PENGARUH LUAS PERMUKAAN SPESIFIK DAN KONDUKTIVITAS LISTRIK TERHADAP KAPASITANSI SPESIFIK ELEKTRODE SUPERKAPASITOR ZEOLIT BERBASIS SILIKA SEKAM PADI AKIBAT VARIASI SUHU KALSINASI (Skripsi)
Oleh ROSALINA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017
ABSTRAK
PENGARUH LUAS PERMUKAAN SPESIFIK DAN KONDUKTIVITAS LISTRIK TERHADAP KAPASITANSI SPESIFIK ELEKTRODE SUPERKAPASITOR ZEOLIT BERBASIS SILIKA SEKAM PADI AKIBAT VARIASI SUHU KALSINASI
Oleh ROSALINA
Penelitian ini mengkaji tentang potensi zeolit sebagai elektrode superkapsitor yang bertujuan untuk mengetahui pengaruh luas permukaan spesifik dan konduktivitas listrik terhadap kapasitansi spesifik zeolit. Zeolit disintesis dari campuran silika sekam padi dan alumina menggunakan metode sol gel yang dikalsinasi pada suhu 150, 250, 350, 450, 550, dan 650oC. Hasil XRD menunjukkan telah terbentuk fasa alumina dan silika untuk setiap suhu kalsinasi dan pada suhu kalsinasi 350oC telah terbentuk fasa gmelinite yang menandakan telah terbentuk zeolit. Semakin tinggi suhu kalsinasi, maka ukuran kristal zeolit semakin membesar dan akan mengecil akibat terbentuknya fasa baru. Kapasitansi spesifik dipengaruhi oleh luas permukaan spesifik dan konduktivitas listrik. Dimana semakin besar luas permukaan spesifik maka kapasitansi spesifiknya semakin meningkat. Namun mengalami penurunan kapasitansi spesifik pada luas permukaan spesifik 150.01 m2/g karena terjadi saturasi kapasitansi. Pada konduktivitas listrik tinggi, terjadi peningkatan kapasitansi spesifik seiring meningkatnya nilai konduktivitas listrik. Namun terjadi penurunan kapasitansi spesifik pada konduktivitas listrik rendah. Kapasitansi spesifik terbesar berada pada luas permukaan spesifik 150.01 m2/g dan nilai konduktivitas 1.15x10-3 S/cm, yaitu sebesar 8.13x10-3 F/g yang diperoleh dari zeolit dengan suhu kalsinasi 650oC. Dengan nilai tersebut, zeolit dapat digunakan sebagai material elektrode superkapasitor.
Kata kunci: kapasitansi spesifik, konduktivitas listrik, luas permukaan spesifik, zeolit
i
ABSTRACT
THE EFFECT OF SPECIFIC SURFACE AREA AND ELECTRICAL CONDUCTIVITY ON SPECIFIC CAPACITANCE OF SUPERCAPACITOR ELECTRODE ZEOLITE BASED SILIKA RICE HUSK DUE TO VARIATION OF CALCINATION TEMPERATURES By ROSALINA
This study describes the potential of zeolite as a supercapacitor electrode which aims to determine the effect of specific surface area and electrical conductivity on the specific capacitance of the zeolite. Zeolites are synthesized from a mxiture of silica based rice husk and alumina using sol-gel method and calcined at the temperature of 150, 250, 350, 450, 550, and 650oC. The XRD results showed already formed alumina and silica phases for each calcination temperature and the calcination temperature of 350oC has formed gmelinite phase which marks have been formed zeolite. The higher of calcination temperature, the size of the zeolite crystal grow in size and will shrink due to the formation of a new phase. The specific capacitance is affected by the specific surface area and electrical conductivity. Wherein the larger of specific surface area, the specific capacitance increase. However, the specific capacitance decreased at the specific surface area of 150 m2/g due to saturation of capacitance. At the high electrical conductivity, an increase in specific capacitance with increasing the electrical conductivity. However, a decreased in specific capacitance at low the electrical conductivity. The highest of specific capacitance is at a specific surface area of 150.01 m2/g and electrical conductivity values 1.15x10-3 S/cm is equal to 8.13x10-3 F/g obtained from zeolites with calcination temperature of 650oC. With these values, the zeolite can be used as a supercapacitor electrode material. Keywords: specific capacitance, electrical conductivity, specific surface area, zeolite
ii
PENGARUH LUAS PERMUKAAN SPESIFIK DAN KONDUKTIVIVITAS LISTRIK TERHADAP KAPASITANSI SPESIFIK ELEKTRODE SUPERKAPASITOR ZEOLIT BERBASIS SILIKA SEKAM PADI AKIBAT VARIASI SUHU KALSINASI
Oleh
Rosalina Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA SAINS Pada Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Lampung Utara pada tanggal 17 Mei 1995 yang merupakan anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Sahidin dan Ibu Rusnawati. Penulis menyelesaikan pendidikan di SDN 02 Sindang Agung (2006), SMPN 03 Tanjung Raja (2009), dan SMAN 01 Tanjung Raja (2012). Pada tahun 2012 penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur ujian tulis SNMPTN. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif di Himpunan Mahasiswa Fisika sebagai anggota bidang kesekretariatan dari tahun 2013-2014 dan anggota bidang kaderisasi dari tahun 2014-2015.
Penulis melakukan Praktik Kerja Lapangan di UPT. BPML-LIPI Lampung dengan judul “Variasi Waktu Pengadukkan untuk Memisahkan Al2O3 dan SiO2 pada Kaolin menggunakan Metode Flotasi sebagai Bahan Pembuatan Refraktori”. Penulis juga pernah menjadi asisten Praktikum Fisika Dasar I dan Sains Dasar Fisika. Kemudian penulis melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh Luas Permukaan Spesifik dan Konduktivitas Listrik terhadap Kapasitansi Spesifik Elektrode Superkapasitor Zeolit Berbasis Silika Sekam Padi Akibat Variasi Suhu Kalsinasi” sebagai tugas akhir Juusan Fisika FMIPA Unila.
vii
MOTTO
“Jangan takut terlambat. Yang paling bahaya jika kamu berhenti dan tidak bertindak” “Pengetahuan adalah kekuatan”
i
Dengan Menyebut Nama Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang Kupersembahkan hasil karya yang sederhana ini kepada:
“Bapak dan Ibu” Yang telah mendidik dan membesarkanku dengan segala do’a terbaik, kesabaran dan limpahan menuju kesuksesan dan kebahagiaan, kasih sayang yang menguatkanku serta mendukung segala langkahku. “Adik-Adikku” Yang membuatku semangat untuk menjadi seorang kakak teladan yang baik. “Sahabat-Sahabatku dan Fisika 2012” Terima kasih telah memberikan warna dan pelajaran padaku, dari yang mengajarkan arti hidup sampai membantu dalam proses penyusunan karya yang sederhana ini. Universitas Lampung Almamater Tercinta
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Luas Permukaan Spesifik dan Konduktivitas Listrik terhadap Kapasitansi Spesifik Elektrode Superkapsitor Zeolit Berbasis Silika Sekam Padi Akibat Variasi Suhu Kalsinasi”. Tujuan utama penulisan skripsi ini adalah sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan gelar S1 dan melatih penulis untuk berfikir logis dan kreatif dalam penulisan karya ilmiah.
Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini banyak terdapat kekurangan. Oleh sebab itu kritik dan saran sangat diperlukan untuk memperbaiki skripsi. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi pengetahuan mahasiswa pada khususnya dan masyarakat pada umumnya, Aamiin.
Bandar Lampung, Januari 2017 Penulis
Rosalina
x
SANWACANA
Puji syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah SWT Yang Maha Esa, atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari dukungan dan bantuan berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Ibu Suprihatin, S.Si., M.Si. selaku Pembimbing I serta Pembimbing Akademik yang senantiasa membimbing dan memberikan nasehat untuk menyelesaikan skripsi serta perkuliahan.
2.
Bapak Drs. Pulung Karo Karo, M.Si. selaku Pembimbing II yang telah memberikan masukan-masukan dan nasehat untuk menyelesaikan skripsi.
