## PENGARUH PENAMBAHAN KARBON AKTIF DARI TANAH GAMBUT
TERHADAP KAPASITANSI ELEKTRODA SUPERKAPASITOR BERBAHAN DASAR KARBON AKTIF CANGKANG KELAPA SAWIT

## THE EFFECT OF ADDITION OF ACTIVATED CARBONS FROM PEAT ON PERFORMANCE OF SUPERKAPASITOR BASE OF ACTIVATED CARBON OF PALM KERNEL SHELL
Olly Norita Tetra 1 *, Hermansyah Aziz 1 , Syukri 2 , Bustanul Arifn 3 , Asih Novia 1
1 Laboratorium Elektro/Fotokimia Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Andalas Padang 25163
2 Laboratorium Kimia Material Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Andalas Padang 25163
3 Laboratorium Kimia Organik Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Andalas Padang 25163
*e-mail korespondensi: olly512@yahoo.com

## Abstrak
Pengaruh  penambahan  karbon aktif tanah  gambut terhadap  kinerja superkapasitor berbahan dasar cangkang kelapa sawit telah dipelajari. Karbon aktif dari tanah gambut  dibuat dengan  menambahkan KOH 10 M dan dilakukan  perendaman  pada  perbandingan  massa  1  :  4  antara  karbon  dengan  KOH.  Karbon  aktif  yang dihasilkan dikarakterisasi dengan XRD (X-Ray Difraksi), SEM-EDX (Scanning Elektron Microscopy-Energi Dispersive  X  -  Ray),  dan  FTIR  (Fourier  Transform  infrared  Spektroscopy).  Penambahan  karbon  aktif    dari tanah  gambut  memberikan  nilai  kapasitansi  meningkat  menjadi  8063  kali  lebih  besar  pada  perbandingan masaa 1: 2 dengan luas luas pelat  elektroda 3x3 cm 2 , konsentrasi elektrolit H 3 PO 4 0,3 N dan waktu pengisian 15  menit.  Pencampuran Karbon aktif dari  tanah  gambut dan cangkang kelapa sawit  memiliki  kinerja  yang baik sebagai bahan elektroda superkapasitor.
Kata kunci: karbon aktif, cangkang kelapa sawit, tanah gambut, superkapasitor, kapasitansi

## Abstract
The effect of the additions activated carbon of peat soils on the performance of superkapasitor based of palm kernel shell has been studied. Activated carbon from peat soil is done by adding KOH 10 M and soaking at mass ratio of 1: 4 between carbon and KOH. The resulting activated carbon is characterized by XRD (X-Ray Diffraction),  SEM-EDX  (Scanning  Electron  Microscopy-Energy  Dispersive  X-Ray),  and  FTIR  (Fourier Transform  Infrared  Spectroscopy).  The  addition  of  activated  carbon  from  peat  soil  gives  the  capacitance value increased to 8063 times at 1: 2  mass ratio with the plat area were of 3x3 cm 2 , electrolyte concentration of H 3 PO 4 0,3 N and charging time 15 minutes. Mixing Activated carbon from peat soil and palm kernel shells has a good performance as a supercapacitor electrode material.
Keywords : activated carbon, palm kernel shell, peat soils, supercapacitor, capacitance

