bahan baku alternatif pembuatan karbon aktif, disamping itu karena ketersediaannya yang melimpah di Indonesia, harga yang terjangkau serta keunggulannya sebagai bahan yang ramah lingkungan dan dapat diperbaharui. Pada penelitian ini, dibuat dan dikarakterisasi superkapasitor menggunakan bahan karbon aktif berbasis sabut kelapa dan bambu sebagai elektroda dengan memvariasikan konsentrasi aktivator KOH dan laju aliran uap air dalam proses aktivasi untuk menghasilkan perangkat superkapasitor sebagai perangkat

18 2 penyimpanan energi listrik dan pada akhirnya menghasilkan teknologi sistem penyimpanan energi listrik yang ekonomis. Rumusan Masalah Karbon aktif berbasis sabut kelapa dan bambu harus memiliki karakteristik yang baik sebagai bahan elektroda superkapasitor. Hal ini ditentukan oleh distribusi ukuran pori elektroda karbon aktif. Peningkatan jumlah konsentrasi aktivator dan laju aliran uap air dalam proses aktivasi ditujukkan untuk meningkatkan distribusi ukuran pori yang diikuti dengan peningkatan luas permukaan spesifik dari elektroda, sehingga diperoleh peningkatan dalam kapasitansi superkapasitor. Tujuan Penelitian Tujuan keseluruhan dari penelitian ini adalah untuk melihat kelayakan elektroda karbon aktif berbasis sabut kelapa dan bambu sebagai bahan elektroda superkapasitor. Hipotesis Penelitian Dengan variasi konsentrasi KOH dan laju aliran uap air dalam proses aktivasi sabut kelapa dan bambu akan menghasilkan kapasitansi optimal superkapasitor dari tiap bahan. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat menjadi landasan awal untuk pemanfaatan sabut kelapa dan bambu sebagai bahan alternatif dalam bidang elektronika terlebih khusus dalam pemanfaatannya untuk pembuatan bahan elektroda superkapasitor. METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan pada Januari 2013 sampai September 2013 di Laboratorium Biofisika Material Departemen Fisika IPB dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Hutan dan Pengolahan Hasil Hutan Kementerian Kehutanan RI, di Bogor.

19 3 Alat dan Bahan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya adalah tabung aluminium untuk proses aktivasi pemanasan sampel. Vakum untuk proses pencucian sampel. Buret untuk uji daya jerap iodin. SEM tipe EVO Zeiss detector Bruker 133 ev Jerman untuk melihat morfologi sampel. XRD Shimadzu untuk melihat struktur sampel arang aktif. Peralatan-peralatan tersebut milik Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Hutan dan Pengolahan Hasil Hutan Kementerian Kehutanan Bogor. edaq Potensiostat untuk uji elektokimia di Laboratorium Bersama Departemen Kimia IPB. Bahan-bahan yang digunakan antara lain arang sabut kelapa, arang bambu, KOH, HCl 10%, akuades, ph indikator, PVDF 10%, larutan NMP, larutan elektrolit H 2 SO 4 1 M, larutan AgNO 3 0,1 M, membran PTFE, plastik acrylic, stainless stell 100 mesh. Metode Kerja Dalam proses pembuatan elektroda karbon aktif, dilakukan tiga tahap pengerjaan yaitu tahap pembuatan arang aktif sabut kelapa dan bambu, pembuatan elektroda karbon aktif, dan pembuatan elemen superkapasitor. Analisis elektrokimia dilakukan setelah tahap pembuatan elemen superkapasitor. Diagram alir keseluruhan proses dapat dilihat pada lampiran. Proses Aktivasi Arang Sabut Kelapa dan Bambu Proses pertama adalah pembentukan arang karbon melalui proses karbonisasi yaitu sabut kelapa dan bambu sebanyak 1000 gram dipanaskan pada temperatur 400 C selama 4 jam dalam tanur. Proses kedua adalah mencampur KOH dan arang karbon dengan perbandingan 1:1, 2:1, 3:1 b. Campuran ini b didiamkan selama 24 jam untuk menjamin keberlangsungan proses difusi ke bagian dalam pori arang. Tahap selanjutnya campuran dijemur selama ± 7 hari sampai kering. Serbuk arang yang sudah kering tersebut diaktivasi dalam tabung aluminium pada temperatur 800 C selama 60 menit (Aripin et al 2010) dengan laju uap air 25 ml/bar. Setelah itu, arang hasil aktivasi diambil sebanyak 5 gram, direndam dalam larutan HCl 10% selama 1 jam, kemudian dicuci dengan akuades sampai hasil cucian mencapai ph netral. Perlakuan perendaman dengan larutan HCl dan pencucian dengan akuades dimaksudkan untuk membuang senyawa garam alkali. Karbon aktif yang telah bebas dari senyawa garam alkali selanjutnya dikeringkan pada temperatur 100 C selama ± 24 jam untuk mengeluarkan uap air yang terjebak di dalam pori. Penentuan Efektivitas Aktivasi Arang aktif dengan Variasi Penambahan KOH Uji Daya Serap Iodin Metode yang digunakan dalam pengujian daya serap iodin adalah metode titrasi iodometri (Rumidatul 2006). Karbon aktif ditimbang sebanyak 0,25 gram,