3.
Bapak Drs. Ediman Ginting, M.Si. selaku Penguji yang telah memberikan kritik dan saran selama penulisan skripsi.
4.
Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Si., M. Eng. dan Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T. selaku Ketua dan Sekretaris Jurusan Fisika, seluruh Dosen serta Staf Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Lampung.
5.
Bapak Prof. Dr. Warsito, S.Si., D.E.A. selaku Dekan Fakultas MIPA Universitas Lampung.
xi
6.
Bapak Agus Riyanto, S.Si., M.Sc. yang telah membimbing, memberikan masukan,
kritik
dan
saran
serta
selalu
memberi
motivasi
dalam
menyelesaikan skripsi. 7.
Kedua Orang Tua tercinta yang menjadi semangat dan selalu memberikan dukungan, motivasi dan do’a yang tak pernah henti untuk penulis.
8.
Adik-adikku tersayang Dani Hidayat dan Milki Laulia Rahim serta keluarga besar atas dukungan dan do’a serta selalu menjadi motivasi bagi penulis
9.
Mona Algatama Putri F sahabat yang selalu memberikan bantuan, dukungan, semangat, saran, kritik, dan selalu ada saat susah ataupun senang. Diah Puspita Sari yang selalu memberikan semangat, menjadi teman curhat, dan selalu menemani. M. Muntamijayati, Siti Rokayah, dan Dwi Nadya Lestari yang selalu memberiakan semangat.
10. Super team zeolite (Alfi, Fatia, Imas, Jeni, Mona, dan Siti) yang saling memberikan motivasi, semangat serta menjalani senang dan susah selama penelitian. 11. Teman-teman kosan Nyunyai (Diah, Ria, Teguh, Meri, Ani) yang selalu menghibur penulis. 12. Teman-teman Mafia 12, kakak dan adik tingkat Fisika, serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu atas bantuan dan kritik serta saran dalam penyelesaian skripsi. Semoga Allah SWT membalas segala kebaikan dan niat baik yang telah diberikan oleh berbagai pihak sehingga skripsi ini dapat selesai dan bermanfaat.
xii
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK .......................................................................................................... i ABSTRACT ......................................................................................................... ii HALAMAN JUDUL .......................................................................................... iii HALAMAN PERSETUJUAN .......................................................................... iv LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ v PERNYATAAN .................................................................................................. vi RIWAYAT HIDUP ........................................................................................... vii MOTTO ............................................................................................................ viii PERSEMBAHAN ............................................................................................... ix KATA PENGANTAR ........................................................................................ x SANWACANA .................................................................................................. xi DAFTAR ISI .................................................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xv DAFTAR TABEL .......................................................................................... xvi I.
PENDAHULUAN A. B. C. D. E.
Latar Belakang ........................................................................................ Rumusan Masalah ................................................................................... Batasan Masalah ..................................................................................... Tujuan Penelitian .................................................................................... Manfaat Penelitian ..................................................................................
xiii
1 4 5 5 6
II. TINJAUAN PUSTAKA A. B. C. D. E. F.
Superkapasitor ......................................................................................... 7 Zeolit dan Potensinya sebagai Elektrode ................................................ 9 Analisis Struktur Kristal ......................................................................... 12 Karakteristik Luas Permukaan ................................................................ 13 Pengujian Konduktivitas Listrik ............................................................. 17 Penentuan Kapasitansi oleh Cyclic Voltammetry .................................... 18
III. METODE PENELITIAN A. B. C. D.
Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................. 20 Alat dan Bahan Penelitian ....................................................................... 20 Prosedur Penelitian ................................................................................. 21 Diagram Alir Penelitian .......................................................................... 24
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analisis Struktur Kristal Zeolit ............................................................... 25 B. Pengaruh Suhu Kalsinasi terhadap Luas Permukaan Spesifik dan Konduktivitas Listrik Zeolit .................................................................... 30 C. Pengaruh Luas Permukaan Spesifik terhadap Kapasitansi Spesifik Zeolit ........................................................................................................ 34 D. Pengaruh Konduktivitas Listrik terhadap Kapasitansi Spesifik Zeolit ... 36 V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ............................................................................................. 40 B. Saran ....................................................................................................... 41 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1. Rangakaian superkapasitor ....................................................................... 8 2.2. Struktur kimia zeolit ................................................................................. 10 2.3. Tipe Adsorpsi/desorpsi isotermal ............................................................. 14 2.4. Tipikal grafik BET ................................................................................... 16 3.1. Diagram alir penelitian ............................................................................. 24 4.1. Hubungan suhu kalsinasi terhadap luas permukaan spesifik dan konduktivitas listrik zeolit ........................................................................ 31 4.2. Hubungan luas permukaan spesifik dan kapasitansi spesifik zeolit ......... 34 4.3. Hubungan konduktivitas listrik dan kapasitansi spesifik zeolit ............... 37
xv
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
4.1. Fasa yang terbentuk pada suhu kalsinasi 150, 250, 350, 450, 550, dan 650℃ ....................................................................................................... 26 4.2. Ukuran kristal pada suhu 150, 250, 350, 450, 550, dan 650℃ ................ 29 4.3. Hubungan suhu kalsinasi terhadap luas permukaan spesifik dan konduktivitas listrik zeolit ........................................................................ 31 4.4. Hubungan luas permukaan spesifik dan kapasitansi spesifik zeolit ........ 34 4.5. Hubungan konduktivitas listrik dan kapasitansi spesifik zeolit ............... 36
xvi
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Kebutuhan energi di Indonesia mengalami peningkatan sebesar 5,5% per tahun (Zed, dkk., 2014). Untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut, Indonesia menggunakan bahan bakar fosil sebagai sumber energi.Namun, ketersediaan bahan bakar fosil semakin menipis dan menyebabkan polusi gas rumah kaca akibat pembakaran. Solusi terbaik untuk mengatasi hal tersebut yaitu penggunaan energi listrik. Setiap tahunnnya energi listrik digunakan dalam jumlah besar mencapai 200 TOE (Ton of Oil Energy) dan akan terus mengalami peningkatan (Karno, dkk., 2012), sehinggadibutuhkan media penyimpanan energi listrik dengan kapasitas daya besar dan bisa digunakan dalam waktu yang lama.
Penyimpan
energi
berkapasitas
besar
yang
banyak
digunakan
yaitu
superkapasitor, karena superkapasitor memiliki rapat daya yang besar, memiliki waktu dan siklus hidup panjang mencapai 106 siklus, waktu pengisian dan pengosongan pendek, serta material pembuatannya murah (Conway, 1999) (Rawale dan Chandan, 2015). Kelebihan tersebut menjadikan superkapasitor banyak digunakan dalam bidang elektronika, peralatan medis, transportasi, dan banyak aplikasi lainnya (Lu,et al., 2011).
2
Salah satu komponen utama superkapasitor adalah elektrode. Umumnya elektrode terbuat dari bahan penyusun seperti karbon (garphene, nanopori, nanofoam, cyrogel, nanotube)(Zhang,et al.,2010, Ariyanto, dkk., 2012, Karthikeyan,et al., 2009, Garcia, et al., 2008), logam oksida seperti ruthenium oxide (RuO2) dan nickel oxide (NiO2) (Chen, et al., 2004 dan Lota, et al., 2010), serta polimer konduktif (Snook, et al., 2011). Diantara bahan tersebut, RuO2 memiliki nilai kapasitansi yang paling tinggi karena memiliki luas permukaan spesifik yang besar dan memiliki struktur berpori (Murkami, et al., 1997). Namun, bahan ruthenium memiliki ketersediaan yang terbatas dan harga yang tinggi. Oleh sebab itu, dibutuhkan terobosan baru dalam pembuatan elektrode superkapasitor menggunakan bahan yang murah dan mudah untuk diperoleh, salah satunya yaitu zeolit sintesis.
