PENGARUH TEMPERATUR KALSINASI TERHADAP KAPASITANSI SUPERKAPASITOR PADA KOMPOSIT TIO 2 ARANG AKTIF KULIT BIJI METE

Pengaruh Temperatur……………………………………………………………………………….(Anas,dkk)

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 : [email protected]

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 mempunyai luas permukaan yang besar,

A. PENDAHULUAN Dari tahun ke tahun kebutuhan

kemampuan menyimpan enegi yang

energi listrik terus meningkat. Energi

besar, prinsip yang sederhana dan

listrik

kontruksi yang mudah [1]

menjadi

kebutuhan

pokok

manusia di segala sektor, baik dalam

Superkapasitor merupakan salah

sektor industri, telekomunikasi maupun

satu devais penyimpanan energi yang

transportasi. Oleh karena itu harus

berkapasitansi

dilakukan penghematan energi listrik,

Equivalent Series Resistant (ESR) yang

salah satunya dengan menggunakan alat-

rendah serta memiliki waktu pakai yang

alat elektronik yang efisien dan hemat

lama dibanding baterai. Pada dasarnya,

energi.

prinsip dari superkapasitor ini sama

Superkapasitor

penyimpan energi

sebagai

alat

dan arang aktif

biasanya dipilih sebagai bahan elektroda

dengan

baterai

tinggi,

sekunder

memiliki

yaitu

menggunakan sistem elektroda (anoda

dalam pembuatan superkapasitor karena

37


dan katoda) dan sistem elektrolit. Dalam

baterai, proses penyimpanan muatan

berlangsung

yaitu

kemudian diaktivasi menjadi arang aktif

perpindahan elektron melewati interface

dan selanjutnya arang aktif tersebut akan

elektroda,

sedangkan

dijadikan sebagai bahan elektroda dalam

superkapasitor

proses

secara

Faradaic,

dalam

penyimpanan

pembuatan

superkapasitor.Selanjutnya

muatan adalah non-Faradaic yaitu tidak

arang yang telah diaktivasi dicampurkan

ada transfer elektron melewati interface

dengan beberapa bahan kimia sehingga

elektroda. [2]

membentuk komposit dan diaktivasi

Berdasarkan penelitian terdahulu yang

melihat

(temperatur

pengaruh dan

kalsinasi

durasi)

dari

kembali

dengan

menggunakan

temperatur kalsinasi selama beberapa jam.

Kalsinasi

dilakukan

pada

kaolinit/TiO2 komposit pada sifat fisiko

temperatur tinggi tanpa terjadi pelelehan

kimia dan pada hasil pengurangan CO2

dan disertai dengan penambahan reagen.

fotokatalitik. Ditetapkan bahwa kondisi kalsinasi

yang

berbeda

tidak

II LANDASAN TEORI

mempengaruhi komposisi fase TiO2,

Temperatur kalsinasi merupakan

hanya garis difraksi anatase ditemukan

bentuk perlakuan panas pada komposit

dalam

semua

sampel

kaolinit/TiO2.

TiO2-arang aktif kulit biji mete yang

sedikit

kalsinasi

bertujuan mengubah suatu senyawa

mempengaruhi luas permukaan spesifik

karbon menjadi senyawa oksida, namun

komposit

masih dibawah titik leleh. Pemanasan

Penurunan

dengan

kaolinit/TiO2 dibandingkan tanpa

kaolinit/TiO2.

kalsinasi

pada komposit TiO2 – arang aktif kulit

terkait erat dengan suhu sertadurasi

biji mete merupakan bentuk aktivasi

kalsinasi. Ukuran kristal meningkat

terhadap komposit tersebut. Kalsinasi

dengan peningkatan suhu kalsinasi dan

selama 5 jam mampu merubah struktur

durasi. Hasil tertinggi yang diperoleh

penyusun dari komposit TiO2 – arang

atas

aktif.