20 4 kemudian dilarutkan dalam 25 ml larutan iodin 0,1 N dalam labu Erlenmeyer. Labu Erlenmeyer tersebut selanjutnya digoyang selama 15 menit, kemudian disaring dengan kertas saring. Larutan iodin hasil saringan tersebut diambil sebanyak 10 ml dititrasi dengan larutan Na 2 S 2 O 3 0,1 N sampai warna larutan menjadi bening. Perlakuan titrasi tersebut dilakukan sebanyak 2 kali (duplo). Uji Konduktivitas Karbon aktif ditimbang sebanyak 0,3 gram, kemudian dimasukkan ke dalam tabung silinder berdiameter 1,51 cm dan panjang ± 10 cm. Arang aktif yang telah dimasukkan dalam tabung ditutup dengan cara ditekan dengan penutup tabung hingga tertutup rapat. Setelah itu tabung silinder yang telah berisi arang tersebut diuji konduktivitasnya dengan menggunakan LCR meter. Aktivasi Karbon Aktif dengan Efektivitas Terbaik Hasil Variasi Penambahan KOH Arang sabut kelapa dan bambu diaktivasi kembali dengan prosedur yang sama sesuai kondisi terbaik yang didapatkan pada metode aktivasi dan penentuan efektivitas aktivasi karbon aktif pada variasi penambahan KOH dengan menggunakan metode uji kadar iod dan uji konduktivitas. Perbandingan campuran KOH dan arang yang terbaik dari hasil diatas diulang kembali dengan menggunakan arang dan KOH baru, tetapi dalam prosedur ini laju uap air yang digunakan ditingkatkan menjadi 50 ml/bar. Setelah itu karbon aktif yang telah diaktivasi tetap diuji kadar iod dan konduktivitasnya untuk menentukan jumlah pori dan sifat listrik dari bahan karbon aktif tersebut. Pembuatan Elektroda Karbon Aktif Karbon aktif dikeringkan pada suhu 100 C dalam oven selama 1 jam untuk menghilangkan kelembaban. Setelah itu didinginkan dalam desikator selama 15 menit. Dibuat campuran karbon aktif dengan PVDF (polyvinylidene flouride) sebanyak 0,5 gram, dengan perbandingan karbon aktif:pvdf (9:1(b/b)). Kemudian campuran 0,5 gram tersebut ditambahkan larutan NMP (pyrrolidinone) hingga membentuk gel, sambil diaduk selama 15 menit. Setelah itu gel yang terbentuk tersebut dioles diatas permukaan stainless steel 100 mesh, dan dikeringkan di dalam oven pada temperatur 100 C selama ± 24 jam. Pembuatan Elemen Superkapasitor Sebuah elemen superkapasitor terbuat dari empat komponen : i) 2 potongan elektroda karbon aktif; ii) membran PTFE (polytetrafluoroethylene) sebagai separator diantara 2 potongan elektroda karbon aktif; iii) kolektor arus yang terbuat dari stainless steel 100 mesh di bagian belakang setiap elektroda dan iv) 2 potongan plastik akrilik (3 cm x 3 cm x 0,1 cm) untuk menempelkan tiga komponen pertama. Prosedur pembuatan elemen superkapasitor adalah sebagai berikut: dua elektroda karbon aktif ditimbang. Setelah ditimbang masing-masing elektroda tersebut beserta separator dibasahi dengan larutan elektrolit H 2 SO 4 1 M. Selanjutnya dua buah elektroda karbon aktif dan separator yang telah dibasahi H 2 SO 4 disusun, dimana separator berada di antara kedua elektroda dan ketiga

21 5 susunan tersebut dimampatkan dengan menggunakan plastik akrilik dan sekrup (Gambar 1). Stainless steel 100 mesh Sekrup Elektroda karbon aktif Plastik akrilik Separator Gambar 1. Skema keseluruhan sebuah sistem uji elemen superkapasitor Berdasarkan Gambar 1, memperlihatkan struktur elemen superkapasitor adalah simetris. Dua buah kolektor arus, dua elektroda karbon aktif dan separator untuk membagi dua bagian yang berada diantara dua buah plastik akrilik. Selanjutnya rangkaian sistem uji elemen superkapasitor (Gambar 1) diatas, diuji dengan menggunakan edaq Potensiostat untuk menentukan nilai kapasistansi spesifiknya. Nilai kapasitansi spesifik ditentukan berdasarkan persamaan di bawah ini : C s I c I d dv m dt Ket : C s = Kapasitansi spesifik (F/g) I c = Arus pengisian (charge) (A) I d = Arus pengosongan (discharge) (A) dv/dt = Laju scan (scan rate) (V/s) m = massa elektroda (gram) Analisis SEM dan XRD Bubuk karbon aktif yang dihasilkan dari proses aktivasi dianalisis menggunakan SEM dan XRD. Analisis SEM dilakukan dengan tujuan untuk memeriksa morfologi permukaan sampel, sedangkan analisis XRD dilakukan untuk mengidentifikasi derajat kristalinitas dan struktur lapisan karbon aktif yang meliputi tinggi lapisan (L c ), lebar lapisan (L a ), jarak antar lapisan (d) dan jumlah