Zeolit sintesis merupakan mineral aluminosilikat yang dapat dibuat melalui proses kristalisasi menggunakan perpaduan silika dan alumina dengan proses sederhana dan tidak memerlukan biaya tinggi. Selain itu, zeolit memiliki struktur mikropori dengan ukuran 3-10Å (Muresan, 2011) yang sebagian besar strukturnya berkanal dan berpori. Luas permukaan total zeolit adalah jumlah dari luas permukaan dinding pori dan kanal-kanal tersebut. Sehingga, semakin banyak pori dan kanal, semakin besar pula luas permukaan total zeolit. Luas permukaan internal zeolit puluhan kali lebih besar jika dibandingkan dengan permukaan luarnya (Yunica dan Muttaqin, 2013; Dyer, 1988).Zeolit juga memiliki sifat unik seperti stabilitas termal,
kerapatan
rendah,
dan
kemampuan
penyimpan
dan
penukar
ion(Bogdanov,et al., 2009). Luas permukaan yang besar, ukuran pori kecil, serta kemampuan penukar ion dapat menjadikan zeolit sebagai bahan elektrode
3
untuksuperkapasitor (Muresan, 2011) yang dapat menyimpan muatan berdasarkan mekanisme Faradaic, karena terjadi reaksi reduksi-oksidasi yang melibatkan transfer muatan antara elektrode dan elektrolit (Shukla, et al., 2000).
Menyiapkan bahan berpori yang memiliki luas permukaan, volume pori, dan mesoporositas yang tinggi juga menjadi hal yang penting dalam menyiapkan bahan elektrode superkapasitor berkapasitansi besar (Ariyanto, dkk., 2012). Namun, zeolit memiliki nilai konduktivitas yang tidak terlalu tinggi (Oktaviani dan Muttaqin, 2015), sehingga untuk meningkatkan konduktivitasya diperlukan bahan sebagai pengumpul arus (current collector)dengan nilai konduktivitas yang lebih tinggi. Salah satu bahan yang sering digunakan yaitu karbon karena memiliki luas permukaan tinggidan nilai konduktivitas yang besar mencapai 3x104 S/m (Effendi, dkk., 2007).
Terdapat beberapa penelitian mengenai penggunaan zeolit sebagai elektrode superkapasitor, seperti yang dilakukan oleh Moon, et al., (2015) mengenai Zeolite Templated Carbon (ZTC). Nilai kapasitansi spesifik yang didapatkan sangat bervariasi mulai dari 20 F/g – 240 F/g. Selain itu, Xu, et al (2010) meneliti mengenai Alkalin-Treated Zeolit 𝛽 (AT-𝛽) yang menghasilkan nilai kapasitansi per luas permukaaan sebesar 5.9 – 13.6 μF/cm-2.
Zeolit dapat disintesis dari beberapa bahan yang memiliki sumber silika tinggi, seperti abu layang batubara (Jumaeri, dkk., 2007), abu dasar batubara (Yunica dan Muttaqin, 2013), pasir (Izzati, dkk., 2013), dan sekam padi.Diantara bahan tersebut, sekam padi memiliki kemurnian silika yang tinggi mencapai
4
95%(Sembiring dan Pulung, 2007) dan memiliki luas permukaan spesifik mencapai 81 m2/g (Della, et al, 2002).
Dalam penelitian ini, zeolit disintesisdari silika sekam padi dengan metode sol gel. Zeolit ini diharapkan dapatdigunakan sebagai elektrode superkapasitor dengan cara membentuk pelet zeolit yang dikalsinasi pada variasi suhu 150, 250, 350, 450, 550, dan 650℃. Struktur dan ukuran kristal zeolit dianalisis menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), luas permukaan dikarakterisasi menggunakan Surface Area Analyzer (SAA) dan dianalisis menggunakan metode Brunauer-Emmet-Teller
(BET).
Sedangkan
untuk
menguji
konduktivitas
listrikzeolit digunakan alat Inductance Capacitance and Resistance (LCR) meter dan untuk mencari nilai kapasitansi spesifik digunakanpengukuranCyclic Voltametry (CV).
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang diuraikan di atas, masalah yang dikaji dapat dirumuskan sebagai berikut: 1.
Bagaimana pengaruh variasi suhu kalsinasi terhadap struktur dan ukuran kristal zeolit?
2.
Bagaimana hubungan antara luas permukaan spesifik zeolit dan nilai kapasitansi spesifik elektrode superkapasitor akibat variasi suhu kalsinasi ?
3.
Bagaimana hubungan antara konduktivitas listrik zeolitdan nilai kapasitansi spesifikelektrode superkapasitor akibat variasi suhu kalsinasi?
5
C. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah: 1.
Zeolit disintesis dari silika sekam padi dan sodium aluminat menggunakan metode sol gel.
2.
Untuk mendapatkan nilai luas permukaan spesifik, konduktivitas listrik, dan kapasitansi spesifik yang berbeda, diberikan variasi suhu kalsinasi pada150, 250, 350, 450, 550, dan 650oC.
3.
Analisis X-Ray Diffraction (XRD) dilakukan pada rentang sudut2𝜃 antara 10 sampai 80°.
4.
Luas permukaan zeolit dianalisis menggunakanSurface Area Analyzer(SAA) dengan metode Brunauer-Emmet-Teller (BET).
5.
Konduktivitas listrik zeolitdiuji menggunakan LCR meter dengan arus DC.
6.
Kapasitansi spesifik dianalisismenggunakan metodecyclic voltametry dengan larutan elektrolit NaOH dan KHP pada scan rate 100 mV/s.
D. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini, yaitu: 1.
Mengetahui pengaruh variasi suhu kalsinasi terhadap struktur dan ukuran kristal zeolit.
2.
Mengetahuihubungan antara luas permukaan spesifik zeolit dan nilai kapasitansi spesifik elektrode superkapasitor akibat variasi suhu kalsinasi.
3.
Mengetahuihubungan antara konduktivitas listrik zeolit dan nilai kapasitansi spesifik elektrode superkapasitor akibat variasi suhu kalsinasi
6
E. Manfaat penelitian
Manfaat yang diperoleh setelah melakukan penelitian ini, yaitu: 1.
Memanfaatkan limbah sekam padi sebagai sumber silika.
2.
Menambah pengetahuan tentang sintesis zeolit berbasis silika sekam padi.
3.
Menjadi referensi untuk penelitian selanjutnya tentang zeolit silika sekam padi.
4.
Memanfaatkan zeolit sebagai bahan elektrode superkapasitor yang dapat diperoleh dengan murah dan sederhana.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Superkapasitor
Superkapasitor disebut juga ‘ultrakapasitor’ atau ‘electrochemical capasitor’ merupakan piranti penyimpan energi dalam medan listrik dengan electrochemical double-layer (EDLC) (Kotz dan Carlen, 2000). Superkapasitor memiliki beberapa kelebihan dibandingkan baterai seperti, memiliki siklus hidup lebih lama mencapai 106 siklus, rapat daya yang lebih tinggi, material elektrode yang lebih murah, serta waktu pengisian yang lebih cepat dibandingkan baterai (Conway, 1999, Rawale dan Chandan, 2015). Superkapasitor dapat melengkapi kekurangan dari baterai dan kapasitor konvensional. Baterai memiliki energi spesifik tinggi, namun memiliki daya spesifik yang rendah. Sedangkan kapasitor konvensional memiliki energi spesifik rendah, namun memiliki daya spesifik yang tinggi. Superkapasitor dapat menghasilkan energi dan daya spesifik yang tinggi (Kotz dan Carlen, 2000). Daya spesifik berhubungan dengan kekuatan atau jumlah watt, gabungan dari arus dan tegangan, sedangkan energi spesifik berpengaruh pada waktu pemakaian (Fitriana, 2014).
Superkapasitor tersusun dari dua buah elektrode dengan porositas tinggi yang ditempatkan dalam larutan elektrolit, dan separator berpori (Conway, 1999). Bentuk superkapasitorsederhana ditunjukkan pada Gambar 2.1.
8
Gambar 2.1. Rangkaian superkapasitor (Sumber: Conway, 1999)
Performa superkapasitor yang sangat baik jika nilai kapasitansi spesifiknya tinggi, hal ini dapat diperoleh menggunakan material yang memiliki luas permukaan dan mesoporositas tinggi sebagai material elektrode (Ariyanto, dkk., 2012).
