Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (2): 25 - 31 DOI: 10.24252/jft.v8i2.22164

## ANALISIS PENGARUH PENAMBAHAN VOLUME DAN LAMA FERMENTASI  TERHADAP  KELISTRIKAN  BIOBATERAI  SARI  BUAH NENAS (ANANAS COMOSUS)
Masthura, Nadilla Putri, dan Abdul Halim Daulay
Prodi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Sumatera Utara Medan
Email: nadillaputri27@gmail.com

## 1. PENDAHULUAN
Penggunaan  energi  listrik  semakin  meningkat  namun  tidak  seimbang  dengan  jumlah ketersediaan  energi  fosil.  Pertumbuhan  ekonomi  dan  peningkatan  jumlah  penduduk  menjadi pemicu  tingginya  angka  konsumsi  listrik.  Oleh  karena  itu,  sejumlah  penelitian  mengarahkan masyarakat agar beralih kepada penggunaan energi alternatif. Energi alternatif dapat diperoleh dari makhluk hidup seperti tumbuhan. Buah yang memiliki sifat asam dapat dijadikan larutan elektrolit pada  biobaterai.  Dengan  demikian,  biobaterai  dapat  dikembangkan  dengan  maksimal  untuk mengatasi permasalahan krisis energi.
Salah  satu  buah  yang  mengadung  asam  adalah  nenas.  Menurut  Djamalu  (2019),  nenas memiliki kandungan  asam  sitrat  (C 6 H 8 O 7 ) sebesar 78%.  Asam  sitrat  termasuk larutan  elektrolit yang dapat dimanfaatkan sebagai energi listrik. Dua elektroda yang dihubungkan dengan larutan

## JURNAL FISIKA DAN TERAPANNYA
p-ISSN: 2302-1497, e-ISSN: 2715-2774 http://journal.uin-alauddin.ac.id/index.php/jft

## ABSTRACT
The purpose of this research to analyze the effect of increasing the volume and fermentation time on the bio-battery electricity of pineapple juice. Bio- battery prototype design with acrylic size 12x5x7 consisting of 6 pair of Cu- Zn electrodes. The volume of solution used was 150 ml, 200 ml, and 250 ml. The pineapple juice solution was fermented for 3 days, 5 days, 7 days, 9 days, and  11  days.  A  pH  meter  is  used  to  measure  the  acidity  of  the  solution. Electrical measurements such as electric current and  voltage with a digital multimeter.  When  the  solution  is  fermented  for  11  days,  the  maximum electrical  value  is  obtained  with  a  volume  of  200  ml  which  was  4,84V; 14,58mA; and 70,57mW. In this study, increasing the volume of the solution did not have much effect on the electrical voltage. Pineapple juice bio-battery is used to turn on the red LED for 2 hours with a voltage drop of 0,01-0,04V. After reaction, the Copper was thickened due to the oxidation with the Zinc.

## INFO ARTIKEL
Status Artikel: Diterima: 16 September 2021 Disetujui: 31 Desember 2021
Tersedia Online: 31 Desember 2021
Keywords: Electrical current, biobattery, fermentation, pineaple juice, and electrical voltage.
elektrolit  menghasilkan  potensial  listrik  antar  elektroda  yang  menyebabkan  arus  listrik  bisa mengalir.
Pada sel elektrokimia terdapat dua reaksi kimia yang berlangsung. Katoda yang bermuatan positif  merupakan  tempat  berlangsungnya  reaksi  reduksi.  Pada  reaksi  tersebut  terjadi  peristiwa penangkapan  elektron  oleh  logam  tembaga.  Anoda  yang  bermuatan  negatif  merupakan  tempat berlangsungnya  reaksi  oksidasi.  Pada  reaksi  tersebut  terjadi  peristiwa  pelepasan  elektron  oleh logam  seng.  Persamaan  reaksi  pada  elektroda  Cu  dan  Zn  dituliskan  sebagai  berikut  (Kamilah, 2020).
Cu 2+ + 2e -  Cu E = + 0,34 volt Zn  Zn 2+ + 2e - E = - 0,76 volt
Besarnya potensial  elektroda antara Cu dan  Zn dari persamaan di  atas  adalah sebesar 1,1 Volt. Potensial elektroda Cu-Zn yang diperoleh dari persamaan di atas sebesar 1,1 Volt.
Proses fermentasi adalah proses mengkonversi karbohidrat (glukosa, fruktosa, dan sukrosa) menjadi etanol dan CO 2 . Dengan fermentasi dapat menghasilkan larutan dengan kadar asam yang lebih  tinggi  sehingga  menjadi  lebih  elektrolit  dan  menghasilkan  tegangan  listrik  yang  besar. Konduktivitas  listrik  akan  meningkat  dengan  lama  waktu  fermentasi  karena  jumlah  ion  H+ bertambah dan ion OH- menurun (Setyowati, 2020).
Pada penelitian ini, desain prototipe pada biobaterai menggunakan wadah akrilik berukuran panjang 12cm, lebar 5cm, dan tinggi 7cm terdiri dari enam pasang elektroda tembaga (Cu) dan seng (Zn) yang dirangkai  seri. Setiap sel diberi sekat atau pembatas yang berjarak 2 cm. wadah akrilik tersebut diisi dengan larutan elektrolit dengan volume larutan yang  bervariasi yaitu  150 ml, 200 ml, dan 250 ml dan mengalami proses fermentasi dengan waktu 3 hari, 5 hari, 7 hari, 9 hari,  dan  11  hari.  Diharapkan  hasil  penelitian  ini  mengurangi  krisis  energi  listrik  dengan memaksimalkan pemanfaatan energi alternatif yang ramah lingkungan.