22 6 lapisan (N) dengan melihat spektrum difraksinya. Persamaan yang digunakan dalam penentuan ciri fisika-kimia diatas adalah: 2d sin L L c 002 a 100 N L K / cos K / cos Ket : d = Jarak antar lapisan (nm) L c = Tinggi lapisan (nm) L a = Lebar lapisan (nm) N = Jumlah lapisan = Panjang gelombang dari radiasi sinar Cu (0,15406 nm) = Intensitas ½ tinggi dan lebar (radian ) K = Tetapan untuk lembar graphena (0,89) = Sudut difraksi c d HASIL DAN PEMBAHASAN Daya Serap Iodin Karbon aktif adalah bahan dengan porositas tinggi yang terdiri dari lapisan graphane hidrofobik serta gugus-gugus fungsional permukaan hidrofilik, sehingga memungkinkan bahan ini sangat efektif untuk penyerapan. Struktur mikropori karbon aktif ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 2. Struktur karbon aktif (H. Fritzst Oeckli 1990)

23 7 Secara umum, struktur karbon aktif terdiri dari lembaran aromatik seperti kertas kusut atau serutan kayu. Rongga antar lembaran aromatik ini dianggap sebagai mikropori. Daya serap iodin adalah parameter untuk mengetahui kemampuan karbon aktif dalam menyerap molekul-molekul dengan berat molekul kecil. Pada proses penyerapan ini, molekul-molekul iodin mengisi pori-pori karbon aktif. Daya serap iodin biasanya dijadikan indikator utama dalam menentukan kualitas karbon aktif. Hasil pengujian daya serap iodin menunjukkan bahwa daya serap iodin pada masing-masing sampel arang, baik karbon aktif sabut kelapa maupun karbon aktif bambu menunjukkan hasil terbaik, yaitu pada perlakuan perbandingan variasi KOH (3 : 1) dengan nilai 839,01 (mg/g) untuk karbon aktif sabut kelapa dan 851,29 (mg/g) untuk karbon aktif bambu (Tabel 1). Jika dibandingkan dengan kontrol (arang tanpa perlakuan penambahan KOH dan steam) didapatkan bahwa arang yang telah diaktivasi dengan KOH dan steam 25 ml/bar, menunjukkan nilai daya serap iodin yang cenderung lebih besar seiring dengan makin besarnya perbandingan variasi KOH dan mencapai nilai terbesar pada perbandingan (3 : 1), hal ini disebabkan karena meningkatnya rasio penambahan KOH distribusi ukuran pori juga meningkat (Aripin et al. 2010; Babel 2004 ; Kierzek 2004). Selama proses perendaman arang sabut kelapa dan bambu dengan bobot KOH yang kecil, sebagian besar KOH meresap ke bagian dalam arang. Oleh karena itu, pada saat aktivasi pori yang terbentuk pada permukaan arang relatif kecil. Perendaman arang sabut kelapa dan bambu dengan bobot KOH yang lebih besar menyebabkan sebagian KOH melapisi permukaan arang dan pada bagian dalam arang terisi penuh KOH (Tseng RL et al. 2005). Hal ini menyebabkan pori yang terbentuk pada permukaan maupun bagian dalam arang meningkat. Tabel 1. Hasil Uji Daya Jerap Iodin Jenis sampel Arang Sabut (kontrol) Variasi KOH, dengan steam 25 Sabut Kelapa 1:1 2:1 3:1 Arang Bambu (kontrol) Variasi KOH, dengan steam 25 Bambu 1:1 2:1 3:1 Aktivasi dengan steam 50 Sabut 3:1 Bambu 3:1 Uji Daya Jerap Iodin (mg/g) 703,87 726,75 726,75 839,01 699,22 765,29 765,29 851,29 761,87 839,01

24 8 Dalam penelitian ini, nilai daya serap iodin yang terbaik adalah pada perbandingan variasi KOH (3:1), diulang kembali menggunakan sampel arang yang baru dengan perbandingan KOH (3:1) dan steam 50 ml/bar. Dari hasil aktivasi dengan kondisi terbaik tersebut didapatkan nilai daya serap iodin pada masing-masing sampel yaitu 761,87 (mg/g) untuk karbon aktif sabut kelapa dan 839,01 (mg/g) untuk karbon aktif bambu. Ketika dibandingkan nilai daya serap iodin antara perbedaan perlakuan steam (25 ml/bar dan 50 ml/bar) pada arang yang diaktivasi KOH (3:1), didapatkan hasil bahwa daya serap iodin sampel karbon aktif sabut kelapa dan karbon aktif bambu dengan perlakuan steam 25 ml/bar memiliki nilai yang lebih besar dari perlakuan steam 50 ml/bar. Hal ini diduga, bahwa dengan peningkatan steam, semakin memperbesar ukuran pori dari mikropori menjadi mesopori dan makropori yang sulit untuk diukur dengan daya serap iodin sehingga menunjukkan nilai daya serap iodin yang lebih kecil. Konduktivitas Konduktivitas bubuk karbon aktif sabut kelapa dan bambu dikaji untuk menentukan seberapa besar resistansi yang terdapat pada bubuk karbon aktif sabut kelapa dan bambu. Semakin tinggi nilai konduktivitas suatu bahan, menyebabkan nilai resistansinya semakin rendah. Konduktivitas yang tinggi menyebabkan transfer elektron semakin efektif selama proses charge/discharge berlangsung. Hasil pengukuran konduktivitas bubuk karbon aktif sabut kelapa dan bambu dapat dilihat pada Tabel 2 dibawah ini : Tabel 2. Hasil Pengukuran Konduktivitas Jenis sampel Resistivitas (Ohm) Konduktivitas (S/m) 0,40 44,03 Arang Sabut (kontrol) Variasi KOH, dengan steam 25 Sabut Kelapa 1:1 2:1 3:1 Arang Bambu (kontrol) Variasi KOH, dengan steam 25 Bambu 1:1 2:1 3:1 Aktivasi dengan steam 50 Sabut 3:1 Bambu 3:1 0,25 0,25 0,20 82,41 77,33 108,95 0,38 43,63 0,02 0,01 0,01 750, , ,05 0,26 125,78 0, ,83