Pada dasarnya, energi listrik dapat disimpan dalam dua cara berbeda, yaitu: 1.
Secara tidak langsung (Faradaic), sebagai penyimpan energi yang potensial dan membutuhkan reaksi redoks dari reagenaktif secara elektrokimia. Tujuannya untuk melepaskan muatan yang dapat menghasilkan listrik ketika melewati dua elektrode dengan potensial berbeda. Penyimpanan muatan didapatkan dari transfer elektron yang dihasilkan dari reaksi redoks pada material yang elektroaktif menurut hukum Faraday.
2.
Secara langsung (non-Faradaic), penyimpanan energi terjadi pada permukaan elektrode yang terpolarisasi oleh elektrolit. Pada saat pengisian dan pengosongan muatan tidak melibatkan perubahan komposisi dan fasa kimia, karena penyimpanan muatan hanya terjadi secara elektrostatis sehingga siklus hidupnya tidak terbatas (Shukla, et al., 2000).
9
Masing-masing antarmuka elektrode mewakili sebuah kapasitor sehingga sebuah rangkaian superkapasitor dapat didefinisikan sebagai dua buah kapasitor yang tersusun secara seri, sehingga untuk besar kapasitansinya, yaitu 1 𝐶
Dimana:
1
1
1
2
=𝐶 +𝐶
(1)
C1 dan C2 = kapasitansi untuk elektrode pertama dan kedua (Kotz dan Carlen, 2000).
Dalam superkapasitor, double-layers berperan sebagai lapisan dielektrik dalam kapasitor. Sehingga rumus plat kapasitor dapat digunakan untuk mendapatkan kapasitansi superkapsitor, yang mengikuti persamaan: 𝐴
𝐴
𝐶 = 𝐾𝜀0 𝑑 atau 𝐶 = 𝜀 𝑑 Dimana:
(2)
𝜀 = 𝐾𝜀0 = permitivitas bahan 𝐾 = konstanta dielektrik 𝑑 = jarak antar pelat A = luas pelat (Giancoli, 2001).
B. Zeolit dan Potensinya sebagai Elektrode
Zeolit merupakan kristal mikropori aluminosilikat berbentuk jaringan tiga dimensi tetrahedral [SiO4]4+ dan [AlO4]5- yang dihubungkan oleh pembagian atom oksigen (Georgiev, et al., 2009; Breck, 1974). Rumus struktur umum dari zeolit, ditunjukkan pada persamaan (3). Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].wH2O
(3)
Dimana M merupakan kation alkali atau alkali tanah, n merupakan jumlah valensi dari kation, w merupakan bilangan molekul air per satuan unit sel, x dan y
10
merupakan jumlah tetrahedral per sel satuan unit sel, biasanya rasio y/x memiliki nilai 1-5, bahkan untuk zeolit dapat mencapai 10-100 (Georgiev, et al., 2009; Bekkum, dkk., 1991). Zeolit memiliki struktur berongga yang ditempati oleh molekul air dan kation (Ca2+, Na+, K+) untuk mengimbangi kelebihan muatan (Wilson, 2010). Struktur kimia zeolit ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Struktur kimia zeolit (Sumber: Georgiev, et al., 2009).
Karakteristik struktur zeolit antara lain: 1.
Sangat berpori, karena kristal zeolit merupakan kerangka yang terbentuk dari jaringan tetrahedral SiO4 dan AlO4.
2.
Pori-porinya berbentuk molekul karena pori zeolit terbentuk dari tumpukan cincin beranggotakan 6,8,10, atau 12 tetrahedral.
3.
Dapat menukar kation, karena perbedaan muatan Al3+ dan Si4+ menjadikan atom Al bermuatan negatif dan membutuhkan kation penetral.
4.
Mudah dimodifikasi karena setiap tetrahedral dapat dipadukan dengan bahanbahan pemodifikasi (Sutarti dan Minta, 1994).
Zeolit dapat dibedakan menjadi zeolit alam dan zeolit sintesis. Terdapat sekitar 45 jenis zeolit alam yang dapat ditemukan dalam batuan vulkanik (Wilson, 2010), dan lapisan dasar yang bereaksi dengan alkali. Zeolit alam memiliki tingkat kemurnian yang kecil, karena terkontaminasi oleh mineral lain seperti logam,
11
kwarsa, atau zeolit jenis lainnya. Oleh karena itu, zeolit alam tidak banyak digunakan secara komersial. Meskipun zeolit alam terdapat dalam jumlah besar, namun zeolit ini memiliki keterbatasan sifat dan strukturnya. Sedangkan zeolit sintesis diperoleh melalui proses kristalisasi menggunakan campuran silika dan alumina yang dapat memberikan berbagai bentuk struktur yang diinginkan (Muresan, 2011).
Sifat-sifat dari mineral zeolit sehinggadapat dijadikan sebagai material pembuat elektrode antara lain: 1.
Zeolit memiliki struktur yang berkanal dan berpori, sehingga memiliki luas permukaan yang besar (Yunica dan Muttaqin, 2013; Dyer, 1988).
2.
Luas permukaan yang besar, merupakan salah satu faktor menguntungkan sebagai material pembuat elektrode superkapasitor (Ariyanto, dkk., 2012).
3.
Luas permukaan spesifik yang dimiliki zeolit dapat mencapai 678-723 m2/g (Wang, et al., 2001).
4.
Zeolit merupakan mikroporositas yang pori-porinya dapat menjadi satu, dua, atau tiga dimensi dengan ukuran diameter sekitar 3-10Å (Muresan, 2011).
5.
Zeolit memiliki stabilitas termal yang tinggi (Gigli, et al., 2013), tahan terhadap asam kuat dan basa kuat atau antikorosi (Banerjee, et al., 2014), tidak beracun (Studiawan, dkk. 2015), dan memiliki kerapatan kecil (Bogdanov, et al., 2009).
6.
Zeolit memiliki kemampuan penyimpan dan penukar ion (Bogdanov, et al., 2009) yang berpotensi sebagai material penyusun elektrode yang baik untuk superkapasitor (Muresan, 2011).
12
Potensi zeolit sebagai elektroda telah diteliti dan sering dikenal sebagai zeolitmodified electrode (ZME), seperti yang dilakukan oleh Moon (2015) tentang zeolittemplated carbon (ZTC) dan dianalisis menggunakan cyclic voltametry,yang menghasilkan nilai kapasitansi spesifik sebesar 240 F/g. Selain itu ZTC diteliti oleh Piercy (2010) yang menghasilkan nilai kapasitansi spesifik 80 – 100 F/g. Penelitian sifat listrik zeolit juga dilakukan oleh Oktaviani dan Muttaqin (2015) tentang pengaruh suhu hidrotermal terhadap konduktivitas listrik zeolit yang disintesis dari abu dasar batubara. Konduktivitas listrik zeolit yang dihasilkan yaitu 2.76 x 10-6 – 12.22 x 10-6 S/cm. Penelitian yang dilakukan Yunica dan Muttaqin (2013), menghasilkan nilai konduktivitas zeolit dari limbah bottom ashdicampur polianalin sebesar 0.99 x 10-4 – 102.79 x 10-4 S/cm.
C. Analisis Struktur Kristal
Analisis struktur suatu material dapat dilakukan menggunakan metode difraksi sinar-X. Sinar-X merupakan suatu bentuk energi radiasi elektromagnetik tinggi. Energi yang dimiliki yaitu antara 200 eV sampai 1 MeV, terletak diantara radiasi sinar-𝛾
dan
sinar
ultraviolet
(UV)
dalam
spektrum
elektromagnetik
(Suryanarayana and Norton, 1998). Hamburan sinar ini dihasilkan jika suatu elektrode logam ditembak dengan elektron-elektron kecepatan tinggi dalam tabung vakum (Waseda et al, 2011).