dari18-23nm;

dengan

kristal

dengan cara kalsinasi yang diberikan

yang

katalis

Ukuran

komposit

ukuran

sampel

kristal tersebut

Superkapasitor

sebagai

alat

dikalsinasi pada 600°C untuk waktu

penyimpan energi , telah digunakan

yang berbeda 1 jam, 2jam, dan 3jam [3]

secara luas pada bidang elektronik dan

Pada penelitian ini, limbah kulit biji mete diolah menjadi arang. Arang

transportasi,

seperti

sistem

telekomunikasi digital, komputer dan

yang telah melewati proses karbonasi

37


pulse layer system, hybrid electrical vehicles,

dan

Superkapasitor kelebihan

sebagainya memiliki

dibanding

[6].

banyak

dengan

Kapasitor

dengan persamaan tegangan

VC  VS (e 

penyimpan energi yang lain seperti memiliki jumlah siklus yang relatif banyak (>100000 siklus), energi

yang

tinggi,

kerapatan

suatu

kapasitor

adalah

disederhanakan menjadi:

1

sesuai

VC  VS (1  e

)

V IN VOu t

(1)

Arus I akan berhenti mengalir sama dengan tegangan sumber V S ,

2

1

Digunakan hubungan

dengan

(I=0) pada saat tegangan kapasitor C

(4)

R

XC 

C RC

V IN VOut

0

untuk XC, hasil yang di dapat yaitu:

persamaan berikut: t

2

Setelah menyelesaikan persamaan

tegangan pada kapasitor akan naik eksponensial

R2

X C2 

sumber melalui hambatan ke kapasitor, secara

.(3)

XC

Dari persamaan di atas dapat

pengisian dan pengosongan muatannya. ditutup maka akan mengalir arus dari

(2)

R 2  X C2

V IN  VOut

saat

Dalam rangkaian RC apabila saklar

)

masukan dan tegangan keluaran, yaitu:

Dua hal yang perlu diperhatikan pada

RC

dihitung dengan perbandingan tegangan

menyimpanenergi yang besar, prinsip mudah [1,6]

t

Kapasitansi dan induktansi dapat

kemampuan

yang sederhana dankonstruksi yang

mengeluarkan

kembali energi listrik yang disimpannya

alat

batrey. Dari sisi teknis superkapasitor

akan

1 2fX C

(6)

Persamaan dasar yang digunakan untuk mendapatkan nilai kapasitansi yaitu:

proses tersebut dinamakan pengisian kapasitor. C

37

V IN VOut

2

2Rf

1

.(7)


Kapasitansi

spesifik

dari

sehingga mencapai temperatur kamar

superkapasitor dapat dihitung dengan

hingga hari kedua. Selanjutnya pada hari

persamaan berikut:

kedua diberikan perlakuan yang sama seperti sebelumnya yakni 1 jam pertama temperaturnya dinaikan dan selanjutnya

Dimana,

adalah kapasitansi

spesifik elektroda tunggal dari bahan elektroda,

adalah arus listrik,

diturunkan

pada

temperatur

kamar,

begitupula pada hari ketiga. Setelah direaksikan dalam autoklave, komposit

adalah waktu,

adalah perubahan

tegangan, dan

adalah massa bahan

HCL sebesar 500 ml. Komposit yang

elektroda dalam satu elektroda [7-

telah menjadi bubur kemudian disaring

10]

dan dicuci dengan aquadest, selanjutnya

1. Pembuatan Komposit

komposit tersebut dimasukan ke dalam

Pembuatan komposit dilakukan dengan proses pencampuran arang dan

tersebut diaduk dan ditambahkan 0,05 M

oven. 2. Pemanasan

TiO2 dengan perbandingan 1,33g arang aktif

dan

3,5g

TiO2

dengan

dengan

temperatur

Kalsinasi Pemanasan

dilakukan

dengan

menggunakan

blender,

selanjutnya

memasukan sampel (komposit TiO2-

ditambahkan

NaOH

sehingga

arang aktif) ke dalamtanurselama 5 jam

membentuk seperti bubur dengan lama

untukmasing-masingsampel.

pengadukan

proses

pengadukan,

1 bubur

jam.

