BAB III METODOLOGI PELAKSANAAN

Transkripsi

1 30 BAB III METODOLOGI PELAKSANAAN 3.1 PENDAHULUAN Baterai seng udara merupakan salah satu bentuk sumber energi secara elektrokimia yang memiliki peluang sangat besar untuk aplikasi sumber energi masa depan. Baterai seng udara terdiri dari tiga bagian; logam seng sebagai anoda, elektroda udara sebagai katoda, yang terbagi ke dalam lapisan difusi gas dan lapisan aktif katalitik, dan pemisah (sparator). Reaksi kimia yang terjadi pada komponen-komponen penyusun baterai seng udara antara anoda dan katoda yang dihubungkan dengan larutan elektrolit akan menghasilkan energi listrik yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi peralatan elektronik. Penggunaan elektrolit yang berbentuk larutan akan menghasilkan permasalahan pada elektroda seng, karena larutan elektrolit memiliki sifat mengoksidasi logam seng yang berakibat pada menurunya efesiensi pemanfaatan dari elektroda seng dan akhirnya memperpendek usia baterai. Pengembangan membran elektrolit dari polimer hidrogel sebagai pengganti elektrolit cair pada baterai seng udara merupakan salah satu cara yang di usulkan dalam penelitian ini guna mengurangi pengoksidasian pada permukaan logam seng. Polimer hidrogel yang digunakan dalam penelitian ini adalah Nata de Coco. Nata de Coco merupakan suatu selulosa bakterial yang mempunyai beberapa keunggulan antara lain kemurnian tinggi, tingkat polimerisasi tinggi (hingga 8000), kristalinitas tinggi (70% sampai 80%), kadar air yang tinggi sampai 99% dan memiliki kekuatan tarik tinggi, elastis serta terbiodegradasi. Pada bab ini akan menjelaskan diagram alir penelitian serta metode penelitian yang digunakan dalam proses pengembangan baterai seng udara berbasis membran elektrolit Nata de Coco yang meliputi proses perancangan, pembuatan komponen, pengujian serta pengambilan data-data yang diperlukan.

2 DIAGRAM ALIR PENELITIAN Proses penelitian dan pengembangan baterai seng udara berbasis membran elektrolit Nata de Coco, dapat digambar dalam diagram alir sebagai berikut: Mulai Perumusan Masalah Studi Literatur Persiapan alat dan bahan (anoda, elektrolit, katoda, nata de coco dan chasing baterai) Perancangan Pembuatan Komponen Perakitan Komponen Pengujian Analisa Kesimpulan Laporan Selesai Gambar 3.1 Diagram alir penelitian baterai seng udara berbasis membran nata de coco

3 WAKTU DAN TENPAT PENELITIAN Penelitian ini dilakukan selama 5 bulan dimulai dari Maret 2017 sampai Juli Pengembangan baterai seng udara berbasis membran elektrolit Nata de Coco dilakukan di Laboratorium Material Termaju Teknik Mesin Universitas Mercu Buana. Analisa komponen dan pengujian laju korosi pada anoda baterai seng udara dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Kristen Indonesia (UKI) Jakarta. Sedangkan analisa konduktifitas membran Nata de Coco dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (PUSPIPTEK) Serpong, Tangerang. 3.4 METODE PENELITIAN Perancangan Perancangan pengembangan baterai seng udara berbasis membran elektrolit nata de coco dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut ini: Gambar 3.2 Pengembangan baterai seng udara berbasis membran nata de coco

4 33 coco meliputi: Tahadap proses pengembangan baterai seng udara berbasis membran nata de 1. Persiapan Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan, analisa, dan pengujian baterai seng udara berbasis membran elektrolit nata de coco meliputi: a. Alat - Digital Multimeter - Timbangan digital satuan gram (gr) dengan ketelitian 0, Braker glass - Tabung ukur - Mikro pipet - Gunting - Spatulla - Sendok - Cawan kaca - Pin set - SEM (Scanning Electrone Microscope) - EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) b. Bahan - NaOH - Air demineral - Seng

5 34 - Carbon baterai bekas - Arabic Gum - Nata de Coco - Chasing baterai 2. Perancangan chasing baterai Cashing baterai yang digunakan yaitu berupa sel koin dengan diameter 16 mm, terbuat dari logam alumunium dan dilapisi silikon pada lingkaran luar. Gambar 3.3 Cashing baterai 3. Perancangan Anoda Anoda yang digunakan adalah logam seng komersial yang sudah ada dipasaran berupa lembaran seng. Gambar 3.4 Bahan anoda baterai