25 9 Hasil pengukuran konduktivitas menunjukkan bahwa dengan adanya perlakuan aktivasi pada arang sabut kelapa dan arang bambu pada berbagai variasi penambahan KOH dan steam, nilai konduktivitas dari kedua sampel arang cenderung makin besar seiring dengan bertambahnya nilai perbandingan variasi KOH dan steam yang mencapai nilai terbesar pada perbandingan (3:1) dengan steam 50 ml/bar yaitu sebesar 125,78 (S/m) untuk karbon aktif sabut kelapa dan 1530,83 (S/m) untuk karbon aktif bambu. Nilai-nilai konduktivitas tersebut terlihat lebih besar dari nilai konduktivitas sampel arang kontrol (tanpa perlakuan penambahan KOH dan steam) (Tabel 2). Faktor yang membuat konduktivitas arang teraktivasi KOH lebih besar dari arang kontrol karena adanya perbedaan resistansi (hambatan) antara arang kontrol dengan arang yang teraktivasi KOH, dimana arang kontrol memiliki resistansi yang lebih besar dibandingkan dengan arang yang teraktivasi KOH (Tabel 2). Hal ini sejalan dengan teori yang menyatakan bahwa nilai konduktivitas suatu bahan akan berbanding terbalik dengan resistansinya. Karakteristik Morfologi Karbon aktif Morfologi karbon aktif sabut kelapa dan bambu, dapat diamati dengan Scanning Electron Microscopy (SEM). SEM dapat memberikan gambaran terinci mengenai morfologi permukaan, yaitu spesifik pada partikel karbon dan pori pada permukaan karbon aktif. Gambar 3 menunjukkan hasil SEM pada karbon aktif sabut kelapa dan bambu dengan perlakuan steam 25 ml/bar dan 50 ml/bar dengan perbesaran hingga 1000 kali. Perlakuan aktivasi mengakibatkan terbentuknya pori pada permukaan karbon aktif baik karbon aktif sabut kelapa maupun bambu. Perlakuan steam 25 ml/bar dan 50 ml/bar pada proses aktivasi masing-masing sampel karbon aktif menyebabkan terbentuknya perbedaan struktur maupun ukuran diameter pori pada permukaan karbon aktif. Morfologi permukaan karbona aktif sabut kelapa dan bambu dapat dilihat pada Gambar 3 dibawah ini : (a). Bambu Steam 25 (b). Bambu Steam 50

26 10 (c). Sabut Steam 25 (d). Sabut Steam 50 Gambar 3. Citra SEM karbon aktif sabut kelapa dan bambu dengan Steam 25 ml/bar dan 50 ml/bar Dari Gambar 3 tampak bahwa struktur pori pada permukaan karbon aktif bambu (b) dan sabut kelapa (d) dengan steam 50 ml/bar memiliki struktur pori dengan distribusi yang lebih seragam, teratur dan halus dibandingkan karbon aktif bambu (a) dan sabut kelapa (c) dengan steam 25 ml/bar. Ukuran diameter pori pada permukaan masing-masing sampel dapat dilihat pada Tabel 3 : Tabel 3. Hasil Pengukuran Diameter Pori Jenis sampel Ukuran diameter pori ( m) Arang sabut (kontrol) 17,3 Arang bambu (kontrol) 33,3 Bambu steam 25 ml/bar 16,24 Bambu steam 50 ml/bar 14,77 Sabut steam 25 ml/bar 14,55 Sabut steam 50 ml/bar 7,88 Berdasarkan Tabel 3 dapat dilihat bahwa ukuran diameter pori pada permukaan masing-masing sampel semakin kecil dengan peningkatan perlakuan steam pada proses aktivasi. Hal ini diduga dapat disebabkan karena perlakuan steam yang lebih besar hingga 2 kali lipat menyebabkan tekanan yang besar pada permukaan karbon aktif sehingga ukuran pori pada permukaan menjadi semakin kecil. Karakteristik Struktur Karbon aktif Hasil penelitian derajat kristalinitas karbon aktif sabut kelapa dan bambu dapat dilihat pada Tabel 4 :