Prinsip dari X-Ray Diffraction (XRD) adalah difraksi gelombang sinar-X yang mengalami penghamburan (scattering) setelah bertumbukan dengan atom kristal. Pola difraksi yang dihasilkan merepresentasikan struktur kristal. Dari analisis pola
13
difraksi dapat ditentukan parameter kisi, ukuran kristal, dan identifikasi fasa kristal. Jenis material dapat ditentukan dengan membandingkan hasil XRD dengan database hasil difraksi berbagai macam material.
Berdasarkan lebar puncak pada grafik XRD, ukuran kristal yang terbentuk dapat dihitung menggunakan persamaan Scherrer pada persamaan (4). S= Dimana:
0,9 . λ 𝛽.cos θ
(4)
S = ukuran kristal λ = panjang gelombang berkas sinar-X 𝛽 = FWHM (Full Width Half Maximum) 𝜃 = besar sudut dari puncak intensitas tertinggi (Suryanarayanaand Norton, 1998).
D. Karakteristik Luas Permukaan
Luas permukaan merupakan luasan yang ditempati satu molekul adsorbat atau zat terlarut yang merupakan fungsi langsung dari luas permukaan sampel, sedangkan luas permukaan spesifik merupakan luas permukaan per gram sampel. Luas permukaan dipengaruhi oleh ukuran, bentuk, dan susunan pori dalam partikel (Martin, dkk., 1993).
Analisis luas permukaan dapat dilakukan menggunakanSurface Area Analyzer (SAA). SAA merupakan salah satu alat karakterisasi material yang memerlukan sampel dalam jumlah yang kecil (0.01 – 0.1 gram). Prinsip kerja alat ini menggunakan mekanisme adsorpsi gas, umumnya nitrogen, argon, dan helium.
14
Alat ini mengukur jumlah gas yang dapat diserap oleh suatu permukaan padatan pada tekanan dan suhu tertentu. Secara sederhana apabila diketahui volume gas yang dapat diserap oleh permukaan, maka luas permukaan total dapat dihitung (Octaviani, 2012; Perry, et al., 1997).
Dari analisis serapan gas tersebut dapat diperoleh luas permukaan spesifik total, distribusi ukuran meso-mikropori, dan volume total meso-mikropori. Sedangkan data keluaran dari analisis ini berupa grafik adsorpsi/desorpsi isotermal yang diklasifikasikan menjadi enam tipe. Keenam tipe adsorpsi/desorpsi isotermal dapat ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Tipe adsorpsi/desorpsi isotermal (Sumber: Allen, 1981)
15
Tipe I menunjukkan isotermal Langmuir yang memiliki sifat untuk fisisopsi pada adsorben mikropori dengan permukaan luar yang kecil. Tipe II diperoleh dari sampel non pori atau adsorben makropori. Tipe IV diberikan oleh adsorben yang memiliki struktur mesopori, seperti silika, karbon mesopori, dan lainnya. Untuk isotermal tipe III dan V mengindikasikan interaksi adsorbat – adsorben yang lemah. Sedangkan untuk tipe VI, menunjukkan padatan nanopori yang sepenuhnya permukaannya seragam, namun tipe VI ini jarang terjadi (Lee dan Su, 2007).
Untuk menetukan luas permukaan spesifik dari data adsorpsi gas, beberapa peneliti mengajukan model perhitungan, seperti model Langmuir, BrunauerEmmet-Teller (BET), t-plot dan alfa plot, dan sebagainya. Namun, model yang sering digunakan yaitu BET. Pada model BET, gas membentuk jumlah lapisanyang tak terbatas di atas suatu permukaan, yang dinyatakan oleh persamaan Langmuir. Aplikasi model BET adalah pada isotermal tipe II, IV, dan VI (Octaviani, 2012; Perry, et al., 1997). Persamaan BET ditunjukkan pada persamaan (5): 1 𝑉[(
Dimana:
𝑃 )−1] 𝑃𝑜
=𝑉
1
𝑚𝐶
+
[𝐶−1] 𝑉𝑚 𝐶
𝑃
(𝑃 ) 𝑜
𝑉 =volume gas yang teradsorpsi 𝑉𝑚 = volume gas teradsorpsi pada satu lapisan 𝐶= konstanta BET 𝑃 𝑃𝑜
= tekanan relatif.
(5)
16
Dari persamaan (4) diperoleh nilai
𝑃 𝑃𝑜
terhadap
1 𝑉[(
𝑃 )−1] 𝑃𝑜
yang menghasilkan garis
lurus antara 0.05≤ 𝑝/𝑝0 ≤0.35, ditunjukkan pada Gambar 2.4.
1 𝑃
𝑉[( ) − 1] 𝑃𝑜
0,1
0,2
0,3
P/𝑃𝑜 Gambar 2.4. Tipikal grafik BET
Dari grafik BET yang dihasilkan, kemiringan (slope) dan perpotongan (intercept) dapat ditentukan dengan persamaan (6) dan (7). 𝐶−1
𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = 𝑉
(6)
𝑚𝐶
dan 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑝𝑡 = 𝑉
1
𝑚𝐶
(7)
Sehingga volume gas teradsorpsi pada satu lapisan dapat ditentukan: 1
𝑉𝑚 = 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒+𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑝𝑡
(8)
Sedangkan konstanta BET 𝐶 dapat dicari menggunakan persamaan (9). 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒
𝐶 = 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑝𝑡 + 1
(9)
17
Dari persamaan (8), dapat ditentukan luas permukaan total yang diperoleh menggunakan persamaan (10). 𝑉𝑚 𝑁𝐴
𝑆𝑡𝑜𝑡 = Dimana:
𝑀
A
(10)
𝑆𝑡𝑜𝑡 = luas permukaan total 𝑁𝐴 = bilangan Avogadro (6.022x1023 mol-1) 𝑀 = berat molekul A = cross section (16.2 Å).
Dari persamaan (10) dapat ditentukan luas permukaan spesifik 𝑆, yaitu dengan membagi luas permukaan total dengan massa sampel 𝑚, yang ditunjukkan pada persamaan (11). 𝑆=
𝑆𝑡𝑜𝑡 𝑚
(11) (Lowell and Joan, 1984)
E. Pengujian Konduktivitas Listrik
Bahan konduktor yang baik adalah bahan yang mudah mengalirkan arus listrik, umumnya terdiri dari logam dan air. Kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik ditunjukkan oleh besarnya nilai konduktivitas listrik atau daya hantar bahan tersebut (𝜎 = sigma, satuan: Mho/m atau S/m) (Effendi, dkk., 2007). Konduktivitas listrik dapat diuji menggunakan LCR meter, dan didapatkan nilai resistansi (R) dengan satuan Ω. Untuk mendapatkan nilai konduktivitas listriknya (σ) digunakan persamaan (12). 𝜎=𝐺 1
𝐺=𝑅
𝐿 𝐴
(12) (13)
18
DImana:
L = tebal elektrode A = luas penampang (Destyorini, dkk., 2010).
F. Penentuan Kapasitansi oleh Cyclic Voltammetry
Kapasitansi adalah sebuah ukuran kemampuan suatu material untuk menyimpan muatan listrik, sedangkan kapasitor merupakan elemen rangkaian penyimpan energi. Kapasitansi diukur dalam satuan Farad (F) (Edminister, 2004). Salah satu metode untuk mengetahui kapasitansi suatu elektrode superkapasitor dan sifat elektrokimia adalah metode cyclic voltammetry.
Pengukuran dengan metode cyclic voltammetryini berdasarkan variasi tegangan awal dan tegangan akhir (Taer, et al., 2015). Timbulnya arus berasal dari transfer elektron selama proses reduksi dan oksidasi dari elektrolit pada permukaan elektroda. Arus yang dihasilkan dari reaksi reduksi dan oksidasi tersebut dinamakan arus Faraday dan hasil plot arus Faraday versus tegangan dinamakan voltamogram (Skoog, et al., 1988).