6 35 4. Perancangan Katoda Katoda yang digunakan berasal dari carbon baterai bekas yang di campur dengan Arabic Gum sebagai katalis ditambah air demineral dengan perbandingan 1 : 0,7 : 1 dan dipanaskan pada suhu 60 o C selama 4 jam. (a) (b) (c) (d) Gambar 3.5 (a) Penimbangan serbuk karbon baterai bekas (b) Penimbangan Arabic Gum (c) Pengukuran air demineral (d) Proses pemanasan

7 36 5. Perancangan Membran Elektrolit Nata de Coco Nata de coco yang akan digunakan sebagai membran elektrolit dalam penelitian ini merupakan produk jadi yang diperoleh dari tempat produksi nata de coco dengan ketebalan ± 1 cm, sedangakan elektrolit yang akan digunakan adalah NaOH dengan variasi molaritas yang berbeda. Pemilihan nata de coco sebagai membran elektrolit didasarkan pada sifat nata de coco yang mampu menyerap larutan elektrolit dan menyimpanya didalam pori-pori serat sehingga bisa dijadikan sebagai membran elektrolit hidrogel dalam aplikasi baterai seng udara. Alasan lain yang mendasari pemilihan nata de coco sebagai membran elektrolit adalah nata de coco memiliki kemurnian tinggi, tingkat polimerisasi tinggi (hingga 8000), kristalinitas tinggi (70% sampai 80%), kadar air yang tinggi sampai 99% dan memiliki kekuatan tarik tinggi, elastis serta terbiodegradasi. Selain itu nata de coco memiliki banyak ikatan atom OH sehingga dimungkinkan nata de coco bisa menjadi inhibitor untuk logam seng pada baterai seng udara. Sedangkan alasan pemakaian NaOH sebagai larutan elektrolit didasarkan pada kemampuan larutan elektrolit NaOH dalam menghantarkan arus listrk sangatlah baik karena larutan elektrolit NaOH termasuk dalam katagori larutan basa kuat dan kebanyakan para peneliti menggunakannya sebagai larutan elektrotit dalam beberapa aplikasi baterai seng udara. Perancangan membran elektrolit nata de coco menggunakan teknik postmodification, yaitu dengan cara merendam lembaran kering nata de coco kedalam larutan elektrolit NaOH dengan variasi kosentrasi larutan. Berikut ini adalah tabel penetapan variasi kosentrasi larutan elektrolit NaOH. Tabel 3.1 Variasi kosentrasi elektrolit NaOH Kosentrasi NaOH 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M Hasil Pengujian 0 menit 15 menit 30 menit 45 menit 60 menit Volt (V) Arus (ma) Volt (V) Arus (ma) Volt (V) Arus (ma) Volt (V) Arus (ma) Volt (V) Arus (ma)

8 37 Dari hasil pengujian diatas diambil membran elektrolit nata de coco yang menghasilkan tegangan dan arus yang paling tinggi dengan nilai molaritas larutan elektrolit yang digunakan untuk perendaman. Selama perendaman larutan elektrolit NaOH akan terperangkap pada serat nata de coco sehingga menjadikan nata de coco yang awalnya kering tipis mengembang menjadi membran polimer hidrogel dengan presentase berat yang bervariasi sesuai kosentrasi elektrolit. Formula: Daya absorpsi serat nata de coco: Daya absorpsi (%) = Wt W0 W0 x 100% (3.1) Keterangan: Wt = Berat sebelum perendaman W0 = Berat setelah perendaman Molaritas: Keterangan: M = g Mr x 1000 V (3.2) M = molaritas (mol/liter) g = massa zat terlarut (gram) Mr = massa molekul relatif zat terlarut V = volume larutan (liter) Tabel 3.2 Daya serap serat nata de coco terhadap kosentrasi elektrolit NaOH Kosentrasi NaOH 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M Massa kering (gram) Hasil Pengujian Massa setelah perendaman (gram) Daya serap (%)