27 11 Tabel 4. Derajat Kristalinitas dan Jarak Antar Lapisan Aromatik Derajar d (nm) Sampel kristalinitas (%) Bambu Sabut Bambu Sabut Kontrol 40 34,6 0,3 0,3 Steam 25 43,1 35,1 0,3 0,3 Steam 50 46,8 39,2 0,3 0,3 Tabel 4 menunjukkan bahwa derajat kristalinitas yang dimiliki oleh karbon aktif bambu lebih besar dibandingkan sabut kelapa dan cenderung semakin bertambah dengan peningkatan steam, sementara jarak antar lapisan aromatik (d) relatif tetap. Hal ini diduga karena kandungan selulosa yang lebih dominan pada bambu dibandingkan sabut kelapa yang lebih dominan lignin. Selulosa merupakan polimer linier glukosa, sedangkan lignin merupakan polimer tiga dimensi alkohol aromatik. Struktur kompleks tiga dimensi pada lignin menyebabkan kristalinitas yang dimiliki lignin lebih rendah dibandingkan selulosa. Hal inilah yang menyebabkan derajat kristalinitas bambu lebih besar dibandingkan sabut kelapa. Gambar 4 menunjukkan pola difraksi sinar-x (XRD) karbon aktif sabut kelapa dan bambu. Pola difraksi yang ditunjukkan melalui difraktogram XRD pada Gambar 4, mengindikasikan bahwa sampel karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini berbentuk grafit, amorf, dan tersusun dari atom-atom karbon. Hal tersebut sejalan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Pari et al. (2004) dengan menggunakan sampel karbon aktif dari serbuk sengon. Gambar 4. Difraktogram XRD Karbon Aktif Sabut Kelapa dan Bambu pada Variasi Steam ((A) Bambu Kontrol; (B) Bambu Steam 25 ml/bar; (C) Bambu Steam 50 ml/bar; (D) Sabut Kontrol; (E) Sabut Steam 25 ml/bar; (F) Sabut Steam 50 ml/bar).

28 12 Setelah diketahui bentuk dan struktur sampel karbon aktif dengan mengidentifikasi pola difraksinya, maka dapat ditelusuri lebih lanjut mengenai tinggi lapisan (Lc), lebar lapisan (La) dan jumlah lapisan (N) sampel karbon aktif tersebut, yang dirangkum pada Tabel 2. Tabel 5. Tinggi (Lc), Lebar (La), dan Jumlah (N) Lapisan Aromatik dari Karbon Aktif Sampel Lc (nm) La (nm) N Bambu Sabut Bambu Sabut Bambu Sabut Kontrol 8,411 8,411 34,130 70,416 22,671 22,671 Steam 25 3,561 8,411 54,362 73,355 9,598 22,671 Steam 50 2,753 7, ,82 77,240 7,420 19,553 Berdasarkan Tabel 5, Perlakuan steam 25 ml/bar dan 50 ml/bar menyebabkan tinggi lapisan (Lc) antar susunan aromatik pada masing-masing sampel baik bambu maupun sabut cenderung semakin menurun. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi gasifikasi atau oksidasi parsial dalam bagian tertentu kristal karbon. Hasil dari gasifikasi ini yaitu terbentuknya jenjang antar struktur. Dengan demikian proses aktivasi menyebabkan terjadinya penataan kembali struktur karbon aktif. Seong-Ho You et al. (2004) mengusulkan model yang menggambarkan proses aktivasi KOH pada Gambar 5 dibawah ini : Gambar 5. Model untuk aktivasi karbon nanofiber (Seong-Ho Yoon et al. 2004) Model di atas menjelaskan bahwa gasifikasi selektif graphane dengan C-OK menyebabkan terbentuknya secara in-situ K 2 O dan K 2 CO 3 selama proses aktivasi KOH, perluasan lapisan graphane serta rusaknya morfologi serat karbon dengan penataan kembali lapisan graphane. Selain itu, penurunan pada nilai L c menggambarkan ikatan atom antar karbon menyempit sehingga memperpendek jarak atom antar karbon yang berakibat memperkecil nilai Lc. Begitu juga dengan jumlah lapisan aromatik (N) yang cenderung semakin kecil dengan meningkatnya

29 Arus (ma) 13 perlakuan steam, sementara jarak antar lapisan aromatik (d) relatif tetap. Namun, lebar lapisan (La) mengalami peningkatan dengan meningkatnya perlakuan steam. 0,8 0,6 0,4 Kolektor Arus Bahan kolektor arus harus bersifat non-korosif dalam larutan elektrolit H 2 SO 4. Pada penelitian ini, bahan yang digunakan sebagai kolektor arus adalah stailess steel 100 mesh (M.A Azan 2013). Stainless steel pada dasarnya adalah sebuah bahan metal yang memiliki ketahanan cukup baik dalam larutan elektrolit H 2 SO 4. Pengujian siklik voltametri terhadap stainless steel dilakukan untuk memastikan kesesuaiannya sebagai kolektor arus dalam larutan elektrolit H 2 SO 4 (Chijuan Hu 2008). Hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar mv/s 100 mv/s 50 mv/s 10 mv/s 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6-0,8-1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Tegangan (V) Gambar 6. Kurva siklik voltammogram Stainless Steel pada berbagai laju scan. Gambar 6 menunjukkan respon stainless steel terhadap laju scan yang diberikan. Pada Gambar 6 dapat dilihat bahwa stainless steel tidak bereaksi terhadap tegangan yang diberikan. Hal ini menunjukkan tidak adanya kapasitansi yang dihasilkan pada pengujian siklik voltammetri. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa stainless steel cocok digunakan sebagai kolektor arus pada elektroda karbon aktif sabut kelapa dan bambu. Nilai Kapasitansi Superkapasitor atau ultrakapasitor adalah perangkat penyimpanan energi listrik yang memiliki kerapatan energi lebih besar dari kapasitor konvensional dan kerapatan daya yang lebih besar dari baterai serta memiliki siklus hidup yang cukup panjang. Superkapasitor apapun jenisnya selalu diukur dari seberapa besar

