Proposal Uppm Annisa,.docx

USULAN PENELITIAN DOSEN STTN TAHUN 2018

JUDUL PENELITIAN PERAKITAN SUPERKAPASITOR BERBASIS KOMPOSIT POLIANILIN GRAPHENE SELULOSA DAN IONOGEL COPOLYMER GRAFTING KARAGENAN PVA-SILIKA

Diusulkan oleh : Dr. Deni Swantomo.,S.ST.,M.Eng Annisa

TEKNOKIMIA NUKLIR SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2018

HALAMAN PENGESAHAN 1. Judul Penelitian

:

PERAKITAN SUPERKAPASITOR BERBASIS KOMPOSIT POLIANILIN GRAPHENE SELULOSA DAN IONOGEL COPOLYMER GRAFTING KARAGENAN PVA-SILIKA 2. Ketua Pelaksana Kegiatan a. Nama, NIP,Gol Lengkap

: Dr. Deni Swantomo.,S.ST.,M.Eng/

19820104 200604 1 002/ III D b. Jurusan/Program Studi

: Teknokimia Nuklir/ Teknokimia Nuklir

c. Bidang Ilmu/kepakaran

: Teknik kimia, Kimia radiasi

3. Anggota Pelaksana Kegiatan a. Nama,NIP/NIM

: Annisa / 011400368

b. Jurusan / Prodi

: Teknokimia Nuklir / Teknokimia Nuklir

5. Biaya Kegiatan Yang Diusulkan : Rp. 23.594.000,00 6. Jangka Waktu Pelaksanaan

: 9 bulan Yogyakarta, 1 Maret 2018

Mengetahui Ketua Jurusan/Program Studi

Pengusul

Kartini Megasari SST,M.Eng NIP. 19831228 200604 2 003

Dr. Deni Swantomo.,S.ST.,M.Eng NIP. 19820104 200604 1 002

Menyetujui, Ka. UPPM STTN-BATAN

Ir. Aliq, MT, Ph,D. NIP.19630414 198703 1 003

PERAKITAN SUPERKAPASITOR BERBASIS KOMPOSIT POLIANILIN GRAPHENE SELULOSA DAN IONOGEL COPOLYMER GRAFTING KARAGENAN PVA-SILIKA

ABSTRAK Superkapasitor merupakan sebuah piranti penyimpan energi dengan rapat daya beberapa kali lipat dari baterai dan waktu pengisian energi listrik yang lebih cepat. Kapasitansi dan konduktivitas merupakan dua faktor penting yang menunjukkan performa superkapasitor. Superkapasitor dengan performa tinggi akan memiliki kapasitansi dan konduktivitas tinggi. Dalam penelitian ini dilakukan perakitan superkapasitor untuk mengetahui pengaruh dari ketebalan dan diameter elektroda terhadap kinerja superkapasitor serta konsentrasi binder PVDF yang ditambahkan sebagai perekat partikel-partikel elektroda. Perakitan superkapasitor dilakukan dengan menyusun dua elektroda yang mengapit satu polimer elektrolit ditengah menyerupai struktur “sandwich”. Struktur perakitan superkapasitor dalam penelitian ini termasuk dalam jenis EDLC (Electrochemical Doubled-Layer Capacitor) dengan mengabungkan keunggulan superkapasitor jenis pseudokapasitor. Elektroda yang digunakan berupa komposit polianilin graphene-selulosa dopan lanthanum yang tersusun atas polimer konduktif, logam oksida dan graphene dengan luas permukaan yang tinggi. Sehingga pada superkapasitor ini memanfaatkan proses faradik dan non faradik. Polimer elektrolit yang digunakan adalah ionogel copolymer grafting karagenan PVA-silika yang disintesis dengan iradiasi gamma. Performa superkapasitor yaitu kapasitansi dan konduktivitas diukur dengan menggunakan kapasitansi dan multimeter.

PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi menciptakan kehidupan

modern yang tak terlepas dari penggunaan alat elektronik sebagai fasilitas penunjang kehidupan. Sehingga energi listrik menjadi kebutuhan utama dalam kehidupan manusia saat ini. Pemenuhan kebutuhan energi membutuhkan piranti penyimpan energi listrik. Saat ini, baterai merupakan penyimpan energi yang paling sering dijumpai. Baterai mempunyai beberapa kelemahan diantaranya rapat daya yang kecil dan membutuhkan waktu lama dalam pengisian energi dalam piranti. Superkapasitor merupakan sebuah piranti yang mempunyai rapat daya yang beberapa kali lipat dari baterai dan waktu pengisian energi listrik yang lebih cepat. Dalam merancang superkapasitor terdapat dua hal penting yang harus diperhatikan yakni kapasitansi dan konduktivitas. Superkapasitor dengan performa tinggi akan memiliki kapasitansi yang tinggi dan volume antar pelat yang rendah. Hal ini disebabkan, kapasitansi berbanding lurus dengan kerapatan energi dan berbanding terbalik dengan volume antar pelat (Daraghmeh et al., 2017). Kemampuan superkapasitor dalam menyimpan energi dipengaruhi pula oleh konduktivitas. Berdasarkan hukum ohm, dapat diuraikan bahwa konduktivitas berbanding terbalik dengan resistansi. Beberapa penelitian terkait perakitan superkapasitor jenis doubled- layer dengan struktur “sandwich” yang tersusun dari dua elektroda padat dan polimer gel elektrolit ditengah menemukan permasalahan yakni resistansi internal yang tinggi dan kapasitansi volumetrik yang rendah. Hal ini diakibatkan struktur elektroda yang padat sehingga tidak dapat menghasilkan kontak (adsoprsidesoprsi muatan) yang baik dengan polimer gel elektrolit yang memiliki viskositas besar dan difusi yang buruk (5151848, 1992). Sehingga, saat ini dikembangkan kapasitor hibrid yang memanfaatkan proses faradik dan nonfaradik untuk menyimpan energi. Kapasitor hibrid dapat mencapai rapat energi dan daya yang lebih besar dibandingkan EDLCs (Electrochemical DoubledLayer Capacitor) tanpa mengurangi stabilitas siklusnya. Karena, kapasitor hibrid

mengabungkan keunggulan dari pseudokapasitor dengan kapasitas energi yang besar dan EDLCs dengan kestabilan siklus yang tinggi. Sehingga pada penelitian ini, bahan elektroda yang digunakan berupa komposit yang tersusun atas oksida logam lanthanum, polimer konduktif polianilin dan graphene. Oksida logam dan polimer konduktif merupakan material penyusun pseudokapasitor. Sedangkan graphene adalah salah satu bahan karbon yang digunakan sebagai elektroda EDLCs. (Putra, 2017). Beberapa penelitian membahas adanya pengaruh ketebalan elektroda terhadap konduktivitas ionik superkapasitor. Peningkatan ketebalan elektroda cenderung berbanding terbalik dengan nilai konduktivitas ionik superkapasitor. Hal ini dikarenakan perpindahan ion-ion elektrolit dari atau kepada lapisan aktif menjadi lebih sulit (Fauziah, 2017). Sehingga dilakukan penentuan ketebalan optimal untuk mencapai nilai konduktivitas ionik maksimum dengan nilai ESR minimum dari superkapasitor. Nilai ESR (Equivalent Series Resistance) dapat menurunkan performa superkapasitor dalam waktu charge-discharge yang panjang (Jundy, 2016). Salah satu faktor yang dapat meningkatkan nilai ESR adalah ketebalan elektroda yang digunakan. Hal ini berkaitan dengan stabilitas adhesi dari partikel aktif karbon elektroda. Pada elektroda yang tebal terjadi penurunan stabilitas adhesi yang disebabkan oleh pembentukan ruang (void) antara elektroda dan elektrolit (Fei, Yang, Bao, & Wang, 2014). Kekuatan charge-discharge

menunjukkan

kemampuan

pengisian

muatan

pada

superkapasitor yang berbanding lurus dengan nilai konduktivitas ionik. Sehingga untuk meningkatkan nilai konduktivitas pada superkapasitor dilakukan dengan menentukan ketebalan optimal elekroda pada nilai ESR minimum. Selain ketebalan, ukuran elektroda juga memberikan pengaruh terhadap nilai kapasitansi superkapasitor. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh (Hermansyah Aziz, 2017) dengan variasi ukuran elektroda, menunjukan nilai kapasitansi yang semakin besar dengan bertambahnya ukuran elektroda. Hal ini dikarenakan, semakin besar ukuran elektroda maka semakin banyak bahan aktif (carbon) yang ada pada elektroda. Sehingga semakin meningkat pula kemampuannya dalam menyimpan muatan listrik pada permukaan elektroda.