## 2. METODE PENELITIAN
Beberapa  peralatan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  gelas  ukur,  wadah  akrilik, multimeter  digital,  pH  meter,  penggaris,  pisau,  blender,  kabel  penghubung,  saringan,  neraca digital.  Sedangkan  bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  sari  buah  nenas,  plat tembaga, plat seng, ragi, beban berupa LED merah. Biobaterai larutan sari nenas fermentasi dibuat dan  diuji  kelistrikannya  berdasarkan  prosedur  atau  langkah-langkah  seperti  yang  diperlihatkan dalam diagram alir berikut.
Gambar 1. Diagram alir
Prototipe biobaterai larutan sari nenas didesain dengan wadah akrilik yang berukuran panjang 12 cm,  lebar  5  cm  dan  tinggi  7  cm.  Pada  setiap  sel  terdapat  sekat/pembatas  yang  berjarak  2  cm. Elektroda Cu dan Zn dipotong dengan ukuran 4,5cm x 7cm dengan ketebalan yang sama yaitu 0,2 mm.
Gambar 2. Prototipe biobaterai larutan sari nenas Multimeter Digital LED Merah Kabel penghubung Katoda Cu Larutan elektrolit Anoda Zn Wadah Akrilik

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengamatan  yang  diperoleh  dari  penelitian  terkait  biobaterai  larutan  sari  nenas  yang difermentasikan dapat ditulis pada Tabel 1, di bawah ini.