Kurva yang dihasilkan pada metode siklik voltametri berbentuk hysterisis dimana semakin lebar bentuk kurvanya, makanilai kapasitansi yang dihasilkan akan semakin besar. Taer, dkk. (2015) melakukan pengukuran superkapasitor menggunakan siklik voltametri pada potensial 0 – 1 V dengan variasi scan rate 1, 5, 10, 30, 50, dan 100 mV/s dalam larutan H2SO4. Dari kurva voltamogram, kapasitansi spesifik elektrode dapat ditentukan menggunakan persamaan (14). 𝐶𝑠𝑝 = Dimana:
𝐼𝑐 −𝐼𝑑 𝑆.𝑚
Ic = arus charge
(14)
19
Id = arus discharge s =scan rate m = massa elektrode(Taer, dkk., 2015). Pengukuran elektrode oleh siklik voltametri telah dilakukan Ikfina Himmaty dan Endarko (2013). Mereka menggunakan tiga elektrode dalam pengukuran, yaitu elektrode referensi (AgCl), elektrode pembantu (Pt), dan elektrode kerja, yaitu karbon aktif.
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Junisampai dengan Agustus 2016 di Laboratorium Fisika Material FMIPA Unila, Laboratorium Kimia Instrumentasi FMIPA Unila, Laboratorium Teknik Mesin Unila,Laboratorium Terpadu UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, Laboratorium Instrumentasi Analitik ITBdan Laboratorium PSTBM BATAN Serpong.
B. Alat dan Bahan Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalahbeaker glass Pyrex USA 80, 250, 500 ml, gelas ukur Pyrex USA 500 ml, erlenmeyer Pyrex USA 500 ml, saringan, spatula, pipet tetes, kertas saring, magnetic stirrer Kenko 79-1 dan HMS-79, neraca digital Adventure Ohauss Kem ABT220-44M, mortar-pastle, pH indikator merk KGaA Germany, botol film, alumunium foil, ayakan 100 mesh, alat tekan hidrolik GRASEBY SPECAC, oven, furnace Naberthem, X-Ray Diffraction (XRD)-7000 merk SHIMADZU MaximaX, Surface Area Analyzer (SAA) Quantachrome Instrument version 11.0, Potensiostat e-corder 410,dan Inductance, Capacitance, and Resistance (LCR) meter Hioki 3532-50.
21
Bahan yang dipakai dalam penelitian ini adalah aquades, sekam padi, aluminium hydroxide (Al(OH)3) merk KGaA Germany, sodium hydroxide(NaOH) merk KGaA Germany, nitrit acid (HNO3) 68% RP chemical product, dan larutan elektrolit kalium hydroxide ftalat (KHP).
C. Prosedur Penelitian
Prosedur yang dilakukan dalam penelitian ini terdapat dalam beberapa tahap meliputi ekstraksi silika sekam padi, sintesis zeolit, kalsinasi, dan karakterisasi sampel. 1.
Ekstraksi silika sekam padi Silika sekam padi dapat diekstraksi dengan langkah: a. Mencampurkan 50 gr sekam padi pada larutan 500 ml NaOH 5%. b. Memanaskan campuran sekam padi dan NaOH selama 30 menit sampai mendidih, dan mendinginkannya pada suhu ruang. c. Menyaring filtrat sekam padi untuk mendapatkan sol silika. d. Meng-aging sol silikaselama 24 jam.
2.
Sintesis zeolit Zeolit disintesis menggunakan metode sol-gel dari campuran sol silika (sodium silikat) dan larutan sodium aluminat (Iman, 2013) dengan langkah di bawah ini: a. Mencampurkan 5 gr Al(OH)3 dalam larutan 50 ml NaOH 5% yang diaduk pada magnetic stirrer dengan kecapatan 500 rpm selama 2 jam.
22
b. Mencampurkan 250 ml sol silika pada larutan sodium aluminat dengan kecapatan 1000 rpm selama 1 jam, sehingga diperoleh sol zeolit. c. Menetesi sol zeolit dengan 100 ml HNO3 5% secara perlahan sampai pH netral sambil mengaduk pada kecepatan 1000 rpm selama 7 jam hingga membentuk gel zeolit, kemudian meng-aging gel zeolitselama 24 jam. d. Mencuci dan menyaring gel zeolit sampai berwarna putih. Selanjutnya mengeringkan gel bersih pada suhu 110oC selama (± 24 jam) atau sampai benar-benar kering. e. Menghaluskan zeolit kering sampai menjadi serbuk halus dan mengayak zeolit menggunakan ayakan 100 mesh untuk mendapatkan butiran yang lebih halus.
3.
Kalsinasi Kalsinasi dilakukan pada beberapa variasi suhu, dengan zeolit berupa serbuk dan pelet. Langkah untuk proses kalsinasi adalah: 1. Membentuk pelet zeolitmenggunakan alat tekan, yaitu press hidrolik dengan tekanan 10 ton. 2. Memanaskan kedua bentuk zeolitdalam furnace pada variasi suhu 150, 250, 350, 450, 550, dan 650°C dengan kenaikan suhu sebesar 3°/menit dan menahannya selama 3 jam.
4.
Karakterisasi Zeolit Karakterisasi zeolit berupa: 1. XRD, untuk mengetahui fasa yang terbentuk dan ukuran kristal (zeolit berupa serbuk).
23
2. SAA, untuk mengetahui luas permukaan spesifik (zeolit berupa serbuk). 3. LCR meter, untuk mengetahuinilai konduktivitas listrik (zeolit berupa pelet yang dilapisi pasta Ag). 4. CV, untuk mengetahui nilai kapasitansi spesifik (zeolit berupa pelet sebagai elektrode kerja, AgCl sebagai elektrode referensidan Pt sebagai elektrode pembantu).
24
D. Diagram Alir Penelitian
Prosedur penelitian ini secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3.1. Preparasi sekam padi
Memanaskan 50 gr sekam padi dan 500 ml NaOH 5%
Men-stirrer5 gr Al(OH)3+ 50 ml NaOH 5% pada 500 rpm selama 2 jam
Menyaring sekam padi dan mengaging sol selama 24 jam
Sol sodium aluminat
Men-stirrerSol sodium aluminat +250 ml sol silika pada 1000 rpm selama 1 jam
Sol silika
Meneteskan larutan HNO3 5% hingga pH 7, men-stirrer pada 1000rpm selama 7 jam
Gel zeolit
Meng-aging gel selama 24 jam, lalu disaring dan dicuci
Mengeringkan gel pada suhu 110oC (± 24 jam)
Menghaluskn gel kering dan mengayak dengan 100 mesh
Serbuk zeolit Kalsinasi pada suhu 150, 250, 350, 450, 550, dan 650°C selama 3 jam
Karakterisasi dengan XRD dan SAA
Hasil
Membentuk pelet menggunakan press hidrolik 10 ton
Kalsinasi pada suhu 150, 250, 350, 450, 550, dan 650°C selama 3 jam
Pengujian menggunakan CV dan LCR meter
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan, dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1.
Suhu kalsinasi mempengaruhi pembentukan fasa zeolit, yaitu alumina mengalami transformasi dari gibbsite menjadi bohmite dan aluminum oxide gamma.
2.
Zeolit mulai terbentuk pada suhu kalsinasi 350℃ yang ditandai dengan adanya fasa gmelinite.
3.
Semakin tinggi suhu kalsinasi, maka ukuran kristal zeolit semakin membesar dan akan mengecil karena terbentuknya fasa baru.
4.
Semakin
besar
luas
permukaan
spesifik
maka
kapasitansinya
semakinmeningkat. Namun pada luas permukaan spesifik 150.01 m2/g terjadi saturasi kapasitansi, yaitu pada kapasitansi spesifik 8.13x10-3 F/g. 5.
Pada konduktivitas listrik tinggi, semakin tinggi konduktivtias listrik zeolit, maka nilai kapasitansi spesifiknya meningkat. Namun terjadi penurunan kapasitansi spesifik pada konduktivitas listrik rendah.
41
B. Saran
Peneliti menyarankan perlu adanya penelitian lebih lanjut tentang potensi zeolit sebagai elektode superkapasitor dengan beberapa masukan, antara lain yaitu: 1.
Untuk melengkapi data penelitian ini, pengukuran surface area analyzertidak hanya dilakukan pada luas permukaan saja, tetapi juga melakukan pengukuran pada porositasnya, seperti ukuran dan volume pori.