Kemudian, diperlukan pengikat (binder) dalam perakitan superkapasitor. Binder berfungsi untuk mengabungkan elektroda membentuk lapisan kompak dan menempel secara homogen pada pengumpul arus (current collector) (Wang, Zhang, Sun, & Ma, 2016). PVDF (Polyvynilidene Fluoride) merupakan salah satu jenis binder dengan stabilitas mekanik yang tinggi, sifat swelling yang tepat, dan kemampuan integrasi pada elektroda yang tinggi. Apabila dibandingkan dengan fluoropolymer yang lain, PVDF memiliki densitas yang rendah dan tidak larut dalam larutan elektrolit seperti halnya PVA (Wang et al., 2016). Namun, harus dilakukan penentuan terhadap %berat PVDF optimal yang digunakan. Sebab, binder dapat menutupi luas muka dan pori aktif material. Hal ini akan menghalangi ion bergerak melewati pori. Sehingga akan menurunkan konduktivitas ionik material superkapasitor (Wang et al., 2016). Selanjutnya, beberapa penelitian solid-state superkapasitor mengabungkan elektroda, polimer gel elektrolit serta current collector dengan teknik aplikasi tekanan untuk meningkatkan performa dari superkapasitor (Li et al., 2015). Namun, perakitan superkapasitor berbasis polianilin graphene-selulosa dan ionogel copolymer grafting karagenan polivinil alkohol-silika dengan jenis kapasitor hibrid dirakit tanpa aplikasi tekanan. Viskositas elektrolit yang besar dan rendahnya interaksi interface antara elektroda dan polimer gel elektrolit diatasi dengan aplikasi iradiasi gamma pada kedua material sebelum perakitan superkapasitor. Selain itu, jenis material elektroda berupa komposit polianilin graphene-selulosa menyebabkan terjadinya proses faradik dan non faradik secara bersamaan. Sehingga dapat mengatasi permasalahan tingginya resistansi pada superkapasitor. Polianilin graphene-selulosa dopan lanthanum sebagai elektroda disintesis dengan proses polimerisasi dan cross-linking gugus fungsi material menggunakan iradiasi gamma. Begitu pula dengan ionogel karagenan PVA-silika yang digrafting membentuk kopolimer dengan teknik iradiasi gamma. Oleh karena itu, perakitan superkapasitor berbasis komposit polianilin grapheneselulosa dan ionogel copolymer grafting karagenan polivinil alkohol-silika ini perlu dilakukan.

STUDI PUSTAKA 2.1.

Tinjauan Pustaka

2.1.1. Superkapasitor Superkapasitor disebut pula elektrokimia kapasitor atau ultrakapasitor merupakan sebuah alat yang digunakan sebagai penyimpan energi dengan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan baterai maupun kapasitor konvensional lainnya. Keunggulan perangkat elektronik ini diantaranya ialah memiliki sifat densitas yang tinggi, kapasitas muat yang besar, dan siklus hidup yang panjang, sehingga memungkinkan untuk menyimpan energi listrik lebih efisien. Berbeda halnya dengan baterai yang menyimpan energi listriknya di dalam bagian terbesar dari material elektroda dan diubah menjadi bentuk reaksi kimia untuk dapat disimpan. Superkapasitor menyimpan muatan listrik pada permukaan elektrodanya. Sehingga, superkapasitor tidak memanfaatkan reaksi kimia seperti pada baterai, maka inilah yang menyebabkan superkapasitor sangat cepat dalam proses charge-discharge. Adapun skema superkapasitor dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Mekanisme Kerja Superkapasitor (Halper & Ellenbogen, 2006) Bahan yang digunakan dalam pembuatan superkapasitor adalah material elektroda dengan luas permukaan tinggi seperti graphene atau karbon nanokomposit. Selain itu, superkapasitor juga memanfaatkan polimer gel

elektrolit berupa lapisan dielektrik tipis sehingga dapat menghasilkan nilai kapasitansi yang lebih besar dari kapasitor konvensional. Superkapasitor memiliki sifat yang lebih baik dibandingkan dengan baterai dan kapasitor konvensional. Baterai memiliki rapat energi yang sangat tinggi, namun demikian memiliki rapat daya yang sangat rendah. Sedangkan kapasitor konvensional pada umumnya memiliki rapat daya yang sangat tinggi namun rapat energinya sangat rendah. Superkapasitor menghasilkan rapat daya yang tinggi serta rapat energi yang tinggi. Rapat daya berhubungan dengan “kekuatan” (jumlah wat) kombinasi dari arus dan volt, sedangkan rapat energi berhubungan dengan waktu pemakaian. Kelebihan

superkapasitor

dibandingkan

dengan

baterai

atau

kapasitor

konvensional adalah. a. Superkapasitor memiliki ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan baterai sehingga, menjadikan superkapasitor lebih ringan dibandingkan dengan baterai. b. Superkapasitor memiliki akses yang cepat untuk menyimpan energi, pengisian yang sangat cepat dibandingkan dengan baterai. c. Siklus charge/discharge 106 kali dibandingkan baterai. d. Rapat energi superkapasitor adalah 10-100 kali lebih besar dibandingkan dengan kapasitor konvensional (tipe 20-70 MJ/m3). e. Nilai kapasitansinya lebih dari 5 F/cm2. f. Memiliki efisiensi yang tinggi yaitu 95%. Rapat daya 10 kali lebih besar dibandingkan dengan baterai. g. Waktu charge dan discharge sangat singkat. h. Nilai kapasitansinya berkisar antara 0.043-2700 F. (Jayalakshmi & Balasubramanian, 2008),(Sahay & Dwivedi, 2009), (Chmiola et al., 2005), (Ganesh, Pitchumani, & Lakshminarayanan, 2006). Apabila dibandingkan dengan kapasitor standar, listrik double-layer kapasitor atau superkapasitor mampu melakukan pengisian dan menyimpan energi pada kepadatan eksponensial lebih tinggi. Superkapasitor dapat dinilai dalam

Farad. Sedangkan penyimpanan energi pada kapasitor standar hanya dapat diukur dalam mikro Farad atau nano Farad Kapasitas energi kapasitor ditentukan oleh jumlahnya muatan yang disimpan dan potensi untuk pengisian antar platnya. Potensi muatan sangat dipengaruhi oleh kualitas bahan dalam mempertahankan medan listriknya, atau dikenal sebagai "dielektrik." Dalam listrik double-layer kapasitor, dielektrik biasanya tergantung pada bahan karbon dengan luas permukaan yang tinggi, yang dapat menyumbangkan medium dielektrik yang sangat tipis. Luas permukaan yang besar dan dikombinasikan dengan medium yang sempit menyebabkan potensi muatan yang sangat tinggi, atau "kapasitansi," dalam perangkat yang relatif berukuran kecil. Sementara lapisan dalam double-layer kapasitor elektrik konduktif, mereka memiliki toleransi yang rendah untuk tegangannya (biasanya tidak lebih dari satu volt). Penyertaan elektrolit organik dapat meningkatkan penerimaan tegangan, karena dapat menghubungkan beberapa supercapacitors dalam Array Serial. Bahan yang digunakan dalam dielektrik juga dapat mempengaruhi efisiensi kapasitor. Karbon aktif, misalnya, memiliki luas permukaan jauh lebih besar daripada aluminium, yang secara tradisional digunakan dalam kapasitor standar.(Juhaniswari, 2016) Nilai kapasitansi dari superkapasitor ditentukan oleh dua prinsip penyimpanan: 

Double Layer Capacitance- penyimpanan elektrostatik energi listrik dicapai dengan pemisahan muatan dalam lapisan ganda Helmholtz pada antar muka permukaan sebuah elektroda konduktor dan larutan elektrolit. Jarak pemisahan muatan dalam dua lapisan adalah beberapa angstrom (0,3-0,8 nm) dan statis.