## Tabel 1. Hasil pengukuran nilai kelistrikan biobaterai
Waktu (hari) Derajat Keasaman Volume Larutan (ml) Kelistrikan Tegangan (V) Arus (mA) Daya (mW) 3 3,4 150 4,15 8,08 35,33 200 4,62 13,11 60,57 250 4,58 11,82 54,14 5 3,3 150 3,14 6,57 20,63 200 4,41 13,24 58,39 250 4,23 9,64 40,78 7 3,2 150 3,93 8,02 31,52 200 4,25 7,67 32,60 250 4,53 4,44 20,11 9 3,1 150 4,31 7,82 33,70 200 4,62 9,43 43,57 250 4,79 11,99 57,43 11 3,1 150 4,78 9,65 46,13 200 4,84 14,58 70,57 250 4,76 12,69 60,40
Tabel  1  menunjukkan  nilai  kelistrikan  dari  sampel  biobaterai  sari  nenas.  Semakin  kecil nilai pH maka berbanding terbalik dengan nilai kelistrikannya. Lama fermentasi mempengaruhi keasaman dari larutan.    Dari tabel  di  atas, perubahan nilai  kelistrikan pada setiap sampel  dapat disebabkan oleh elektrolit yang menyusut atau ada sebagian elektroda yang tidak tercelup secara merata dalam larutan (Widyaningsih  & Margana, 2019). Saat larutan sari nenas dalam keadaan segar  atau  tanpa  fermentasi  derajat  keasaman  yang  diperoleh  adalah  pH  sebesar  3,8.  Pada  saat pengujian  tegangan  listrik,  diperoleh  nilai  maksimum  sebesar  4,52  V  dengan  volume  250  ml. Namun, pada saat pengujian kelistrikan pada sampel larutan fermentasi 3 hari, diperoleh  nilai pH sebesar 3,4. Penurunan nilai pH dihasilkan nilai tegangan listrik, arus listrik, dan daya listriknya pada volume 150 ml yaitu sebesar 4,15 V; 8,08 mA; 35,33 mW. Larutan dengan fermentasi selama 11 hari diperoleh nilai  pH sebesar 3,1 di mana nilai tegangan listrik, arus listrik dan daya listrik yang  dihasilkan  adalah  sebesar  4,78  V;  9,65  mA;  46,13  mW,  dan  seterusnya.  Grafik  yang merepresentasikan Tabel 1 di atas adalah sebagai berikut.
Gambar 3. Grafik tegangan listrik terhadap volume larutan
Biobaterai  yang  yang  terdiri  dari  sepasang  elektroda  dihasilkan  nilai  tegangan  listrik sebesar  0,92  V  dan  nilai  arus  listriknya  sebesar  1,839  mA.  Namun,  saat  biobaterai  dengan elektroda Cu dan Zn sebanyak 6 pasang yang dirangkai secara seri maka nilai tegangan listriknya meningkat.  Dengan demikian, semakin banyak jumlah sel  elektroda berpengaruh terhadap  nilai kelistrikannya.
Setiap sampel larutan yang difermentasikan dengan waktu tertentu dihasilkan nilai derajat keasaman (pH) yang bervariasi. Tegangan listrik yang dihasilkan semakin tinggi seiring dengan lamanya waktu fermentasi karena derajat keasaman (pH)  kecil. Hal ini menunjukkan hubungan antara pH   (derajat  keasaman) dengan tegangan  listrik  adalah berbanding terbalik.  Berdasarkan gambar 3, grafik menunjukkan bahwa tegangan listrik maksimum saat larutan difermentasi dengan waktu 11 hari di mana pH sebesar 3,1 adalah sebesar 4,84 V; 14,58 mA; 70,57 mW pada volume 200  ml.  Dalam  penelitian  ini,  bertambahnya  volume  larutan  tidak  terlalu  berpengaruh  terhadap kenaikan tegangan listriknya. Hal ini dikarenakan pencampuran ragi yang kurang merata sehingga menimbulkan endapan di dasar wadah. Dengan adanya endapan tersebut  persebaran ion kurang merata dalam larutan (Putri, 2021).
Selama 2 jam, biobaterai dilakukan uji coba dengan LED merah maka hasil pengukuran menunjukkan penurunan tegangan listrik sebesar 0,01—0,04 V. Dari tabel 1, nilai tegangan listrik dan arus listrik yang kurang stabil diakibatkan oleh interaksi oksigen selama proses pengukuran. Iou hidrogen menjadi terlepas dan mengalami reaksi oksidasi. Kerapatan muatan listrik berkurang dengan  banyaknya  jumlah  oksigen  sehingga  menyebabkan  sulit  untuk  menghantarkan  listrik. Selain itu, reaksi oksidasi ini dapat menyebabkan korosi pada elektroda (Suciyati et al., 2019).
Gambar 4. Grafik arus listrik terhadap volume larutan
3 3,5 4 4,5 5 150 200 250 Vo ltage ( V) Volume of the solution (ml) 3 days 5 days 7 days 9 days 11 days 0 2 4 6 8 10 12 14 150 200 250 El e ctr ic al c u rr e t (m A ) Volume of the solution (ml) 3 days 5 days 7 days 9 days 11 days
Arus listrik diukur dengan pembebanan LED merah. LED merah memiliki Dark current 16,6 µA sedangkan tegangan listriknya sebesar 1,05 Volt. Dark current adalah devais elektronik yang  menunjukkan  besar  arus  listrik  yang  dihasilkan  sesaat  lampu  belum  hidup.  LED  merah mengalami  penyusutan energi  yang paling besar  karena nilai  perkalian  antara dark current dan tegangan listriknya tinggi. Saat dioperasikan, LED merah mempunyai derajat  panas yang tinggi (Djamalu,  2019).  Arus  listrik  yang  mengalir  dalam  rangkaian  mampu  menyalakan  LED  merah selama  2  jam.  Arus  listrik  maksimum  saat  larutan  difermentasikan  dengan  waktu  11  hari  pada volume larutan 200 ml. Selama pembebanan LED merah, penurunan tegangan terus terjadi diikuti arus listriknya.  Penurunan nilai  tegangan listrik  dan arus dikarenakan aktivitas mikroorganisme selama  fermentasi  belum  optimal.  Apabila  aktivitas  mikroorganisme  optimal,  maka  nilai  pH semakin kecil sehingga tegangan listrik dan arus listrik meningkat secara stabil (Yasa et al., 2019).
Gambar 5. Grafik daya listrik terhadap volume larutan
Hubungan antara tegangan listrik dan arus listrik dapat dinyatakan dalam daya listrik. Untuk memperoleh nilai daya listrik dapat digunakan persamaan berikut.
P = V x I di mana,
P = Daya Listrik (Watt) V= Tegangan Listrik (Volt) I= Arus listrik (Ampere)
(Abidin, 2020)
Apabila tegangan listrik dan arus listrik yang dihasilkan semakin besar maka daya listriknya juga  demikian.  Pada  pengujian  daya  listrik,  diperoleh  nilai  maksimum  pada  sampel  biobaterai larutan sari nenas yang difermentasi selama 11 hari dengan volume larutan 200 ml yaitu sebesar 70,57 mW.
Apabila  semakin  besar  derajat  keasaman  maka  larutan  sari  nenas  menjadi  lebih  reaktif dengan elektroda akibatnya setelah reaksi, tembaga mengalami penebalan lempeng sebagai akibat oksidasi  dengan  seng.  Perubahan  massa  pada  Zn  tidak  terlalu  nampak  karena  peneliti menggunakan seng galvalum.
15 25 35 45 55 65 75 150 200 250 El e ctr ic al p o we r (m W) Volume of the solution (ml) 3 days 5  days 7  days 9  days 11 hari

