Pembuatan dan Karakterisasi Karbon Berpori dari Kulit Nanas untuk Aplikasi Superkapasitor

SAMUEL ELEAN, Dr. Ing. Ir. Teguh Ariyanto, S.T., M.Eng., IPM.; Dr. Ir. Suhanan, DEA.

2022 | Tesis | MAGISTER TEKNIK SISTEM

Superkapasitor menjadi perangkat penyimpanan energi elektrokimia yang menarik karena memiliki waktu pengisian yang cepat dan rapat daya yang tinggi. Elektroda karbon dari biomassa memiliki potensi besar untuk dikembangkan sebagai material elektroda superkapasitor karena selain memiliki luas permukaan yang tinggi, bahan bakunya mudah didapat serta berasal dari sumber daya yang dapat diperbaharui (renewable resources) sehingga tersedia dalam jumlah yang banyak dan juga murah. Pada penelitian ini, material karbon dibuat dari limbah kullit nanas untuk mengetahui karakteristik dan performa elektrokimia bila dijadikan material elektroda superkapasitor. Tahapan dari penelitian ini meliputi preparasi sampel, pembuatan material karbon dan karakterisasi karbon yang meliputi karakterisasi material dan karakterisasi elektrokimia. Material karbon dibuat dari kulit nanas berukuran di bawah 80 mesh dan dilakukan karbonisasi hidrotermal pada temperatur 190 derajat celcius dalam kondisi subkritik. Setelah itu, untuk mengetahui perbedaan antara karbon tanpa aktivasi dan karbon dengan aktivasi, maka dilakukan variasi temperatur pirolisis (800, 900 dan 1000 derajat celcius) dan laju alir aktivator (50, 100 dan 150 mL/menit). Karbon yang dihasilkan selanjutnya dikarakterisasi dari sisi material seperti luas permukaan spesifik, distribusi ukuran pori dan morfologi permukaan sedangkan dari sisi performa elektrokimia dilakukan pengujian dengan metode cyclic voltammetry menggunakan larutan elektrolit asam sulfat 1 M. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa peningkatan temperatur pirolisis dan laju alir aktivator membuat kualitas material karbon semakin meningkat. Kualitas karbon yang unggul menyebabkan performa elektrokimia dari karbon dengan perlakuan aktivasi juga lebih baik dibandingkan karbon yang dibuat tanpa perlakuan aktivasi. Karbon yang dibuat pada temperatur 1000 derajat celcius tanpa aktivasi (C-1000) memiliki luas permukaan spesifik yang rendah sebesar 210 m2/g dan nilai kapasitansi 7,04 F/g. Sedangkan luas permukaan spesifik tertinggi dalam penelitian ini sebesar 1075 m2/g dengan nilai kapasitansi 171,66 F/g yang diperoleh dari material karbon AC-150. Nilai kapasitansi yang tinggi ini disebabkan oleh luas permukaan spesifik yang tinggi dari material karbon dan didukung dengan ukuran pori pada rentang mesopori.

Supercapacitors are attractive electrochemical energy storage devices because of their fast charging times and high power density. Carbon electrodes from biomass have great potential to be developed as supercapacitor electrode materials. In addition to having a high surface area, the raw materials are easy to obtain and come from renewable resources. They are available in large quantities and are also cheap. In this research, carbon material was made from pineapple peel waste to determine the characteristics and electrochemical performance used as supercapacitor electrode material. The steps of this research include sample preparation, manufacture of carbon material, and carbon characterization, which includes material characterization and electrochemical characterization. The carbon material was made from pineapple peel with a size below 80 mesh, and hydrothermal carbonization was carried out at a temperature of 190 derajat celcius under subcritical conditions. After that, variations in the pyrolysis temperature (800, 900, and 1000 derajat celcius) and the activator flow rate (50, 100, and 150 mL/min) were determined between carbon without activation and carbon with activation. The resulting carbon was then characterized by the material such as specific surface area, pore size distribution, and surface morphology, whereas for electrochemical performance, the test was carried out using the cyclic voltammetry method using a 1 M sulfuric acid electrolyte solution. This research indicates that an increase in the pyrolysis temperature and the flow rate of the activator makes the quality of the carbon material increase. The superior quality of carbon causes the electrochemical performance of carbon with activation treatment to be better than carbon made without activation treatment. Carbon prepared at 1000 derajat celcius without activation (C-1000) has a low specific surface area of 210 m2/g and a capacitance value of 7.04 F/g. This research's highest specific surface area was 1075 m2/g with a capacitance value of 171.66 F/g obtained from AC-150 carbon material. This high capacitance value is due to the high specific surface area of the carbon material and is supported by the pore size in the mesoporous range.

Kata Kunci : superkapasitor, kulit nanas, material karbon, karbon tanpa aktivasi, karbon dengan aktivasi