Pseudocapacitance- penyimpanan elektrokimia dari energi listrik, dicapai dengan redox reactions electrosorption atau interkalasi pada permukaan elektroda dengan secara khusus terserap ion yang menghasilkan biaya transfer faraday yang reversibel pada elektroda. Double Layer Capacitance dan Pseudocapacitance keduanya memberikan

konstribusi yang tak terpisahkan dari nilai total kapasitansi dari sebuah superkapasitor. Namun, rasio dari keduanya sangat bervariasi, tergantung pada

desain elektroda dan komposisi elektrolit. Pseudocapacitance dapat meningkatkan nilai kapasitansi sebanyak urutan besarnya dari lapisan ganda itu sendiri. (Juhaniswari, 2016) Superkapasitor dibagi menjadi tiga anggota keluarga berdasarkan desain dari elektroda: 

Double Layer Capacitors- dengan elektroda karbon atau turunannya dengan jauh lebih tinggi kapasitansi statis Double Layer Capacitance dari Pseudocapacitance faraday.



Pseudocapacitance- dengan elektroda yang terbuat dari logam oksida atau polimer dengan Pseudocapacitance faraday jauh lebih tinggi dari pada static Double Layer Capacitance.



Kapasitor Hybrid- kapasitor dengan elektroda khusus yang mengabungkan keunggulan dari Double Layer Capacitance dan Pseudocapacitance, seperti kapasitor lithium-ion. (Juhaniswari, 2016)

Gambar 2.2 Mekanisme penyimpanan energi dalam EDLC pada (a) tanpa potensial dan (b) saat diberi potensial (Sharma & Bhatti, 2010) dalam (Putra, 2017) Gambar 2.2 (a) menunjukan mekanisme kerja EDLC, ketika tanpa potensial listrik, posisi muatan cairan elektrolit tersusun acak dan elektroda tidak bermuatan. Namun saat diberi potensial listrik, maka akan terjadi penyejajaran atau pengaturan muatan seperti pada Gambar 2.2 (b). Sehingga mengakibatkan

salah satu elektroda bermuatan positif dan menarik ion-ion negatif dari elektrolit. Sedangkan disisi lain elektroda menjadi bermuatan negatif dan menarik ion-ion positif elektrolit. Ion-ion elektrolit disimpan pada permukaan elektroda. Sehingga apabila semakin luas permukaan elektroda, maka semakin banyak muatan yang dapat tersimpan pada elektroda. Namun pada EDLC tidak terjadi perpindahan maupun pertukaran muatan pada permukaan elektroda, sehingga tidak terjadi peristiwa reduksi maupun oksidasi pada kedua permukaan elektroda seperti halnya pseudokapasitor. Hal ini mengakibatkan EDLC dapat memiliki daur hidup yang lebih panjang dan tidak mudah rusak ketika proses pengisian dan pemakaian (charge-discharge) (Sharma & Bhatti, 2010). Sedangkan pseudokapasitor, yang terbuat dari material oksida/hidroksida logam maupun polimer konduksi memiliki nilai kapasitansi dan densitas energi yang lebih besar dibandingkan superkapasitor jenis EDLC karena adanya reaksi faraday yang bolak-balik yang terjadi di dalamnya. Namun performa dari pseudokapasitor bergantung pada aktivitas elektrokimia dan kinetika reaksi dari material

elektroda

yang

digunakan.

Untuk

meningkatkan

keunggulan

superkapasitor maka dilakukan pengabungan kedua jenis superkapasitor EDLC dan pseudokapasitor. Sehingga dapat diperoleh superkapasitor yang memiliki daur hidup yang banyak dan kapasitansi yang besar (Putra, 2017).

2.1.2. Ionogel Copolymer Grafting Karagenan PVA-Silika Pemanfaatan cairan ionik yang digunakan sebagai material elektrolit untuk superkapasitor dalam bentuk gel disebut juga dengan ionogel. Ionogel merupakan suatu gel yang didalamnya diisi dengan larutan ion yang umumnya memiliki sifat stabilitas panas tinggi melebihi 300 ºC, low glass transition temperature, dan konduktivitas ion besar (Mizumo, Watanabe, & Ohno, 2008) dalam (Fauziah, 2017). Ionogel dapat dibuat dengan mencampurkan bahan larutan ion seperti 1Butyl-2,3,dimethylimidazolium hexafluorophosphate dengan matriks gel, atau dengan absorpsi atau swelling larutan ion pada polimer ikatan silang (crosslinked polymers) (Lee et al., 2016) dalam (Fauziah, 2017).

Pada prinsipnya, ionogel diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu ionogel fisika dan kimia. Perbedaan antara dua tipe ini terletak pada tipe jaringan ikatan silang. Gel fisika biasanya terbuat dari interaksi lemah dan reversibel seperti ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik. Contoh ionogel jenis ini dibentuk oleh self-assembly dari tryblock copolymer dengan pergantian blok polimer larut dan tidak larut, sedangkan pada gel kimia terjadi interaksi yang lebih kuat yaitu ikatan kovalen pada matriks polimer ikatan silang (Sterner, Rosol, Gross, & Gross, 2009) dalam (Fauziah, 2017) Penggabungan cairan ionik dengan polimer ikatan silang atau sintesis ionogel (in-situ atau exsitu) dapat menghasilkan suatu matriks gel dengan sifat mekanik yang lebih baik tanpa penurunan nilai konduktivitas. Penggunaan ionogel sebagai matriks elektrolit sebagai pengganti elektrolit cair dapat menghasilkan konduktivitas yang lebih besar dari elektrolit padat yaitu sebesar 102

Scm-1 (Sterner et al., 2009) dalam (Fauziah, 2017). Ionogel ini menggunakan karagenan sebagai material penyokong matriks

gel. Karagenan merupakan senyawa hidrokoloid yang terdiri dari ester kalium, natrium, magnesium, dan kalium sulfat dengan galaktosa 3,6 anhidrogalaktosa kopolimer (Prasetyowati, 2008) dalam (Fauziah, 2017) Jenis karagenan yang dapat digunakan sebagai matriks pembentuk gel adalah kappa dan iota karagenan, sedangkan lambda karagenan tidak dapat membentuk gel. Pembentukan gel pada kappa dan iota karagenan dipengaruhi oleh adanya konformasi 1C4 pada 3,6 AG yang menyebabkan “a helicoidal secondary structure” yaitu sifat yang sangat penting dan menentukan pembentukan gel. Sedangkan pada mu, nu, dan lambda karagenan tidak terdapat konformasi ini sehingga menyebabkan jenis karagenan tersebut tidak dapat membentuk gel (Distantina, 2011) dalam (Fauziah, 2017) Struktur beberapa jenis karagenan dapat dilihat pada Gambar 2.2

Gambar 2.3. Struktur Beberapa Jenis Karagenan (Distantina, 2011) Sebagai matriks dasar pembentuk gel digunakan bahan berupa Polivinil Alkohol (PVA). PVA merupakan salah satu senyawa turunan asetilen dengan rumus molekul (C2H4O)n yang dapat dihasilkan dari proses hidrolisis polivinil asetat (Sitompul, 2016) dalam (Fauziah, 2017). Struktur kimia Polivinil Alkohol terdapat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.4. Struktur Kimia Polivinil Alkohol (Gaaz et al., 2015) Pada struktur PVA terdapat ikatan O-H yang memberikan keunggulan sifat pada bahan ini yaitu biokompatibel, hidrofilik, kekuatan mekanik tinggi, sifat resistansi kimia yang baik, kekuatan tarik tinggi, konduktivitas ion tinggi, dan mudah terdegradasi sehingga mudah dimodifikasi untuk berbagai kegunaan pada bidang-bidang yang disebutkan sebelumnya, khususnya dalam pemanfaatan sebagai superkapasitor yang ramah lingkungan (Aziz, Buraidah, Careem, & Arof, 2015) dalam (Fauziah, 2017). Silika digunakan sebagai filler yang akan meningkatkan sifat mekanik dari material ionogel. Silika merupakan senyawa dengan rumus molekul SiO2 yang

dapat diperoleh dari silika mineral, nabati, sintesis kristal, maupun dengan pemanasan pasir kuarsa pada suhu 870ºC hingga 1470 ºC (Nur, 2001) dalam (Fauziah, 2017). Menurut (Swantomo, 2014), hidrogel akan mengalami peningkatan sifat polimer gel dengan penambahan silika sebagai filler. Filler merupakan suatu bahan atau komponen pengisi yang ditambahkan pada suatu material dengan tujuan untuk meningkatkan karakteristik material. Penggunaan filler dapat memperbaiki sifat dari material seperti sifat mekanik, ketahanan termal, kapasitas penukar ion dan sifat penghalang, juga mengurangi biaya produksi karena penambahan filler dapat menurunkan jumlah kebutuhan bahan monomer yang digunakan (Swantomo, 2014); (Supranggono, 2013). Proses sintesis matriks gel karagenan-PVA-silika dilakukan menggunakan metode kopolimerisasi grafting dengan iradiasi gamma. Pada metode ini, dilakukan pencampuran karagenan dan PVA. Setelah itu campuran karagenanPVA ditambahkan silika sebagai bahan filler atau bahan pengisi matriks gel yang berfungsi untuk meningkatkan kekuatan mekanik gel dan mengurangi jumlah bahan utama yang dibutuhkan untuk membuat matriks gel. Silika tersebut dicampurkan secara in situ dengan karagenan-PVA sehingga akan terdispersi dalam monomer dan mengisi gel dengan adanya reaksi polimerisasi. Selain itu, sebagai agen crosslinker digunakan glutar-dialdehyde. Crosslinker berfungsi sebagai bahan yang dapat memperkuat ikatan silang pada matriks gel sehingga dapat meningkatkan kekuatan mekanik gel. Kopolimerisasi grafting karagenan-PVA-silika dapat dilakukan dengan adanya pemanasan dan penambahan inisiator pada bahan pembuat gel. Inisiator yang digunakan adalah radiasi gamma karena memiliki daya tembus yang besar sehingga dapat menembus bahan seperti gel yang cenderung tebal. Radiasi yang dipancarkan oleh sumber akan bereaksi dengan air yang terdapat pada matriks gel sesuai dengan reaksi berikut:

Interaksi radiasi dengan air akan menghasilkan radikal hidrogen dan radikal hidroksil. Radikal yang dihasilkan oleh interaksi radiasi dengan air ini memiliki energi yang tinggi sehingga memungkinkan untuk berinteraksi dengan gugus karagenan dan PVA yang dapat menyebabkan adanya perubahan sifat dan struktur material tersebut menjadi material yang baru. Adapun mekanisme reaksi pembentukan kopolimer Karagenan-PVA-Silika ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.5. Mekanisme Reaksi Pembuatakn Kopolimer Gel KaragenanPVA-Silika (Adaptasi dari (Sukhlaaied, 2013)) Reaksi pada Gambar 2.4 menunjukkan bahwa radikal hidroksil yang dihasilkan dari interaksi radiasi dengan senyawa air akan bereaksi dengan gugus 3,6 anhidrogalaktosa pada karagenan menyebabkan bergabungnya gugus tersebut dengan gugus Alpha 1-3 dan Beta 1-4 untuk membentuk radikal H2O•.

Selanjutnya radikal makro menginisiasi proses grafting karagenan-PVA dan membentuk kopolimer grafting karagenan-PVA (CG-g-PVA) (Sukhlaaied, 2013). Pada proses ini juga perlu diperhatikan penambahan filler SiO2 ke dalam matriks karagenan-PVA. Filler silika tersebut tidak dapat larut dalam air, sehingga apabila ditambahkan ke dalam matriks CG-g-PVA, silika akan terjebak dalam matriks tersebut dan memperkuat karakteristik matriks gel sehingga membentuk kopolimer karagenan-PVA-silika (CG-g-PVA-SiO2) (Swantomo, 2014) dalam (Fauziah, 2017).

2.1.3. Komposit Polianilin Graphene Selulosa Material komposit merupakan material yang terdiri atas dua atau lebih bahan dengan jenis berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis menjadi suatu bahan dalam bentuk dan atau komposisi yang tidak dapat dipisahkan (Schwartz, 1984). Komposit polianilin graphene selulosa mengabungkan tiga bahan yang berbeda menjadi suatu bahan yang dapat berfungsi sebagai elektroda. Graphene salah satu penyusunnya merupakan alotropi karbon yang menjadi struktur dasar untuk pembentukan material berbasis karbon seperti grafit (stacked Graphene), CNT (beberapa lapis Graphene yang digulung melingkar terhadap aksial) dan Fullerene (Basu, 2012) dalam (Jundy, 2016) Graphene memiliki sifat yang sangat baik antara lain mobilitas elektron yang tinggi (~10.000 cm2/Vs), efek Quantum Hall pada temperatur ruang, transparansi optik yang baik (97,7%), luas permukaan spesifik yang besar (2.630 m2/g), modulus Young yang tinggi (~1 TPa), dan konduktivitas panas yang tinggi (~3000 W/m K) (S.M Choi, 2011) dalam (Jundy, 2016). Dengan sifat-sifatnya tersebut, graphene banyak digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk sebagai basis pembentuk elektroda bagi superkapasitor. Penambahan Polianilin (PaNi) dimaksudkan untuk meningkatkan kinerja komposit sebagai superkapasitor. Sebagai salah satu bahan polimer konduktif, PaNi memiliki sifat yang sangat unik yaitu dapat mengalami perubahan sifat listrik dan optik yang dapat kembali (reversible) melalui reaksi redoks dan

doping-doping atau protonasi-deprotonasi sehingga sangat potensial dimanfaatkan untuk meningkatkan kapasitansi elektroda (Ansari R and Keivani, 2006); (Bhullar, 2009). Kemudian, untuk meningkatkan sifat mekanik komposit elektroda, maka dilakukan penambahan selulosa. Selulosa adalah polimer glukosa yang berbentuk rantai linier dan dihubungkan oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Struktur yang linier menyebabkan selulosa bersifat kristalin dan tidak mudah larut. (Holtzapple et.al, 2003) dalam (Jundy, 2016). Salah satu sumber serat selulosa adalah dari ekstrak rumput laut. Rumput laut khususnya jenis Eucheuma sp mengandung kadar abu 19,92 %, protein 2,80 %, lemak 1,78 %, serat kasar 7,02 % dan mengandung karbohidrat yang cukup tinggi yaitu sekitar 68,48 %. Pada polianilin yang merupakan polimer konduktif perlu dilakukan penurunan konstanta dielektrisitas polianilin sehingga konduktivitas polianilin meningkat (Devi, 2011) dalam (Jundy, 2016). Hal ini dapat dilakukan dengan pendopingan logam pada komposit polianilin garphene selulosa. Salah satu logam yang dapat digunakan sebagai pendoping adalah logam lanthanum. Logam lanthanum merupakan salah satu logam tanah jarang (rare earth) yang sangat reaktif. Lantanum mengoksida dengan cepat jika diekspos ke udara, air dingin akan menyerang lantanum secara pelan-pelan, sedangkan air panas dengan sangat cepat.

2.1.4. Efek Radiasi terhadap Materi Terdapat tiga peristiwa yang terjadi ketika bahan organic terkena iradiasi gamma yaitu efek fotolistrik, hamburan compton, dan produksi pasangan. Pada proses efek fotolistrik, radiasi sinar-γ yang berupa foton berinteraksi dengan orbit elektron dari atom, sehingga elektron tersebut terpental keluar. Akibat keluarnya elektron dari orbit, maka akan diisi oleh elektron dari orbit lain dengan memancarkan energi yang berupa sinar-X (Christina M. , 2008).

Gambar 2.6. Efek Fotolistrik (Christina M. , 2008) Pada proses hamburan compton, energi radiasi yang diberikan ke elektron (fotoelektron) untuk ionisasi menumbuk elektron bebas atau elektron yang ikatannya

dengan

inti

cukup

lemah

dan

sisanya

berupa

gelombang

elektromagnetik yang dihamburkan (Christina M. , 2008).

Gambar 2.7. Hamburan Compton (Christina M. , 2008) Reaksi produksi pasangan terjadi bila energi yang menembus bahan diatas 10 MeV. Karena energi foton yang menembus bahan ini sangat tinggi, maka timbul pasangan elektron dan energi kinetik. Semua foton energi ini berhasil “masuk” sampai ke daerah medan inti bahan materi. Foton tersebut akan diserap habis dan akan dipancarkan pasangan elektron-positron. Elektron yang terbentuk dari interaksi sinar-γ disebut elektron sekunder yang dibekali energi, sehingga menjadi sangat reaktif. Elektron sekunder ini akan mengionisasi materi yang dilaluinya (Christina M. , 2008).