2.
Memodifikasi atau menemplet sampel zeolit dengan material lain yang memiliki luas permukaan dan konduktivitas tinggi supaya menghasilkan nilai kapasitansi yanglebih tinggi dari penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Alkire, R.C., Philip N.B., and Jacek L. 2015. Electrochemistry of Carbon Electrode. Wiley-VCH Verlag GMBh and Co. Berlin. Pp. 290. Allen, T. 1981. Particle Size Measurement: Powder Technology Series Third Edition. Springer-Science and Business Media. Loughborough Pp. 477. Ania, C.O., Volodymyr K., Encarnacion R.P., Jose B.P., and Francois B. 2007. The Large Electrochemical Capacitance of Microporous Doped Carbon Obtained by Using A Zeolite Template. Advanced Functional Material. Vol. 17. Pp. 1828-1836. Ariyanto, T., Imam P., dan Rochmadi. 2012. Pengaruh Struktur Pori terhadap Kapasitansi Elektroda Superkapasitor yang Dibuat dari Karbon Nanopori.Reaktor. Vol. 14, No. 1. Hal. 25-32. Banerjee, P.C., Ren P.W., Sam M.G., Amirta M., and R.K. Singh R. 2014. Influence of Zeolite Coating on The Corrosion Resistance of AZ91D Magnesium Alloy. Materials. Vol. 7. Pp. 6092-6104. Barbieri, O., M. Hahn, A. Herzog, and R. Kotz. 2005. Capacitance Limits of High Surface Area Activated Carbons for Double Layer Capacitors. Carbon. Vol. 43. Pp. 1303-1310. Bekkum, V.H., Flanigen E.M., Jacobs P.A., and Jonsen J.C. 1991. Introduction to Zeolite Science and Practice. Elsivier. Amsterdam. Breck, D.W. 1974. Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry, and Use. Jhon Willey and Sons. London. Pp. 4. Bogdanov, B., Dimitar G., Krasimira A., dan Yancho H. 2009. Synthetic Zeolites and Their Industrical and Environmental Application.Natural and Mathematical Science. Vol. IV. Pp. 1-5 Chen,W.C., Chi C.H., Chen C.W., and Chun K.M. 2004. Electrochemical Characterization of Activated Carbon-Ruthenium Oxide Nanoparticle Composites for Supercapacitors. Journal of Power Source. Vol. 125. Pp. 292-298.
2
Conway, B.E. 1999. Electrochemical Supercapacitors Scientific Fundamentals and Technological Applications. Kluwer Academic/Plenum Publisher. New York. Pp. 13-15, 29-31, 107. Dana, E.S. 1982. System of Mineralogy 6th Edition. Jhon Willey and Sons. New York. Pp. 593-594. Della, V.P., I. Khun, and D. Hotza. 2002. Rice Husk Ash as Alternate Source for Active Silica Production. Materials Letters. Vol. 57. Pp. 818-821. Destyorini, F., Andi S., Achmad S., dan Nanik I. 2010. Pengaruh Suhu Karbonisasi terhadap Struktur dan Konduktivitas Listrik Arang Serabut Kelapa.Jurnal Himpunan Fisika Indonesia. Vol. 10, No. 2. Hal. 122-132 Dyer A. 1988. An Introduction to Zeolite Molecular Sieves. John Willey and Sons Ltd. Chichester. London. Edminister, J.A. 2004. Schaum’s Easy Outlines: Elektromagnetika. Erlangga. Jakarta. Hal. 37. Effendi, R., Slamet S., Wilson S.S, dan Soemarto. 2007. Medan Elektromagnetika Terapan. Erlangga. Jakarta. Hal. 63. Fitriana, V.N. 2014. Sintesis dan Karakterisasi Superkapasitor Berbasis Nanokomposit TiO2/C. (Skripsi) Universitas Negeri Malang. Malang. Hal. 19. Garcia, B.B., Aron M.F., Qifeng Z., Richard D.C, Guozhong C., Tim T.F., Ken P.N., and Gerald T.S. 2008. Effect of Pore Layer Carbon Cyrogel Supercapacitors.Journal of Applied Physics. Vol. 104. Pp. 1-9. Georgiev, D., Bogdan B., Krasimira A., Irena M., and Yancho H. 2009. Synthetic Zeolites-Structure, Classification, Current Trends in Zeolites Synthetis. Technical Studies. Vol. VII. Pp. 1-5. Giancoli, 2001. Fisika Jilid 2 Ed.5. Erlangga. Jakarta. Hal. 47. Gigli, L., Rosella A., Simona Q., Fransesco D.R., and Giovanna V. 2013. The High Stability of The Synthetic Zeolite K-L: Dehydration Mechanism by In Situ SR-XRPD Experiments. Microporous and Mesoporous Materials. Vol. 177. Pp 8-16. Ginting, E.M., Nurdin B.M., and M.A. Siregar. 2015. Preparation and Characterization of Natural Zeolite and Rice Husk Ash as Filler Material HDPE Thermoplastic. Chemistry and Material Research. Vol.7, no.2. Pp. 20-27.
3
Himmaty, I. dan Endarko. 2013. Pembuatan Elektroda dan Perancangan Sistem Capacitive Deionization untuk Mengurangi Kadar Garam pada Larutan Sodium Clorida. Berkala Fisika. Vol. 16, No. 3. Hal. 67-74. Iman, T., Arneli MS., dan Ahmad S. 2013. Pengaruh Konsentrasi NaOH pada Pengambilan Silika dari Abu Sekam Padi untuk Sintesis Zeolit dan Aplikasi sebagai Builder Deterjen. Chem Info. Vol. 1, No. 1. Hal. 275-282. Izzati, H.N., Fitratun N, dan Munasir. 2013. Sintesis dan Karakterisasi Kekristalan Nanosilika Berbasis Pasir Bancar. Jurnal Inovasi Fisika Indonesia. Vol. 02, No. 03. Hal. 19-22.. Jumaeri, W., Astuti, dan Lestari. 2007. Preparasi dan Karakterisasi Zeolit dari Abu Layang Batubara secara Alkali Hidrotermal. Reaktor. Vol 11, No. 1. Hal. 38-44. Kalogeras, I.M. and A.V. Dova. 1998. Electrical Properties of Zeolitic Catalys. Defect and Diffusion Forum Trans Tech. Vol. 164. Pp. 1-36. Karno, W., Ego S., dan Aang D. 2012. Kajian Indonesia Energi Outlook. Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. Tangerang. Hal. 20-21. Karthikeyan, K., D. Kalaphana, and N.G. Ranganathan. 2009. Synthesis and Characterization of ZnCO2O4 Nanomaterial for Symmetric Supercapacitor Application. Ionics. Vol. 15. Pp. 107-110. Khair, F.Z. 2013. Pengaruh Suhu Sinter terhadap Karakteristik Keramik Komposit CS2-Ni yang Dibuat dengan Metode Tape Casting. (Skripsi) Universitas Pendidikan Indonesia. Bandung. Hal. 38-39. Kotz, R. and M. Carlen. 2000. Principles and Applications of Electrochemical Capacitor. Electrochemia Acta. Vol. 45. Pp. 2483-2498 Kubota, Y., Keiji I., Satoshi I., Yuji N., and Raita K. 2014. Effective Fabrication of Catalysts from Large-Pore Multidimensional Zeolites Synthesized without using Organic Structure-Directing Agent. Chemistry Matter. Vol. 26, No. 2. Pp. 1250-1259. Lee, G.J. and Su I.P. 2007. Shyntesis and Characterization of Nanoporous Carbon and Its Electrochemical Application to Electrode Material for Supercapacitor. Modern Aspects of Electrochemistry. Vol. 41. Pp. 139195. Lota, K., Agieszka S., and Grzegorz L. 2010. Supercapacitors Based on Nickel Oxide/Carbon Materials Composites. International Journal of Electrochemistry. Vol. 2011. Pp. 1-6.