30 14 kemampuannya dalam menyimpan muatan listrik. Berdasarkan bahan elektroda yang digunakan, superkapasitor terbagi atas : a) Kapasitor Lapisan Ganda Elektrokimia (KLGE): kapasitansi muncul dari antarmuka antara elektroda dan elektrolit. Lapisan antarmuka antara elektroda dan elektrolit disebut lapisan ganda atau lapisan Helmholtz. b) Pseudokoapasitor : kapasitansi muncul dari reaksi Faradaik senyawa kimia. Ini menyebabkan kapasitansi yang muncul jauh lebih besar dari KLGE namun siklus hidup yang dimiliki lebih pendek karena adanya perubahan fase akibat reaksi kimia yang terjadi c) Kapasitor Asimetris : gabungan antara elektroda non-faradaik misalnya karbon dan elektorda faradaik misalnya PbO 2. Pada penelitian ini, jenis superkapasitor yang dibuat adalah Kapasitor Lapisan Ganda Elektrokimia (KLGE). Lapisan ganda pada superkapasitor ini terdiri dari lapisan mikropori elektroda karbon aktif dan lapisan difusi ion elektrolit H 2 SO 4. Lapisan ganda terjadi apabila dua elektroda direndam dalam elektrolit yang terpolarisasi. Polarisasi muatan pada kedua elektroda menyerupai dua buah kapasitor yang dihubungkan secara seri. Gambar 7 menunjukkan mekanisme penyimpanan muatan pada EDLC. Gambar 7. Skema kapasitor lapisan ganda elektrokimia saat diberikan tegangan listrik (Zuleta 2005; Pandolfo et al. 2006) Dua buah elektroda dipisahkan dengan sebuah separator untuk mencegah terjadinya konduksi elektronik. Pada saat diberikan tegangan listrik, ion positif akan terakumulasi pada elektroda negatif, sedangkan ion negatif akan terakumulasi pada elektroda positif. Pengukuran nilai kapasitansi spesifik pada superkapasitor menggunakan teknik siklik voltametri. Siklik voltametri adalah teknik yang paling banyak

31 15 digunakan untuk pengukuran nilai kapasitansi superkapasitor. Gambar 8 menunjukkan kurva voltammogram sebuah superkapasitor dengan kapasitansi berdasarkan lapisan ganda elektrokimia tanpa reaksi kimia. Gambar 8. Kurva siklik voltammogram ideal sebuah superkapasitor (Xu et al. 2006) Variasi laju scan untuk masing-masing sampel dilakukan untuk mendapatkan nilai kapasitansi tertinggi. Berdasarkan hasil pengukuran untuk masing-masing sampel diperoleh hasil seperti terlihat pada Gambar 9. Hasil pengukuran dengan metode siklik voltametri menunjukkan kurva yang hampir menyerupai empat persegi panjang. Hal ini sesuai dengan hasil yang dikemukakan oleh Rae et al. (2009) yang menyatakan bahwa bentuk kurva untuk superkapasitor yang berbahan dasar karbon adalah berupa empat persegi panjang. (a). Bambu Steam 25 ml/bar (b). Bambu Steam 50 ml/bar

32 16 (c). Sabut Kelapa Steam 25 ml/bar (d). Sabut Kelapa Steam 50 ml/bar Gambar 9. Hasil variasi laju scan superkapasitor berbasis sabut kelapa dan bambu dengan variasi steam Hasil variasi laju scan pada masing-masing sampel (Gambar 9) menunjukkan bahwa semakin rendah nilai laju scan luas daerah yang ditunjukkan semakin kecil, dimana luas daerah yang terkecil yaitu pada laju scan 10 mv/s. Hal ini karena arus yang dihasilkan pada laju scan 10 mv/s lebih rendah dibandingkan dengan laju scan 50 mv/s, 100 mv/s, dan 200 mv/s. Tingkat kemiringan kurva pada Gambar 6 menunjukkan resistansi internal pada tiap laju scan, dimana tingkat kemiringan yang tertinggi dapat dilihat pada laju scan 200 mv/s yang berarti bahwa resistansi internal tertinggi yaitu pada laju scan 200 mv/s. Resistansi ini dapat timbul dari elektroda, binder, jenis larutan elektrolit, dan separator yang digunakan Lufrano et al. (2004). Selain itu, Zheng (2004) dan Ganesh et al. (2006) melaporkan bahwa resistansi internal juga muncul dari resistansi kontak antara elektroda dan kolektor arus. Hal ini menyebabkan resistansi ohmik untuk pergerakan ion dalam elektrolit semakin besar, sehingga pembentukan lapisan ganda antara elektroda dan ion elektrolit menjadi terbatas yang menyebabkan nilai kapasitansi semakin kecil (Liu et al. 2005; Pandolfo et al. 2006). Kemiringan kurva siklik voltametri yang terendah yaitu pada laju scan 10 mv/s yang berarti resistansi internal terendah terdapat pada laju scan 10 mv/s untuk masing-masing sampel. Hal ini menunjukkan kemampuan paling tinggi superkapasitor dalam menyimpan muatan (Yang et al. 2005; Xing et al. 2006). Hasil perhitungan nilai kapasitansi untuk masing-masing sampel pada variasi laju scan dapat dilihat pada Gambar 10. Berdasarkan Gambar 10, tampak bahwa nilai kapasitansi spesifik yang dimiliki oleh superkapasitor dengan elektroda bambu baik pada steam 25 maupun steam 50 lebih tinggi dibandingkan superkapasitor dengan elektroda sabut kelapa dan semakin menurun dengan bertambahnya laju scan. Nilai kapasitansi spesifik tertinggi untuk superkapasitor dengan elektroda bambu pada steam 25 adalah 57,01 F/g, sedangkan untuk superkapasitor dengan elektroda sabut kelapa adalah 44,30 F/g. Nilai kapasitansi spesifik tertinggi untuk superkapasitor dengan