Gambar 2.8. Efek Produksi Pasangan (Christina M. , 2008)

Pembentukan radikal bebas terjadi saat bahan polimer diiradiasi dengan sinar-γ atau berkas elektron. Energi sinar-γ yang berasal dari radioisotop Co-60 adalah berkisar antara 1,17-1,33 MeV. Elektron cepat yang dihasilkan akibat interaksi sinar-γ (Co-60) dengan materi merupakan efek fotolistrik atau hamburan compton, karena interaksi tersebut semata-mata terjadi pada lintasan elektron / kulit elektron, maka semata-mata pula terjadi reaksi kimia dan bukan reaksi inti. Artinya, reaksi yang terjadi tidak akan mengakibatkan perubahan radioaktifitas. Reaksi kimia yang terjadi akan mengikuti mekanisme radikal bebas. Ada tiga tahap reaksi kimia menurut mekanisme radikal bebas, yaitu: 1. Tahap inisiasi: Pada tahap inisiasi mula-mula terjadi reaksi pembentukan radikal bebas oleh suatu inisiator (sinar-γ). Bila sinar-γ berinteraksi dengan monomer (M), maka membentuk radikal, reaksi inisiasi dapat digambarkan seperti contoh:

M● (reaksi pembentukan radikal)

M

Gambar 2.9. Reaksi Kimia Radikal (Christina M. , 2008) 2. Tahap Propagasi: Pada tahap propagasi, radikal-radikal bebas yang dihasilkan oleh reaksi inisiasi tumbuh dari satu molekul menjadi molekul yang lebih besar. Reaksi propagasi dapat digambarkan sebagai berikut: Radikal (RM● ) bertemu lagi dengan molekul monomer lainnya sehingga terjadi pembentukan radikal-radikal yang lebih besar.

RM● + M

RM2● (propagasi)

Gambar 2.10. Reaksi Tahap Propagasi (Christina M. , 2008) 3. Tahapan Terminasi Tahap terminasi terjadi saat dua radikal bertemu satu sama lain. Radikal bebas tersebut dapat berasal dari reaksi inisiasi atau propagasi. Dengan adanya

pertemuan kedua radikal tersebut,

reaksi akan berhenti. Pada tahap ini akan

terjadi polimerisasi, ikatan silang, pencangkokan dan degradasi polimer. Pada polimerisasi, reaksi terjadi bila monomer yang diiradiasi merupakan monomer yang dapat berpolimerisasi. Akibat adanya proses tersebut akan membentuk polimer yang memiliki berat molekul jauh lebih besar. Pada reaksi pengikatan silang, rantai polimer saling berikatan silang satu dengan yang lainnya sedangkan pada reaksi pencangkokan umumnya terjadi bila terdapat monomer dan polimer yang diiradiasi bersama-sama dan menghasilkan suatu kopolimer. Reaksi

terminasi

pembentukan

polimerisasi,

ikatan

silang

dan

pencangkokan dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.11. Mekanisme Reaksi Terminasi (Christina M. , 2008) Reaksi radiasi pada suatu polimer juga akan mengakibatkan proses degradasi, dimana terjadi pemutusan ikatan rantai utama pada polimer. Reaksi degradasi polimer digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.12. Mekanisme Reaksi Degradasi (Christina M. , 2008)

2.1.5. Uji Kapasitansi dan Resistansi Kapasitansi merupakan besaran yang menunjukkan kemampuan material dalam menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara dan dapat disimbolkan

dengan huruf C dengan satuan Farad (F). Kapasitansi merupakan salah satu parameter penting untuk melihat performa dari sebuah superkapasitor. Kapasitansi dapat ditentukan dalam beberapa cara seperti gravimetric atau kapasitansi massa spesifik (C ), kapasitansi volumetrik (C ), dan kapasitansi yang dinormalisasikan G

V

dengan luas permukaan efektif (C ). CG adalah besaran yang paling banyak A

digunakan untuk menguji kapasitansi pada material elektroda superkapasitor. Rumus matematika untuk menentukan CG terdapat pada persamaan 1.

CG =

𝐶𝑖

(1)

𝑊

Satuan dari CG adalah F/g, dengan W adalah berat dari elektroda dan Ci adalah kapasitansi dari elektroda (katoda maupun anoda). Nilai CG dapat digunakan untuk membandingkan kinerja dari beberapa elektroda yang berbeda (Cheng Zhong, 2016) Superkapasitor diharapkan dapat memiliki kapasitansi yang tinggi sehingga

mampu

menyimpan

banyak

muatan

listrik

pada

permukaan

elektrodanya. Selain itu, superkapasitor dengan performa tinggi akan memiliki nilai resistansi yang kecil. Sebab, semakin besar nilai resistansi maka nilai konduktivitas superkapasitor akan semakin kecil. Ketika nilai resistansi tinggi, hambatan antar muka komponen superkapasitor yang menghalangi transfer muatan semakin besar. Sehingga konduktivitas yang merupakan kemampuan superkapasitor untuk menghantarkan muatan akan semakin kecil. Dari hasil pengukuran kapasitansi dan resitansi material tersebut, dapat dihitung nilai konduktivitasnya seperti pada persamaan dibawah ini : 𝑉 = 𝐼. 𝑅 𝑅=

𝑉

(3)

I 𝐿

𝑅 = ρA ρ=

𝑉𝐴 IL 1

σ=ρ

(2)

(4) (5) (6)

Dengan A adalah luas penampang sampel (m2), L panjang sampel (m), R resistansi suatu bahan (Ω), ρ resistivitas bahan (Ωm), konduktivitas listrik bahan (Ωm)-1 (Webster, 2003) dalam (Fauziah, 2017)

2.2

Landasan Teori Proses perakitan superkapasitor merupakan proses penyusunan dan

pengabungan komponen-komponen superkapasitor menjadi satu kesatuan alat dengan fungsi sebagai penyimpan energi efisiensi tinggi. Terdapat tiga komponen superkapasitor pada gambar 2.13 yang akan dirakit menjadi satu kesatuan sistem superkapasitor yaitu elektroda, polimer gel elektrolit dan alumunium current collector. Jenis elektroda yang digunakan berupa komposit polianilin graphene selulosa yang mengacu pada penelitian (Jundy, 2016). Sedangkan untuk polimer gel elektrolit yang digunakan adalah ionogel copolymer grafting karagenan PVAsilika yang mengacu penelitian (Fauziah, 2017) dan alumunium current collector mengacu penelitian (Kang et al., 2015).

Gambar 2.13 Schematic representation for the supercapacitor model (Yu et al., 2012). Ketiga komponen superkapasitor ini disusun dengan struktur “sandwich” sebagaimana pada doubled-layer superkapasitor. Komposit polianilin graphene selulosa yang disintesis dengan iradiasi gamma merupakan bahan elektroda superkapasitor dalam penelitian ini. Pemilihan bahan elektroda tersebut

didasarkan pada upaya untuk menciptakan proses faradik dan non faradik pada superkapasitor. Sehingga menghasilkan superkapasitor jenis kapasitor hibrid yang mengabungkan keunggulan jenis superkapasitor EDLC dengan stabilitas siklus tinggi dan psudokapasitor dengan rapat daya dan energi yang lebih tinggi dari EDLC. Ionogel copolymer grafting karagenan PVA-silika merupakan polimer dengan konduktivitas ion yang baik sebesar 16,15 µS/cm dengan kapasitansi 1,07 mF/g. Hal ini dikarenakan matriks polimer gel terbentuk dari proses kopolimerisasi grafting dengan iradiasi gamma. Matriks polimer gel yang dihasilkan memiliki daya absorbsi dan swelling yang baik sehingga mampu menyerap cairan ion dengan baik pula. Semakin banyak cairan ion yang terserap dalam ikatan silang polimer gel maka konduktivitas ion akan semakin besar. Konduktivitas ion yang baik pada ionogel akan membuat transfer ion antar muka elektroda meningkat. Hal ini akan meningkatkan konduktivitas ion superkapasitor. Selain itu, polimer gel elektrolit ini tidak mudah bocor dan menimbulkan korosi serta kerusakan seperti halnya pada superkapasitor dengan elektrolit cair. Komposit polianilin graphene selulosa yang telah difiltrasi dan dikeringkan berbentuk serbuk dicampur dengan binder PVDF (Polyvynilidene Fluoride) dalam pelarut aseton. Binder berperan untuk mengikat partikel-partikel karbon yang dipadatkan menjadi lapisan berpori dan membantu lapisan elektroda untuk melekat pada current collector serta memberikan kekuatan selama proses pembentukan elektroda (Tsay, Zhang, & Zhang, 2012), (Daraghmeh et al., 2017). Jumlah binder yang ditambahkan harus seoptimal mungkin agar tidak mengurangi luas permukaan atau konduktivitas pada elektroda. Sebab, penambahan binder yang berlebihan dapat menutupi luas permukaan atau pori aktif material. Sehingga, menutupi jalan bagi ion-ion untuk berpindah kedalam pori. Hal ini akan menurunkan kinerja elektrokimia superkapasitor sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 2.14 (Daraghmeh et al., 2017).