4
Lowell, S. and Joan, E.S. 1984.Powder Surface Area and Porosity.Chapman and Hall. New York. Pp. 17-35. Lu, W., Rachel H., Liangti Q., and Liming D. 2011. Nanocomposite Electrodes for High Performance Supercapacitors. The Journal of physical Chemistry Letters. Vol. 2. Pp. 655-660. Martin, A., James S., dan Arthur C. 1993. Farmasi Fisik: Dasar-dasar Farmasi Fisik dalam Ilmu Farmasi. Universitas Indonesia. Depok. Montes, J.M., F.G. Cuevas, and J. Cintas. 2008. Porosity Effect on The Electric Conductivity of Sintered Powder Compacts. Applied Physics A Materials Science & Processing. Vol. 92. Pp. 375-380. Moon, J.S., Hyea K., Dong C.L., Jung, T.L., and Gleb Y. 2015. Increasing Capacitance of Zeolite-Templated Carbons in Electric Double Layer Capacitor. Journal of the Electrochemical Society. Vol. 162 (5). Pp. 50705076. Muresan, L.M. 2011. Zeolite Modified Electrodes with Analytical Application.Pure Application Chemistry. Vol. 83, No. 2. Pp. 325-343. Murkami, Y., Takeshi K., Yoshiro., Hayato K., Xiao G.Z., and Yushio T. 1997. Porous Ruthenium Oxide Electrode Prepared by Adding Lanthanum Chloride to The Coating Solution. Journal of Alloys and Compounds. Vol. 261. Pp. 178-181. Octaviani, S. 2012. Sintesis dan Karakterisasi Zeolit ZSM-5 Mesopori dengan Metode Desilikasi dan Studi Awal Katalis Oksidasi Metana. (Skripsi) Universits Indonesia. Depok. Hal 14-18. Ojha, K., Narayan C.P., and Amar N.S. 2004. Zeolite from Fly Ash: Synthetis and Characterization. Bull Material Science. Vol.27, No. 26. Pp. 555-564. Oktaviani, Y. dan Mutaqqin A. 2015. Pengaruh Temperatur Hidrotermal terhadap Konduktivitas Listrik Zeolit Sintesis dari Abu Dasar Batu Bara dengan Metode Alkali Hidrotermal. Jurnal Fisika Unand. Vol. 4, No. 4. Hal 358364. Perry, R.H. dan Don W.G. 1997. Chemical Engineers Handbook. Mc Graw Hill. New York. Piercy, B. 2010. Zeolite Templated Sucrose Drived Carbons for Supercapacitors. Georgia Institute of Technology Surf. New York. Pp. 1. Prandika, L dan Diah S. 2013. Analisis Sifat Kapasitif Kapasitor Elektrokimia WO3 Hasil Sintesa Sol Gel dengan Variasi Temperatur Kalsinasi. Jurnal Teknik Pomits. Vol. 2, No. 2. Hal. 372-377.
5
Rawale, S. and Chandan K. 2015. Study and Analysis of Supercapacitor with its Application. Internasional Research Journal of Engineering and Technology. Volume 02, Issue 03. Pp. 2194-2196. Rolison, D.R. 1990. Zeolite-Modified Electrodes and Electrode Modifies Zeolite. Chemical Review. Vol. 90, No.5. Pp. 867-878. Santos, P.S., H.S. Santos, and S.P. Toledo. 2000. Standard Transition Aluminas: Electron Microscopy Studies. Materials Research. Vol. 3, No.4. Pp. 104114. Sari, W.P. 2012. Sintesis dan Karakterisasi Komposit Zeolit Glassy Carbon dan Aplikasinya sebagai Zeolite-Modified Electrode (ZME) untuk Indikator Asam Askorbat. (Skripsi) Universitas Indonesia. Depok. Hal. 24. Sembiring, S. dan Pulung KK. 2007. Pengaruh Suhu Sintering terhadap Karakteristik Termal dan Mikrostruktur Silika Sekam Padi. Jurnal Sains MIPA. Vol 13, No. 3. Hal. 233-239. Shaw, B.R., Kenneth E.C., Christopher J.L., Jeffrey A.S., and Marta T. 1988. Voltammetric Response of Zeolite-Modified Electrodes. Journal of Electrochem Society: Electrochemical Science and Thechnology. Vol. 135, No.4. Pp. 869-876 Shukla, A.K., S. Sampath, and K. Vijayamohanan. 2000. Electrochemical Supercapacitors: Energy Storage Beyonde Batteries. Current Science. Vol. 79, No. 12. Pp. 1656-1661. Skoog, D.A., D.M.West., and F.J. Holler. 1988. Fundamentals of Analytical Chemistry. Saunders College Publishing. New York. Pp. 384-390. Snook, G.A., Ipon K., and Adam S.B. 2011. Conducting Polymer Based Supercapacitor Device and Electrodes. Journal of Power Source. Vol. 196. Pp. 1-12. Studiawan, H., Tutiek P., and Tan Y. 2015. Uji ToksisitasSubkronik Mineral Zeolit Alam Malang-2(M-2) yang Diaktivasi secara Fisik pada Memencit Jantan. Majalah Farmasi Airlangga. Vol. 5, No. 1. Hal. 30-32. Sutarti, M., dan Minta R. 1994. Zeolit. Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah. Jakarta. Suryanarayana, C. and M.G. Norton. 1998. X-Ray Diffraction: A Partical Approach. Springer. New York. Taer, E., Zulkifli, Sugianto, R. Syech, dan R. Taslim. 2015. Analisa Siklik Voltametri Superkapasitor menggunakan Elektroda Karbon Aktif dari
6
Kayu Karet berdasarkan Variasi Aktivator KOH. Prosiding Seminar Nasional Fisika (E-Journal). Volume IV. Hal. 1-6. Utomo, M.P. 2008. Deaktivasi Katalis pada Konversi Pentanol menjadi Pentana dengan Katalis Pt/Zeolit. Seminar Nasional Kimia. Hal. 1-9. Wang, H., Zhengbao W., Limin H., Anupam M., Brett H., and Yushan Y. 2001. High-Surface-Area Zeolite Silica with Mesoporosity. Journal of Material Chemistry. Vol. 11. Pp. 2307-2310. Waseda, Y., Eiichiro M., and Kozo S. 2011. X-Ray Diffraction Crystallography. Springer. London. Pp. 3. Weitkamp, J. and Lothar p. 1999. Catalysis and Zeolites: Fundamentals and Applications. Springer-Verlag. Berlin. Pp. 336. Wilson, J.R. 2010. Minerals and Rocks. Richard Wilson and Ventus Publishing. E-Book. Hal. 55 dan 66. Widyantoro, A.T.T. dan Diah S. 2013. Pengaruh Variasi Temperatur Kalsinasi terhadap Sifat Kapasitif Kapasitor Elektrokimia Tungsten Trioksida (WO3) Hasil Sintesa Sol Gel. Jurnal Teknik Pomits. Vol.2, No.1. Hal. 1-6. Xu, H., Qiuming G., Hongliang G., and Huanlei W. 2010. Hierarchical Porous Carbon Obtained Using the Template of NaOH-Treated Zeolite 𝛽 and Its High Perpormance as Supercapacitor. Microporous and Mesoporous Materials. Vol. 133. Pp. 106-114. Yong, C.C. and John W. 2001. Mechanical Activation Triggered Gibbsite to Bohmite Transition and Activation Derived Alumina Powders. Journal of The American Ceramic Society. Vol. 84, No. 6. Pp. 1225-1230. Yunica, F. dan Muttaqin A. 2013. Karakterisasi Sifat Listrik PaNi: Zeolit Faujasit Na-X dari Limbah Bottom Ash. Jurnal Fisika Unand. Vol. 2, No. 4. Hal 284-288. Zed, F., Yenny D., dan Ainur R. 2014. Outlook Energi Indonesia 2014. Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. Jakarta. Hal. 2-3. Zhang, L.L., Rui Z., and X.S. Zhao. 2010. Graphene Based Materials as Supercapacitors Electrodes. Journal of Matter Chemistry. Vol. 20. Pp. 5983-5992.
