1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Seiring meningkatnya kebutuhan dunia akan energi dan munculnya kesadaran mengenai dampak lingkungan dari penggunaan sumber energi yang berasal dari bahan bakar fosil, menjadikan sumber energi secara elektrokimia menjadi fokus perhatian untuk dikembangkan sebagai penyedia sumber energi alternatif. Sumber energi secara elektrokimia, yaitu suatu proses yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Sumber energi tersebut dapat diproduksi secara keberlanjutan dan ramah lingkungan (Widjajanti dan Marfuatun, 2015). Sumber energi secara elektrokimia, salah satunya menggunakan teknologi baterai (Winter dan Brodd, 2004). Teknologi baterai yang saat ini banyak menarik perhatian sebagai solusi penyimpanan energi yang mungkin untuk beberapa dekade adalah baterai logam udara (Cheng dan Chen, 2012). Baterai logam udara menggunakan logam sebagai anoda dan memerlukan oksigen dari udara yang masuk melalui katoda. Biasanya katoda ini merupakan karbon berpori. Reaksi elektrokimia yang terjadi didalam baterai logam udara akan menghasilkan energi listrik (Sagir dan Ahmad, 2011). Menurut Li dan Dai (2014) diantara berbagai macam baterai logam udara, baterai seng udara lah yang memiliki peluang terbesar untuk aplikasi energi masa depan. Hal ini dikarenakan baterai seng udara memiliki energi spesifik yang relatif tinggi (1218 Wh kg -1 ) dengan kepadatan energi volumetrik (6131 Wh L -1 ) selain itu harga seng lebih murah dibandingkan dengan jenis logam yang lain serta keberadaannya lebih melimpah di kerak bumi (Fu et al, 2016).
2 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 (J. Cho et al, 2011). Anoda dan katoda dalam baterai seng udara akan mengalami reaksi kimia dengan menghasilkan suatu elektron. Menurut Sagir dan Ahmad (2011) ketika anoda dan katoda dihubungkan dengan larutan elektrolit, ion akan bergerak untuk melengkapkan sebuah rangkaian sirkuit elektronik melalui larutan elektrolit. Elektron yang dihasilkan dari anoda akan mengalir melalui sirkuit eksternal menuju katoda. Pergerakan elektron ini akan menghasilkan arus listrik yang dapat digunakan sebagai sumber energi bagi peralatan elektronik. Elektrolit yang diaplikasikan dalam baterai seng udara berbentuk larutan sehingga antara katoda dan anoda dibutuhkan separator atau pemisah. Separator merupakan komponen elektrokimia yang tidak aktif namun memiliki dampak langsung pada parameter baterai. Separator pada baterai seng udara harus memiliki ketahanan ionik rendah dan hambatan listrik yang tinggi. Separator harus memiliki kapasitas absorpsi yang tinggi dari elektrolit alkali tapi memiliki ketahanan kimia yang cukup terhadap elektrolit korosif dan oksidasi. Seperti yang telah diketahui bahwa larutan elektrolit yang digunakan dalam baterai seng udara memiliki sifat mengoksidasi logam seng yang berakibat pada menurunya efesiensi pemanfaatan dari elektroda seng dan akhirnya memperpendek usia baterai. Menurut Li dan Dai (2014) reaksi oksidasi antara larutan elektrolit dengan elektroda negatif (logam seng) akan menghasilkan generasi gas hidrogen. Hal ini akan menyebabkan terjadinya korosi bertahap pada logam seng dan menurunkan pemanfaatan bahan aktif. Sedangkan pada elektroda positif (katoda udara), oksigen dari atmosfer sekitarnya menembus pori gas diffusion elektroda (GDE) dan akan berkurang pada permukaan partikel elektrokatalis dalam kontak langsung dengan elektrolit. Salah satu cara yang di usulkan dalam penelitian ini guna mengurangi pengosidasian pada permukaan logam seng adalah menggunakan membran polimer hidrogel yang memiliki kemampuan menyerap larutan elektrolit sebagai separator baterai seng udara. Penggunaan separotor berupa membran polimer hidrogel ini akan menyebabkan berkurangnya penggunaan air sebagai pelarut elektrolit. Dengan demikian elektrolit akan terperangkap didalam polimer hidrogel dan ini akan