Gambar 2.14 (a) Charge/discharge cycling stability at constant current density 1.5 A/g, (b) Ragone plot of power density against energy density (Daraghmeh et al., 2017) Kemudian, komposit polianilin graphene selulosa memiliki kapasitansi 6,08 mF/g dan konduktivitas ion sebesar 2,69 𝑥 10-3 S/cm digabungkan dengan polimer elektrolit pada ketebalan dan diameter tertentu. Ketebalan elektroda merupakan

variabel

penting

dalam

menentukan

kinerja

elektrokimia

superkapasitor. Hal ini dikarenakan ketebalan elektroda berhubungan langsung dengan

kapasitansi

volumetrik.

Ketika

ketebalan

elektroda

meningkat,

transportasi ion elektrolit kepada atau dari lapisan permukaan aktif elektroda mengalami

hambatan

internal

yang

cenderung

meningkat

sebagaimana

ditunjukkan pada gambar 2.15. Selain itu, pada elektroda yang tebal terjadi penurunan stabilitas adhesi yang disebabkan oleh pembentukan ruang (void) antara elektroda dan elektrolit (Fei et al., 2014). Sehingga, kapasitansi spesifik elektroda mengalami penurunan seperti yang ditunjukan pada gambar 2.16. Maka dari itu dilakukan penentuan terhadap ketebalan optimum untuk mencapai kapasitansi dan konduktivitas ion maksimum (Tsay et al., 2012).

Gambar 2.15. Experimental data and theoretical curve of the dependence of internal resistance on the thickness of the electrodes (Liu et al., 2017)

Gambar 2.16. Specific capacitance and energy density of carbon BP2000 electrode material as a function of electrode layer thickness (Tsay et al., 2012) Selain itu, ukuran elektroda polianilin graphene selulosa berpengaruh secara langsung terhadap kapasitansi superkapasitor. Semakin besar ukuran luas muka dari elektroda, maka semakin besar pula kapasitansi superkapasitor. Karena, pada elektroda dengan ukuran besar terdapat bahan aktif (carbon) dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan dengan elektroda berukuran kecil. Kemudian, dengan semakin banyaknya bahan aktif pada elektroda, maka muatan yang

tersimpan akan semakin banyak pula. Hal ini tentu kan meningkatkan nilai kapasitansi dari superkapasitor (Hermansyah Aziz, 2017).

Gambar 2.17. Pengaruh luas permukaan plat elektroda terhadap nilai kapasitansi (Hermansyah Aziz, 2017) Berdasarkan penelitian yang dilakukan (Tsay et al., 2012), diperoleh kapasitansi spesifik dan densitas energi maksimum pada ketebalan elektroda ~100 μm. Namun, pada penelitian ini, ketebalan elektroda divariasi pada rentang 2-10 mm. Untuk mengatasi resistansi yang tinggi akibat ketebalan elektroda maka proses perakitan dilakukan dengan menggunakan iradiasi gamma. Setelah dilakukan pencampuran dengan binder PVDF, slurry yang dihasilkan kemudian dikeringkan menjadi serbuk kembali. Serbuk komposit polianilin graphene selulosa tersebut dicetak dalam bentuk pouch cell. Gel kopolimer grafting karagenan PVA-silika yang telah dicetak dengan ketebalan 2 mm disusun antara dua elektroda. Sebelum dilakukan perakitan, kedua elektroda diolesi dengan silver glue untuk meningkatkan kontak elektrik (electrical contact) antar komponen penyusun superkapasitor. Kemudian, ketiga komponen superkapasitor yaitu elektroda, polimer gel elektrolit dan alumunium current collector dirakit bersama dengan struktur menyerupai “sandwich”.

METODE PENELITIAN 3.1

Alat dan Bahan

3.1.1 Alat Pada penelitian ini, alat-alat yang digunakan antara lain oven, alat gelas, magnetic stirrer, lemari asam, kompor listrik dan cetakan PANI/GO-Selulosa dopan lanthanum dari pipa PVC. Pada proses pengujian digunakan perangkat kapasitansi meter dan multimeter.

3.1.2 Bahan Material komposit PANI/GO-Selulosa dopan lanthanum mengacu penelitian (Jundy, 2016), ionogel copolymer grafting karagenan PVA-silika mengacu penelitian (Fauziah, 2017), larutan ion 1-Butyl-2,3,dimethylimidazolium hexafluorophosphate, binder PVDF (Polyvynilidene Fluoride), silver glue, dan plat alumunium current collector mengacu penelitian (Kang et al., 2015)

3.2

Langkah Kerja

a. Persiapan material komposit polianilin graphene selulosa dengan dopan lanthannum (Jundy, 2016) 1. Material komposit PANI/GO-Selulosa dopan lanthanum yang telah diiradiasi difiltrasi 2. Kemudian, endapan material komposit PANI/GO-selulosa dopan lanthanum dikeringkan pada suhu 80°C hingga menjadi serbuk kering. 3. Serbuk material komposit PANI/GO-selulosa dopan lanthanum dicampur dengan binder PVDF dalam 15 ml aseton dengan variasi konsentrasi PVDF 4. Campuran material elektroda dan binder PVDF diaduk selama 1 jam dengan pengaduk mekanik 5. Kemudian, campuran slurry dikeringkan pada suhu 80°C hingga menjadi serbuk kering 6. Selanjutnya, serbuk material komposit PANI/GO-selulosa dopan lanthanum dicetak dalam bentuk pouch cell dengan variasi ketebalan (2;4;6;8;10) mm dan variasi diameter (16;20;25;32;40) mm

b. Persiapan ionogel copolymer grafting karagenan PVA-silika yang digrafting dengan iradiasi gamma (Fauziah, 2017) 1. Larutan ionogel pada proses polimerisasi ditambahkan larutan ion 1-Butyl2,3,dimethylimidazolium hexafluorophosphate 0,01 M 2. Ionogel copolymer grafting karagenan PVA-silika dicetak dengan ketebalan 2 mm 3. Selanjutnya, ionogel copolymer grafting karagenan PVA-silika siap untuk perakitan superkapasitor

c. Perakitan superkapasitor berbasis komposit polianilin graphene-selulosa dopan lanthanum dan ionogel copolymer grafting karagenan PVA-silika 1. Sebelum perakitan, pada sisi material komposit PANI/GO-Selulosa dopan lanthanum diolesi silver glue agar terjadi electrical contact bersama ionogel saat proses perakitan 2. Selanjutnya, dua buah komposit PANI/GO-Selulosa dopan lanthanum yang telah diolesi silver glue disusun mengapit ionogel copolymer grafting karagenan PVA- silika 3. Kemudian, susunan elektroda dan elektrolit tersebut dirakit bersama plat alumunium aging sebagai pengumpul arus menjadi alat superkapasitor 4. Superkapasitor diukur kapasitansi, konduktivitas dan kestabilan siklik

3.3

Diagram Alir Penelitian Mulai

Gel kopolimer grafting karagenan-PVA silika

Pencetakan gel dengan ketebalan 2 mm

Serbuk material komposit PANI/GO-Selulosa dopan lanthanum

Pencampuran dengan binder PVDF dan aseton

Pengadukan selama 1 jam

Penyaringan endapan material komposit

Ionogel dengan tebal 2 mm

Endapan material komposit

v A Pengeringan endapan menggunakan oven T=80 C

Pencetakan dalam bentuk pouch cell

Pengolesan permukaan material komposit dengan silver glue

Material komposit dalam bentuk pouch cell

B

Alumunium current collector

A

B

Perakitan material komposit dan gel kopolimer elektrolit

Gabungan material komposit graphene selulosa dan ionogel karagenan PVA-silika

Perakitan bersama plat alumunium current collector

Superkapasitor

Pengukuran kapasitansi dan resistansi

Pengolahan data

Selesai

JADWAL PENELITIAN Tempat penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Analisis, Laboratorium Instrumentasi Kimia, Laboratorium listrik STTN–Batan Yogyakarta dan BATAN Serpong. Penelitian ini dilakukan dalam jangka waktu 6 (enam) bulan, yaitu dari bulan Februari 2018 sampai dengan Juli 2018, sesuai dengan Tabel 4.1 Tabel 4.1. Waktu Penelitian. Tahun 2017 Triwulan Waktu Triwulan II Triwulan III I No Kegiatan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Sintesis elekroda komposit PaNi GO/Selulosa dan ionogel 1 copolymer grafting karagenan PVA-silika 2 Perakitan superkapasitor Karakterisasi dan pengukuran 3 performa superkapasitor 4 Penulisan laporan