Setelah disiapkan

Untuk

pemanasaninitemperaturkalsinasidivaria

direaksikan dalam autoklaf pada 125oC

sikanyaitu 400oC, 550oC, 700oC, 850oC,

selama 72 jam (tiga hari tiga malam).

hingga 1000oC

Temperatur awal yang diberikan yaitu 125 oC selama beberapa jam, kemudian setelah mencapai temperatur 125 oC maka temperaturnya diturunkan

37


3. Pembuatan dan pengukuran superkapasitor a. Wadah

Kolektor (plat tembaga)

Bahan elektroda Komposit TiO2-arang aktif

separator (mika)

Kawat tembaga 1 ,2cm 1,5cm 2cm

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

Keterangan: 1. 2. 3. 4.

Osiloskop Signal generator Potensiometer Resistor

5. Kapasitor Gambar 2. Desain pengukuran kapasitansi superkapasitor

37


III.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. KapasitansiSuperkapasitorKomposit TiO2-Arang AktifKulitBiji Mete Tabel

1.

Parameter

Sel

Superkapasitor

Elektroda

Arang

Aktif

dengan

Memvariasikan Temperatur kalsinasi N

Temperatur

f

VIN

VOut

R

(oC)

(Hz)

(Volt)

(Volt)

(Ohm)

1.

400

0,005

3,4

1,6

2.

550

0,005

3,12

3.

700

0,003

4.

850

5.

1000

O .

VIN/ VOut

C (Farrad)

1000

1,6

0,05971337

1,52

1000

1,52

0,05708812

3,4

1,48

1000

1,48

0,10977865

0,029

3,12

1,52

1000

1,52

0,00984277

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: 0.12

kapasitansi (F)

0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0

200

400

600

800

1000

temperatur kalsinasi (ºC)

Gambar3.Grafik hubungan antara suhu kalsinasi terhadap kapasitansi Grafik hubungan kapasitansi superkapasitor dan temperatur kalsinasi (400 oC, 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 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 100

perfomance (s)

80 60 Waktu Pengisian

40

Waktu Pengosongan 20 0 400

550

700

850

1000

Temperatur kalsinasi(ºC)

Gambar 5. Grafik hubungan antara temperatur kalsinasi terhadap waktu pengisian dan pengosongan

37


. Pada sampel komposit TiO2-arang aktif yang dikalsinasi pada temperatur o

permukaannya

semakin

besar

400 C nilai kapasitansi yang terukur

begitupula

dengan

yaitu 0,059713376 F Selanjutnya pada

sedangkan

teori

temperatur 550oC nilai kapasitansi yang

berdasarkan

terukur yaitu 0,057088121, sedangkan

dilakukan

mengatakan

pada temperatur 700 C nilai kapasitansi

meningkatnya

temperatur

yang terukur yaitu 0,109778657. Sampel

aktivasi cenderung menaikan kadar abu

dengan temperatur 850oC menghasilkan

dan akibat dari munculnya abu tersebut

nilai kapasitansi sebesar 0,009842779 F,

akan menutupi pori-pori arang aktif.

o

o

ukuran

dan

benaddi

penelitian

(2002)

yang

telah bahwa

dan

penelitian

lama

sedangkan untuk temperatur 1000 C

Dari

nilai kapasitansi yang terukur yaitu

dikaitkan dengan penelitian ini maka

0,000689 F. Data yang dihasilkan

jelas bahwa ketika komposit TiO2- arang

terlihat bahwa nilai kapasitansi dengan

aktif yang diberikan perlakuan panas di

o

beberapa

pori,

tersebut

temperatur diatas 700 C mengalami

atas 700oC luas permukaannya akan

penurunan,

lebih

semakin besar dan ukuran porinya akan

rendah dibandingkan dengan temperatur

semakin lebar, namun ukuran pori yang

hasilnyapun

jauh

o

di bawah 700 C, artinya bahwa arang o

diharapkan adalah ukuran pori dimana

aktif pada temperatur di atas 700 C

ion-ion elektrolit dapat masuk ke dalam

merupakan arang yang tidak layak untuk

pori. [8-10].