3 mengurangi terlepasnya elektrolit untuk bereaksi secara langsung pada permukaan elektroda positif (Mohamad, 2008). Polimer hidrogel yang digunakan dalam penelitian ini adalah Nata de Coco. Nata de Coco merupakan suatu selulosa bakterial hasil fermentasi air kelapa dari berbagai spesies bakteri seperti Gluconacetobacter (lebih dikenal dengan nama Acetobacter), Agrobacterium, Aerobacter, Achromobacter, Azobacter, Rhizobium, Sarcina, dan Salmonella (Chawla et al, 2009). Menurut Barud et al, (2011) selulosa bakterial 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 pengembangan membran elektrolit hidogel dari Nata de Coco, akan dilakukan penekanan pada Nata de Coco untuk menghilangkan kadar air yang terkandung didalamnya sehingga didapatkan lembaran tipis yang dibiarkan kering pada suhu kamar. Selanjutnya lembaran kering Nata de Coco direndam dengan larutan basa kuat (NaOH) sebagai larutan elektrolit sampai meresap kedalam lembaran Nata de Coco. Oleh karena itu pada penelitian ini juga digunakan variasi nilai molaritas dari larutan elektrolit NaOH yang digunakan untuk perendaman. 1.2 RUMUSAN MASALAH Untuk lebih memfokuskan permasalahan dalam penelitian ini maka rumusan masalah yang akan dibahas penulis meliputi: 1) Bagaimana karakterisasi Nata de Coco sebagai membran elektrolit dalam penyerapan larutan elektrolit NaOH. 2) Bagaimana efek konsentrasi elektrolit termobilisasi dalam polimer hidrogel Nata de Coco terhadap kenerja baterai seng udara. 3) Bagaimana perbandingan efek korosi antara logam anoda baterai seng udara yang menggunakan elektrolit NaOH cair dengan baterai seng udara yang menggunakan membran elektrolit Nata de Coco.
4 1.3 TUJUAN PENELITIAN Berdasarkan latar belakang penelitian, secara umum penelitian ini bertujuan untuk: 1) Mengembangkan dan meningkatkan kinerja baterai seng udara berbasis polimer hidrogel Nata de Coco sebagai membran elektrolit untuk aplikasi sumber energi baru terbarukan. 2) Mengetahui karakterisasi Nata de Coco sebagai membran elektrolit. 3) Penggunaan membran elektrolit dari polimer hidrogel Nata de Coco diharapkan menjadi salah satu solusi terhadap masalah korosi pada anoda baterai seng udara. 1.4 BATASAN DAN RUANG LINGKUP PENELITIAN Adapun batasan masalah dan ruang lingkup dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1) Nata de Coco yang digunakan sebagai membran elektrolit polimer hidrogel merupakan Nata de Coco produksi rumahan yang sudah jadi dan siap pakai. 2) Penelitian dilakukan hanya untuk mempelajari pengaruh penggunaan Nata de Coco sebagai membran elektrolit polimer hidrogel terhadapa efek korosi pada permukaan anoda baterai. 3) Larutan elektrolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah NaOH dengan variasi elektrolit 1 6 M. 1.5 SISTEMATIKA PENULISAN Untuk memperoleh gambaran tentang isi dari tugas akhir ini maka digunakan sistematika penulisan yang meliputi: BAB I PENDAHULUAN, BAB II TINJAUAN PUSTAKA, BAB III METODOLOGI PENELITIAN, BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN, BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.
5 Pada bab I pendahuluan, berisikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah dan ruang lingkup, metodologi penelitian, serta sistematika penulisan laporan. Sedangkan pada bab II tinjauan pustaka, berisikan tentang tinjaun pustaka atau landasan teori yang bersangkutan dengan tugas akhir ini. Kemudian pada bab III metodologi penelitian, berisikan mengenai diagram alir, metodologi penyelesaian masalah, dan langkah-langkah penyelesaiannya. Selanjutnya pada bab IV hasil dan pembahasan, berikan tahapan hasil pembuatan alat, spesifisikasi alat, dan hasil pengujian serta pembahasan dari alat yang telah dibuat. Dan pada bab V kesimpulan dan saran, berikan tentang kesimpulan dari kinerja yang dihasilkan oleh alat yang telah dibuat secara keseluruhan dan saran yang ditujukan untuk penyempurnaan tugas akhir ini.