SUSUNAN TIM PENELITI No. Nama 1. Dr. Deni Swantomo., S.ST., M.Eng 2. Annisa

Tugas dan Tanggungjawab Ketua Peneliti Anggota Peneliti

PEMBIAYAAN Terlampir

DAFTAR PUSTAKA

Ansari R and Keivani, M. (2006). Polyaniline conducting electroactive polymers: thermal and Environmental Stability Studies. E-Journal of Chemistry Vol 3, No 4, 202-217. Aziz, M. F., Buraidah, M. H., Careem, M. A., & Arof, A. K. (2015). PVA based gel polymer electrolytes with mixed iodide salts (K+I− and Bu4N+I−) for dye-sensitized solar cell application. Electrochimica Acta, 182, 217–223. Basu, S. a. (2012). Recent developments on graphene and graphene oxide based solid state gas sensors. Sensors and Actuators, 173, 1-21. Bhullar, G. (2009). Synthesis and Characterization of Conducting Polymer Polyaniline. India: Thapar University. Cheng Zhong, Y. D. (2016). Electrolytes for Electrochemical Supercapacitors. Boca Raton London New York: Taylor & Francis Group, LLC. Chmiola, J., Yushin, G., Dash, R. K., Hoffman, E. N., Fischer, J. E., Barsoum, M. W., & Gogotsi, Y. (2005). Double-Layer Capacitance of Carbide Derived Carbons in Sulfuric Acid. Electrochemical and Solid-State Letters, 8(7), A357. Christina, M. (2008). Dasar-Dasar Kimia Radiasi, Percobaan-Percobaan, Dan Contoh Aplikasinya. Yogyakarta: STTN BATAN. Christina, K. M. (2009). Buku Ajar Kimia Radiasi dan Percobaan-percobaannya. Yogyakarta: STTN BATAN. Daraghmeh, A., Hussain, S., Servera, L., Xuriguera, E., Cornet, A., & Cirera, A. (2017). Impact of binder concentration and pressure on performance of symmetric CNFs based supercapacitors. Electrochimica Acta, 245, 531–538. Distantina, S. (2011). Modifikasi Kimiawi Pada Proses Isolasi dan Crosslinking Karagenan dari Euchema cottonii dalam Sintesis Hidrogel. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.

Fauziah, S. (2017). Pembuatan Ionogel Copolymer Grafting Karagenan-Polivinil Alkohol-Silika Menggunakan Iradiasi Gamma. Yogyakarta: Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir. Fei, H., Yang, C., Bao, H., & Wang, G. (2014). Flexible all-solid-state supercapacitors based on graphene/carbon black nanoparticle film electrodes and cross-linked poly(vinyl alcohol)-H 2SO4 porous gel electrolytes. Journal of Power Sources, 266, 488–495. Finello, D. (1992). 5151848. United State of America. Gaaz, T. S., Sulong, A. B., Akhtar, M. N., Kadhum, A. A. H., Mohamad, A. B., Al-Amiery, A. A., & McPhee, D. J. (2015). Properties and applications of polyvinyl alcohol, halloysite nanotubes and their nanocomposites. Molecules. Ganesh, V., Pitchumani, S., & Lakshminarayanan, V. (2006). New symmetric and asymmetric supercapacitors based on high surface area porous nickel and activated carbon. Journal of Power Sources, 158(2 SPEC. ISS.), 1523–1532. Halper, M., & Ellenbogen, J. (2006). Supercapacitors: A brief overview. Report No. MP 05W0000272, The …, (March), Report No. MP 05W0000272, 1-29. Hermansyah Aziz, O. N. (2017). Performance Karbon Aktif dari Limbah Cangkang Kelapa Sawit sebagai Bahan Elektroda Superkapasitor. Jurnal Zarah, Vol. 5 No. 2, 1-6 IAEA. (2014). Gamma Irradiators for Radiation Processing.

Vienna:

International Atomic Energy Agency. Jayalakshmi, M., & Balasubramanian, K. (2008). Simple capacitors to supercapacitors-an overview. Int. J. Electrochem. Sci, 3, 1196–1217. Juhaniswari, Y. (2016). Efek Ukuran Bulir Terhadap Kapasitansi Superkapasitor Dengan Elektroda Dari Komposit Ekstrak Pasir Besi Dan Arang Aktif Dari Kulit Biji Mte. Kendari. Jundy, A. (2016). Pembuatan Dan Karakterisasi Material Komposit Polianilin Graphene Selulosa Sebagai Elektrode Superkapasitor. Yogyakarta: Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir. Kang, S., Xie, H., Zhai, W., Ma, Z., Wang, R., & Zhang, W. (2015). Enhancing Performance of a Lithium Ion Battery by Optimizing the Surface Properties

of the Current Collector. International Journal of Electrochemicall Science, 10, 2324–2335. Lee, A. S., Lee, J. H., Hong, S. M., Lee, J. C., Hwang, S. S., & Koo, C. M. (2016). Boronic ionogel electrolytes to improve lithium transport for Li-ion batteries. Electrochimica Acta, 215, 36–41. Li, K. B., Shi, D. W., Cai, Z. Y., Zhang, G. L., Huang, Q. A., Liu, D., & Yang, C. P. (2015). Studies on the equivalent serial resistance of carbon supercapacitor. Electrochimica Acta, 174, 596–600. Liu, X., Dai, X., Wei, G., Xi, Y., Pang, M., Izotov, V., … Han, W. (2017). Experimental and theoretical studies of nonlinear dependence of the internal resistance and electrode thickness for high performance supercapacitor. Scientific Reports, 7. Mizumo, T., Watanabe, T., & Ohno, H. (2008). Thermally Stable and Proton Conductive Ionogel Based on Brønsted Acidic Ionic Liquid with the Support of Silicate Network. Polymer Journal, 40(11), 1099–1104. Nur, H. (2001). Direct Synthesis of NaA Zeolite From Rice Husk and Cabonaceous Rice Husk Ash. Indonesian Journal of Agricultural Science, 40-42. Prasetyowati, C. D. (2008). , Pembuatan Tepung Karaginan dari Rumput Laut (Euchema cottonii) Berdasarkan Perbedaan Metode Pengendapan. Jurnal Teknik Kimia no 2, volume 15, 27-29. S.M Choi, W. a.-w. (2011). Synthesis and characterization of graphene -supported metal nanoparticles by impregnation method with heat treatment in H2 atmosphere. Synthetic Metals 161, 2405-2411. Sahay, K., & Dwivedi, B. (2009). Supercapacitors Energy Storage System for Power Quality Improvement : An Overview. Quality, 5, X–XX. Shuwen Kang, H. X.-f. (2015). Enhancing Performance of a Lithium Ion Battery by Optimizing the Surface Properties of the Current Collector. Electrochemical Science, 2326.

Sterner, E. S., Rosol, Z. P., Gross, E. M., & Gross, S. M. (2009). Thermal analysis and ionic conductivity of ionic liquid containing composites with different crosslinkers. Journal of Applied Polymer Science, 114(5), 2963–2970. Sukhlaaied, W.-A. (2013). Synthesis and Properties of Carrageenan Grafted Copolymer with Poly(vinyl alcohol). Elseiver, Carbohydrate Polymer, 677-685. Supranggono. (2013). Pengaruh Penambahan Filler Terhadap Karakteristik Matriks Hidrogel Sebagai Pelepas Pupuk Terkendali. Yogyakarta: STTN BATAN. Swantomo, D. (2014). Pembuatan Hidrogel Biodegradable Selulosa-Akrilamida Menggunakan Radiasi Sebagai Controlled Release Fertilizer. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada. Tsay, K. C., Zhang, L., & Zhang, J. (2012). Effects of electrode layer composition/thickness and electrolyte concentration on both specific capacitance and energy density of supercapacitor. Electrochimica Acta, 60, 428–436. Wardhana, W. (2007). Teknologi nuklir, proteksi radiasi dan aplikasinya. Yogyakarta: Andi. Webster, J. G. (2003). Electrical Measurement Signal Processing and Displays. Washington D.C: CRC Press.

Lampiran 1 Biodata Pengusul/Ketua Peneliti

A. Identitas Diri 1

Nama Lengkap (dengan gelar )

Dr. Deni Swantomo, M.Eng.