digunakan

sebagai

bahan

elektroda

superkapasitor. Ada

IV.

banyak

faktor

yang

menyebabkan besarnya nilai kapasitansi pada

temperatur

Berdasarkan

di

rujukan

700oC.

atas

penelitian

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan kalsinasi

bahwa temperatur

mempengaruhi

kapasitansi

superkapasitor

nilai komposit

sebelumnya yang telah dilakukan oleh

TiO2- arang aktif. Temperatur kalsinasi

Tanaka (1996) teorinya menyatakan

mampu

bahwa “ eningka nya e pera ur dan

struktur kristal

lama aktivasi menyebabkan luas

komposit TiO2- arang aktif, sehingga

merubah

luas

permukaan,

dan ukuran pori pada

dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi temperatur

kalsinasi

maka

rendah nilai kapasitansinya.

37

semakin


Y.

DAFTAR PUSTAKA [1] An, K. H., Kim, W. S., Park, Y. S.,

(2001),

Using

Supercapacitors

Single-Walled

Carbon

Choi, Y. C., Lee, S. M., Chung, D.

Nan.otube Electrodes, Adv. Mater.

C., Bae, D. J., Lim, S. C., and Lee,

vol. 13, no. 7, pp. 497-500.

[2] Martin, R.. 2012. Pengaruh Kalsinasi (Temperatur

[3]

H.,

dan

Durasi)

calcination

temperature

on

the

dari

physical–chemical properties and

Kaolinit/TiO2 Komposit pada Sifat

photocatalytic activities of Ni,La

Fisikokimia

codoped

dan

pada

Hasil

SrTiO3.

Journal

Pengurangan CO2 Fotokatalitik. Vol

Hazardous

LVIII, No 4.p.10-22, ISSN 1802-

CLXXVIII, Nr. 1-3, pp. 233-242.

5420.

ISSN 0304-3894.

Ariyanto

T.,

Rochmadi,

P.

(2012).

Imam,

2010,

dan

[7] Mclucas, Jim. 2010. Design Ideas

Pengaruh

Circuit Synchronizes Sensors and

Struktur Pori terhadap Kapasitansi Elektroda

Materials.

of

Superkapasitor

Cameras.

yang

[8] Putu, Gusti. 2015. Analisis Sifat

dibuat dari Karbon Nanopori. Jurnal

Listrik Komposit TiO2 – Arang

Reactor,Vol. 14 No. 1, April 2012,

Aktif dari Kulit Biji Mete. Skripsi.

Hal, 25-32.

FKIP

[4] Endo, T.,Kim, K., and Ishi, (2001). High Power Electric Doble Layer

Universitaas

Halu

Oleo.

karbon

aktif,

Kendari: [9]

Anonim,

2014c,

Capacitor (EDLCs); from Operating

http://www.thomasnet.com/karbon_

Principle Size in advanced Activated

aktif.php. Diakses pada tanggal 11

Carbons. Carbon Science, Vol 1, pp.

Mei 2014

117-128.

[10] Shukla, A.K., Sampath, S., and

[5] Haniffudin, N, D. Susanti,Pengaruh

Vijayamohanan,

Variasi Temperatur Karbonisasi dan

Electrochemical

Temperatur Aktivasi Fisika dari

Energy Storage Beyond Batteries,

Elektroda Karbon Aktif Tempurung

Current Science, vol. 79, no. 12.

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

37

K.,

(2000),

Supercapacitors:

PENGARUH TEMPERATUR KALSINASI TERHADAP KAPASITANSI SUPERKAPASITOR PADA KOMPOSIT TIO 2 ARANG AKTIF KULIT BIJI METE

Recommend Documents