33 Kapasitansi Spesifik (F/g) Kapasitansi Spesifik (F/g) 17 elektroda bambu pada steam 50 adalah 59,50 F/g, sedangkan untuk superkapasitor dengan elektroda sabut kelapa adalah 50,73 F/g. Tingginya nilai kapasitansi spesifik pada superkapasitor dengan elektroda bambu diduga terkait dengan konduktivitas yang dimiliki oleh bambu lebih tinggi dibandingkan dengan konduktivitas yang dimiliki oleh sabut kelapa (Tabel 2). Selain itu peningkatan steam diduga dapat memperbesar pori karbon aktif baik pada bambu maupun sabut kelapa yang menyebabkan distribusi ion elektrolit yang lebih banyak untuk pembentukan lapisan ganda antara elektroda dan ion sehingga menyebabkan nilai kapasitansi spesifik semakin meningkat (Qu dan Shi 1998; Wang et al. 2005). 60 Sabut steam 25 bambu steam sabut steam 50 bambu steam Laju Scan (mv/s) Laju Scan (mv/s) Gambar 10. Perbandingan nilai kapasitansi superkapasitor berbasis sabut kelapa dan bambu dengan variasi steam Hasil yang diperoleh coba dibandingkan dengan beberapa penelitian sebelumnya yang dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Beberapa Penelitian tentang Superkapasitor dengan Elektroda Arang Karbon dan Karbon Aktif Nama Tahun Jenis Bahan Kapasitansi (F/g) Chan Kim 2006 Karbon aktif bambu 60 Ning Luan 2010 Karbon aktif bambu-mno Qian Cheng 2011 Grafit 150 Ya-meng CAI 2011 Grafit 154 M. Rosi 2012 Karbon aktif tempurung kelapa 40 Xin Li 2012 CNT- MnO 2 150

34 18 Berdasarkan data pada Tabel 3 dapat dilihat bahwa nilai kapasitansi spesifik yang diperoleh masih lebih rendah dibandingkan dengan beberapa penelitian sebelumnya (Tabel 3). Hal ini diduga karena perbedaan terhadap perlakuan aktivasi, perlakuan terhadap bahan aktif elektroda yang digunakan, maupun metode yang digunakan dalam pembuatan elemen superkapasitor. Oleh karena itu, pengembangan lebih lanjut dalam proses aktivasi, bahan aktif elektroda maupun metode pembuatan elemen superkapasitor diperlukan untuk mendapatkan kapasitansi spesifik yang lebih tinggi. SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Karbon aktif berbasis sabut kelapa dan bambu sebagai elektroda superkapasitor berhasil dikarakterisasi dan diuji. Berdasarkan hasil pengujian, nilai kapasitansi spesifik tertinggi dimilik oleh superkapasitor dengan elektroda karbon aktif bambu pada aktivasi steam 50 yaitu 59,50 F/g. Hal ini menunjukkan bahwa karbon aktif berbasis bambu layak untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan elektroda superkapasitor. Saran Proses aktivasi arang sabut kelapa dan bambu dengan variasi KOH dan steam perlu ditingkatkan untuk mendapatkan hasil karbon aktif dengan ukuran pori yang lebih optimal, sehingga dapat menghasilkan elektroda superkapasitor dengan nilai kapasitansi spesifik yang lebih tinggi.