2

Jenis Kelamin

L

3

NIP

19820104 200604 1 002

4

NIDN (jika ada)

-

5

Tempat / Tanggal Lahir

Bantul / 4 Januari 1982

6

E-mail

[email protected]

7

Nomor Telepon/HP

0274 484085 / 081328057877

8

Nama Institusi Tempat Kerja

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir (STTNBATAN)

9

Alamat Kantor

Jalan Babarsari PO BOX 6101 YKBB Yogyakarta

10 Nomor Telepon / Faks

0274 484085 / Faks 0274 489715

B. Riwayat Pendidikan DIV

S-2

S-3

Nama Perguruan Tinggi STTN-BATAN

UGM

UGM

Bidang Ilmu

Teknokimia Nuklir

Teknik Kimia

Teknik Kimia

Tahun Masuk Lulus

2001-2005

2007-2009

2010 - 2014

Judul Skripsi/Tesis/Disertasi

Pengaruh Surfaktan dan Medium Gelasi dalam Pembuatan Kernel UO2 dengan Metode Gelasi

Pengolahan Limbah Fenol dengan Metode Oksidasi Lanjutan menggunakan Mesin Berkas Elektron-

Pembuatan Hidrogel Biodegradable Selulosa-akrilamida Menggunakan Radiasi Sebagai Controlled Release

Nama Pembimbing/Promotor

Internal

Hidrogen Peroksida

Fertilizer

Ir. Bangun Wasito, M.Sc.

Prof. Ir. Wahyudi Budi Sediawan, Ph.D.

Prof. Ir. Rochmadi, Ph.D.

C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun terakhir (Bukan Skripsi, Tesis, dan Desertasi) No Tahun

Judul Penelitian

Pendanaan Sumber*

Jumlah (Juta Rp)

1

2012

Synthesis of Controlled Release Fertilizer Based on Smart Biodegradable Hydrogel Cellulose-Vinyl Acetate Using Radiation (Principle Researcher)

Indonesia Toray Science Foundation

35

1

2013

Pembuatan Matrik Controlled Release Fertilizer Berbasis Smart Hidrogel Biodegradable Kitosan-Akrilamida menggunakan radiasi gamma (Anggota Peneliti)

Sinas 2013

200

2

2014

Pengembangan Desain Produk Controlled Release Fertikizer dan Soil Conditioning Berbasis Matrik Hidrogel KitosanAkrilamida Dan Implementasinya Untuk Peningkatan Produktifitas Tanaman Padi (Anggota Peneliti)

Sinas 2014

200

3

2015

Optimasi Aplikasi Produk Controlled Release Fertilizer

Sinas 2015

230

dan Soil Conditioning Berbasis Matrik Hidrogel KitosanAkrilamida untuk Peningkatan Produktifitas Tanaman Pangan Padi Varietas Sidenuk (Anggota Peneliti) 4

2016

Pembuatan Superkapasitor Hybrid Double Network Polianilin-Selulosa-Graphene dengan Doping Logam Tanah Jarang Lantanum menggunakan radiasi Gamma (Peneliti Utama)

Sinas 2016

155

5

2017

Pengembangan Elektrolit Padat Ionogel Hybrid KaragenanPolivinil Alkohol-Silika Dengan Irradiasi Gamma Untuk Peningkatan Kinerja Superkapasitor Hybrid Sebagai Penyimpan Energi Pembangkit Listrik Baru Terbarukan

Sinas 2017

231

* Tuliskan sumber pendanaan baik dari skema penelitian Kemenristekdikti maupun dari sumber lainnya. Publikasi Arikel Ilmiah Dalam Jurnal dalam 5 Tahun Terakhir No Judul Artikel Ilmiah

Nama Jurnal

Volume/Nomor/Tahun

1

Synthesis and Characterization of Graft Copolymer Rice Straw Cellulose-Acrylamide Hydrogels Using Gamma Irradiation

Journal Atom Indonesia

Vol. 39 No. 2 (2013)

2

Effect of Deacetylation on Characterization of pH Stimulus Responsive ChitosanAcrylamide Hydrogels Using Radiation

Advanced Material Research

Vol 896 (2014)

3

Synthesis of Smart Advanced Biodegradable Hydrogels Material Cellulose-Acrylamide Using Research Radiation as Controlled Release Fertilizers

Vol 896 (2014)

4

Effect of Silica Fillers on Indonesian Characterization of CelluloseJournal of Acrylamide Hydrogels Matrices Chemistry as Controlled Release Fertilizers

Vol 14 No 2 (2014)

5

Preparation of Microcrystalline Cellulose from Waste Cotton Fabrics Using Gamma Irradiation

Vol 21. Issue 2 (2017)

Engineering Journal

D. Pemakalah Seminar Ilmiah ( Oral Presentation) dalam 5 Tahun Terakhir No Nama Pertemuan Ilmiah/seminar 1

The 1st International Conference on Materials Engineering ( ICME and the 3 rd AUN / SEED – Net Regional Conference on Materials (RCM)

Judul Artikel Ilmiah

Waktu dan Tempat

The effect of NaA zeolite on characteristics of polyacrylamide – NaA zeolite Pervaporation Membrane

2-3 Febuari 2011 Yogyakarta

E. Karya Buku dalam 5 Tahun Terakhir F. Perolehan HKI dalam 10 tahun terakhir G. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya dalam 10 Tahun Terakhir

H. Penghargaan dalam 10 Tahun Terakhir ( Dari pemerintah, asosiasi atau institusi lainnnya) Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan Penugasan Program Insinas Riset Pratama Individu. . Yogyakarta, 28 November 2017 Ketua Pengusul

( Dr. Deni Swantomo, M.Eng. )

Lampiran 2. Biodata Anggota Peneliti

Nama

: Annisa

NIM

: 011400368

Tempat Tanggal Lahir

: Putussibau, 18 Maret 1996

Jurusan

: Teknokimia Nuklir

Semester

: VIII

Kontak Hp

: 081528648196

Email

: [email protected]

Riwayat Pendidikan

: SDN 07 Putussibau Utara MTSN 1 Putussibau Utara SMAN 1 Putussibau Utara D3 Teknokimia Nuklir

Lampiran 3. Anggaran Biaya Penelitian Rekapitulasi biaya yang diusulkan: N Uraian o 1. Bahan Habis Pakai 2. Peralatan (diusulkan di tahun ke-2) 3. Perjalanan Dinas 4 Jasa karakterisasi, jasa analisis, jasa proof reading untuk jurnal internasional Total

Jumlah (Rp) Rp17.594.000,00 Rp 0,00 Rp3.000.000,00 Rp3.000.000,00

Rp. 23.594.000,00

1. Bahan Habis Pakai: N Bahan o

Volume/ukur an

1.

Plat alumunium

(1x2) m2

Rp300.000,00

Rp300.000,00

2. 3. 4. 5. 6.

Aquades Grafit Kalium Permangant Natrium Nitrat Asam Sulfat Hydrogen peroksida 30% Polivinil Alkohol Karagenan Bubuk silika CMC Binder PVDF Silver glue Ion 1-Butyl2,3,dimethylimidazoliu m hexafluorophosphate

500 L 1 Kg 300 g 100 g 2L

Rp2.000,00 Rp50.000,00 Rp13.000,00 Rp5.000,00 Rp4.000.000,00

Rp1.000.000,00 Rp50.000,00 Rp3.900.000,00 Rp500.000,00 Rp8.000.000,00

2L

Rp.42.000,00

Rp84.000,00

100 g 500 g 350 g 1 Kg 500 g 20 g

Rp6.000,00 Rp150,00 Rp30.000,00 Rp90.000,00 Rp.650 Rp7.000,00

Rp600.000,00 Rp75.000,00 Rp30.000,00 Rp90.000,00 Rp325.000,00 Rp140.000,00

5g

Rp2.500.000,00

Rp2.500.000,00

7. 8. 9. 10 11 12 13 14

Jumlah Biaya

Biaya Satuan (Rp)

Biaya (Rp)

Rp17.594.000,00

2. Peralatan: N Jenis o 1.

Volume

Biaya Satuan (Rp)

Jumlah Biaya 3. Perjalanan: N Tujuan o BATAN Serpong, 1. Jakarta

Biaya (Rp)

Rp0,00

Volume 2 tiket

Biaya Satuan (Rp)

Biaya (Rp)

Rp1.500.000,00

Rp 3.000.000,00

Biaya Satuan (Rp)

Biaya (Rp)

Rp 3.000.000,00

Rp 3.000.000,00

Jumlah

4. Lain-lain: N o 1.

Uraian Kegiatan Publikasi Jurnal Internasional

2. Jumlah

Volume 1