## 4. SIMPULAN
Dari  penelitian  yang  telah  dilakukan,  dapat  disimpulkan  bahwa  tegangan  listrik  semakin besar dengan bertambahnya waktu fermentasi. Saat fermentasi larutan selama 11 hari, diperoleh nilai kelistrikan yang maksimum pada volume 200 ml, di mana derajat keasaman sebesar 3,1 yaitu sebesar 4,84 V; 14,58 mA; dan 70,57 mW. Bertambahnya volume larutan tidak terlalu berpengaruh terhadap  kenaikan  tegangan  listriknya.    Selama  2  jam,  biobaterai  larutan  sari  nenas  digunakan untuk  uji  coba  dengan  LED  merah  disertai  penurunan  tegangan  listrik  sebesar  0,01-0,04  Volt. Setelah reaksi, elektroda Cu menebal karena hasil oksidasi Zn.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Abidin, Muhammad, dkk. 2020. Pembuatan Biobaterai Berbasis Ampas Kelapa dan Tomat Busuk. Jurnal Al- Kimiya, Vol.7, No. 1 (28-34) Djamalu, Ahsanul, dkk. 2019. Analisis Kelistrikan Kulit Nenas (Ananas comosus L. Merr) Dengan Variasi  Waktu  Fermentasi  Sebagai  Larutan  Elektrolit  Sel  Akumulator  (Energi Terbarukan). Makassar. Universitas Negeri Makassar. Kamilah,  Hurin,  dkk.  2020. Pemanfaatan  Buah  Kedondong  Dan  Kulit  Pisang  Ambon  Sebagai Sumber Energi Listrik Alternatif. Jurnal Ilmiah Fakultas Teknik Vol.1, No. 2. Putri,  Nadilla.  2021. Analisis  Kelistrikan  Sari  Buah  Nenas  (Ananas  comosus)  Sebagai  Energi Alternatif  Biobaterai. Skripsi  Fakultas  Sains  dan  Teknologi.  Universitas  Islam  Negeri Sumatera Utara.
Setyowati,  Nunik. 2020. Analisis Kelistrikan Limbah Biomassa Sebagai  Gel  Elektrolit Baterai. Skripsi. Fakultas Sains dan Teknologi. UIN Maulana Malik Ibrahim. Suciyati,  S.  W.,  Asmarani,  S.,  &  Supriyanto,  A.  2019. Analisis  Jeruk  dan  Kulit  Jeruk  sebagai Larutan Elektrolit terhadap Kelistrikan Sel Volta . 7(1), 7-16. Widyaningsih,  W.  P.  &  Margana.  2019. Pembangkit  Listrik  Electron  Power  Inverter  Dengan Memanfaatkan Buah Belimbing Wuluh Dan Kulit Pisang. EKSERGI, 15(1), 20-26 Yasa,  W.  K.,  Sukainah,  A.,  &  Rais,  M.  2019. Pemanfaatan  Berbagai  Limbah  Buah-  Buahan Sebagai Sumber Energi Listrik. Jurnal Pendidikan Teknologi Pertanian, 5, 109-113.