35 19 DAFTAR PUSTAKA Aripin H, Lestari L, Ismail D, Sabchevski S Sago Wasted Based Activated Carbon Film as an Electrode Material for Electric Double Layer Capacitor. The Open Materials Science Journal ; 4 : Babel K, Jurewicz K. KOH Activated Carbon Fabrics as Supercapacitor Material. Journal of Physics and Chemistry of Solids 2004 ; 65 : Chan Kim, Jae-Wook Lee, Jong-Hyu Kim, Kap-Seung Yang Feasibility of bamboo-based activated carbons for an electrochemical supercapacitor electrode. Korean J. Chem.Eng ; 23 : Chijuan Hu Fluid Coke Derived Activated Carbon as Electrode Material for Electrochemical Double Layer Capacitor [Tesis]. Toronto. Graduate Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto. Fellman B Carbon-Based Electric Double Layer Capacitors for Water Desalination [Tesis]. Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology. Ganesh, V., Pitchumani, S., and Lakshminarayanan, V New symmetric and asymmetric supercapacitors based on high surface area porous nickel and activated carbon. Journal of Power Sources ; 158 : Kierzek K, Frackowiak E, Lota E, Grylewicz G, Machnikowski J Electrochemical Capacitors Based on Highly Porous Carbon Prepared by KOH Activation. Electrochemical Acta ; 49 : La Ode Muhammad, Wahid Abdul Sensitivitas Analisis Potensi Produksi PembangkitListrik Renewable untuk Penyediaan Listrik Indonesia. Strategi Penyediaan Listrik Nasional Dalam Rangka Mengantisipasi Pemanfaatan PLTU Batubara Skala Kecil, PLTN, Dan Energi Terbarukan : Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Konversi dan Konservasi Energi- BPPT, hlm Liu, H. Y., Wang, K. P., and Teng, H. S A simplified preparation of mesoporous carbon and the examination of the carbon accessibility for electric double layer formation. Carbon 43: Lufrano, F., Staiti, P., and Minutoli, M Influence of Nafion content in electrodes on performance of carbon supercapacitors. Journal of the Electrochemical Society ; 151: M.A Azam, M.F Rosle Electrochemical Analyses of Carbon Nanotube Based Supercapacitor in 1M LiPF6 Organic Electrolyte. Int. J. Electroact. Mater. 1: M.Rossi, M.P. Ekaputra, F. Iskandar, M. Abdullah, Khairurrijal. Superkapasitor Menggunakan Polimer Hidrogel Elektrolit dan Elektroda Nanopori Karbon.Prosiding Seminar nasional Material 2012 : Fisika-Institut Teknologi Bandung, hlm 1-4. Ning Luan, Chen XiaoHong, Song HuaiHe, Yue Yong De Study of MnO 2 /bamboo-based activated carbon composites as electrode materials for supercapacitors. Journal of Beijing University of Chemical Technology ; 37 :

36 20 Pandolfo, A. G., and Hollenkamp, A. F Carbon properties and their role in supercapacitors. Journal of Power Sources ; 157 : Pari G, Sofyan K, Syafii W, Buchari Pengaruh Lama Aktivasi Terhadap Struktur Kimia Dan Mutu Arang Aktif Serbuk Gergaji Sengon. Jurnal Penelitian Hasil Hutan 2004 ; 8: Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan, Bogor Qian Cheng, Jie Tang, Jun Ma, Han Zhang, Norio Shinya, Lu-Chang Qiu Graphene and nanostructured MnO 2 composite electrodes. Carbon ; 49 : Qu, D. Y., and Shi, H Studies of activated carbons used in double-layer capacitors. Journal of Power Sources 74; Ra, E.J., E. Raymundo-pinero, Y.H. Lee, F. Beguin High power supercapacitors using polyacryylonitrile carbon nano fiber paper. Carbon 47: Rumidatul Alfi Efektivitas Arang Aktif sebagai Adsorben Pada Pengolahan Air Limbah [Tesis]. Bogor. Institut Pertanian Bogor. Seon-Ho Yoon, Seongyop Lim, Yan Song, Yasumori Otu, Wenming Qiao, Atsushi Tanaka, Isao Mochida KOH activation of carbon nanofibers. Carbon 42: Tseng R.L., Tseng R.K Pore structure and adsorption performance of the KOH Activated Carbon Prepared from Corncob. J Coloid Interf Science 287: Wang, X. F., Ruan, D. B., Wang, D. Z., and Liang, J Hybrid electrochemical supercapacitors based on polyaniline and activated carbon electrodes. Acta Physico-Chimica Sinica 21; Xing, W., Qiao, S. Z., Ding, R. G., Li, F., Lu, G. Q., Yan, Z. F., et al Superior electric double layer capacitors using ordered mesoporous carbons. Carbon 44; Xin Li, Bingqing Wei Facile synthesis and supercapacitive behavior of SWNT/MnO2 hybrid films. Nano Energy ; 1 : Xu, B., Wu, F., Chen, R. J., Cao, G. P., Chen, S., Wang, G. Q., et al Room temperature molten salt as electrolyte for carbon nanotube-based electric double layer capacitors. Journal of Power Sources; 158: Ya-meng Cai, Zong-yi Qin, Long Chen Effect of electrolytes on electrochemical properties of graphene sheet covered with polypyrrole thin layer. Materials International ; 21 : Yang, C. C., Hsu, S. T., and Chien, W. C All solid-state electric doublelayer capacitors based on alkaline polyvinyl alcohol polymer electrolytes. Journal of Power Sources 152; Yueming Li, van Zijll M, Chiang S, Pan N. KOH Modified Graphene Nanosheets for Supercapacitor Electrodes. Journal of Power Sources 2011 ; 196 : Zheng, J. P Resistance distribution in electrochemical capacitors with a bipolar structure. Journal of Power Sources ; 137: Zuleta M, Bjornbom P, Lundblad A. Effects of Pore Surface Oxidation on Electrochemical and Mass-Transport Properties of Nanoporous Carbon. Journal of The Electrochemical Society 2005 ; 152 :