9 Pembuatan Komponen Pembuatan komponen baterai seng udara berbasis membran nata de coco meliputi empat tahapan, diantaranya: 1. Preparasi logam anoda seng Lembaran logam seng yang digunakan sebagai anoda didapat dari toko material, kemudian dipotong-potong berbentuk lingkaran dengan diameter sekitar 16 mm. selanjutnya diamplas dengan kertas pasir dan dibersihkan. Gambar 3.6 Preparasi anoda logam seng 2. Preparasi katoda udara Katoda udara yang terbuat dari campuran serbuk karbon baterai bekas, arabic gum dan air demineral yang sudah kering dipotong sesuai dengan ukuran cashing, kemudian ditempatkan pada sisi pori-pori lubang cashing. Gambar 3.7 Katoda udara kering

10 39 Gambar 3.8 Preparasi katoda udara 3. Preparasi dan karakterisasi membran elektrolit nata de coco Lembaran nata de coco yang masih basah ditekan sampai tipis untuk menghilangkan kadar air yang tekandung didalamnya kemudian dikeringkan dalam suhu ruang. (a) (b) Gambar 3.9 (a) Nata de coco basah (b) Nata de coco kering Nata de coco yang sudah kering kemudian dipotong sesuai kebutuhan kemudian di rendam dalam larutan elektrolit dengan variasi molaritas. Gambar 3.10 Potongan kecil serat kering nata de coco sebelum direndam

11 40 Gambar 3.11 Proses perendaman Nata de coco dalam larutan elektrolit Daya serap serat nata de coco terhadap larutan elektrolit menjadikan nata de coco yang awalnya kering tipis mengembang menjadi membran polimer hidrogel. Lembaran-lembaran membran polimer hidrogel nata de coco kemudian dipotong berbentuk lingkaran dengan diameter sekitar 16 mm. Gambar 3.12 Preparasi membran elektrolit nata de coco Membran elektrolit nata de coco yang menghasilkan tegangan dan arus yang paling tinggi kemudian di uji kemampuan proteksinya terhadap anoda seng. 4. Perakitan Setelah tahapan semua bagian baterai seng udara telah selesai, dilanjutkan dengan perakitan komponen baterai. Susunan dari komponen-komponen baterai dapat dilihat seperti gambar 3.12 dibawah ini:

12 41 (Anoda seng) (Membran elektrolit) (katoda udara) (cashing) Baterai seng udara Gambar 3.13 Urutan perakitan baterai seng udara Anoda seng, membran elektrolit nata de coco dan katoda udara yang telah dipotong melingkar di masukan kedalam chasing baterai dengan susunan katoda udara dilapisi membran elektrolit nata de coco kemudian anoda seng diletakkan diatasnya. Membran elektrolit nata de coco berfungsi sebagai separator sekaligus elektrolit padat yang memisahkan antara katoda udara dan anoda seng. Susunan dari baterai seng udara berbasis membran elektrolit nata de coco jika diperhatikan persis seperti kue lapis. Ini dapat dilihat seperti pada skema baterai seng udara berbasis membran elektrolit nata de coco pada gamabar 3.14 berikut: Gambar 3.14 Skema baterai seng udara berbasis membran elektrolit nata de coco Pengujian Tahap pengujian merupakan tahapan yang dilakukan untuk mengetahui efektifitas penggunaan membran elektrolit nata de coco pada baterai seng udara. Pengujian yang dilakukan terdiri atas tiga tahap pengujian, pada tahap pertama yaitu uji fungsi baterai dengan mengukur sel baterai untuk mengetahui nilai tegangan baterai dan kuat arus

13 42 batera. Pada tahap kedua, yaitu uji performa dengan variasi beban menggunakan battery tester. Dan tahapan yang ketiga, yaitu pengujian efek korosi yang merupakan uji kemampuan proteksi membran elektrolit nata de coco terhadap efek korosi anoda baterai. (a) (b) Gambar 3.15 (a) Pengukuran kuat arus baterai (b) Pengukurun tegangan baterai Analisis dan Kesimpulan Setelah dilakukannya pengujian maka dilakukan analisis terhadap hasil pengujian. Apabila tidak memenuhi parameter yang telah ditentukan maka dilakukan evaluasi terhadap perancangan dan dilanjutkan dengan perbaikan. Apabila pengujian memenuhi parameter yang ditentukan maka alat yang dibuat dianggap berhasil dan selanjutnya dibuat kesimpulan pada laporan.