## PENDAHULUAN
Superkapasitor  atau  yang  dikenal  sebagai kapasitor elektrokimia (EDLC, Electro- chemically  double-layer  Capacitors )  adalah lapisan  rangkap  listrik  berupa  elektroda  yang dipisahkan oleh separator (Boyea, 2007). Bahan dasar  elektroda  yang  biasa  digunakan  untuk superkapasitor  adalah  karbon  aerogel (Nianping
dkk,  2013),  nanokomposit  (Memoria,  2013), logam  oksida  (Ferreira  dkk,  2014),  dan  polimer konduktif  (Memoria,  2014).  Namun  kelangkaan dan  mahalnya  bahan  tersebut  menjadi  faktor kendala  dalam  pembuatannya.  Oleh  sebab  itu, dicari  bahan  dasar  elektroda  yang  berasal  dari bahan  alam  untuk  mengurangi  limbah  supaya berbasis green chemistry.
48 | Jurnal Zarah , Vol. 6 No. 2 (2018)
Pemakaian  karbon  yang  merupakan material  berpori  sebagai  elektroda  telah  banyak dimodifikasi  untuk  meningkatkan  nilai  kapasi- tansinya.  Berbagai  penelitian  telah  dilaporkan dengan memanfaatkan karbon  dari  bahan alam sebagai bahan elektroda, seperti limbah cangkang kelapa sawit (Hermansyah, 2016), biji karet (Olly dkk, 2015),  sekam padi (Zhang dkk, 2017)  dan  daun  teh  (Chao  dkk,  2013).  Selain dari  karbon  aktif  dilaporkan  juga  penggunaan membran  keramik  modifikasi    dengan  TiO 2 sebagai bahan elektroda (Olly dkk, 2016).
Berdasarkan  penelitian  dari  Chao  Peng dkk  (2013)  dilaporkan  bahwa  penambahan karbon  aktif  dengan  karbon  aktif  lain  yang berbeda sumber biomassanya akan
meningkatkan  kemampuan  dari  superkapasitor dalam menyimpan muatan. Peranan perbandingan  antara  struktur  mesopori  dan mikropori akan memberikan peningkatan kapasitansi dari suatu elektroda (Chen-Hao dkk, 2016)  Pemanfaatan  karbon  aktif  dari  limbah cangkang  sawit  telah  pernah  diteliti  sifat-sifat listriknya  dan  menghasilkan  nilai  kapasitansi sebesar 41,21µF (Hermansyah dkk, 2016).  Nilai kapasitansi  ini  masih  rendah,  maka  perlu dilakukan  penelitian  pencampuran    karbon  aktif dari  cangkang  sawit  dan  tanah  gambut  yang berfungsi sebagai bahan elektroda superkapasitor yang diharapkan dapat meningkatkan kinerja dari superkapasitor.

## METODE PENELITIAN

## Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Furnace  (Merck),  hot  plate  (IKA’  C-MAG  HS 4),  LCR-Meter  (SANWA  LCR700),  XRD (PIXcel1D),  SEM-  EDX  (S-3400N),  FTIR (Shimadzu  8400),  pH  meter,  ayakan  45µm, peralatan gelas, lem fox, penjepit kertas, charger Handphone  Nokia  (6,54  V)  bahan-bahan  yang digunakan  dalam  penelitian  ini  yaitu  sampel tanah  gambut  (diambil  di  Kambang  Kabupaten Pesisir  Selatan  Sumatera  Barat),  cangkang kelapa  sawit  (diambil  dari  PT.  AMP  Plantation di  Kabupaten  Agam  Sumatera  Barat),  larutan H 3 PO 4 (Merck),  KOH  (Merck),  PVA,  HCl, kertas batang padi dan akuades.
Preparasi  karbon  aktif  cangkang  kelapa sawit dan tanah gambut
Cangkang  kelapa  sawit  dan  tanah  gambut masing-masing  dikarbonisasi  pada  suhu  400ᵒC selama  4  jam  kemudian  dihaluskan  dan  diayak dengan menggunakan ayakan berukuran 45 μm.

## Proses aktivasi
Masing-masing  karbon  aktif  dari  tanah  gambut dan cangkang kelapa sawit dilakukan perendaman  dengan  KOH  10  M  menggunakan perbandingan  masa  karbon  dan  KOH  1:4  dan didiamkan  selama  4  jam.  Karbon  aktif difurnance  pada  suhu  400ᵒC  selama  4  jam. Selanjutnya dilakukan pencucian dengan menambahkan  HCl  0,1  M  sampai  pH  7,  dan dilanjutkan  pencucian  dengan  akuades.  Karbon aktif  yang  dihasilkan,  dipanaskan  pada  suhu  ± 105ᵒC (Chaitra dkk, 2016) (Hartono, Singgih & Ratnawati, 2010).

## Karakterisasi  karbon   aktif  cangkang  kelapa sawit dan tanah gambut
Karbon  aktif  cangkang  kelapa  sawit  dan  tanah gambut  dikarakterisasi  dengan  menggunakan XRay  Diffraction (XRD), Scanning  Electron Microscopy-Energy Dispersive X-Ray (SEM- EDX),  dan  FTIR  ( Fourier  Transform  Infrared Spektroscopy ).
Pembuatan elektrolit hidrogel polimer sebagai separator
1  gram  PVA  dilarutkan  dengan  10  mL  larutan H 3 PO 4 dengan  konsentrasi  0,3  N.  Campuran tersebut  dipanaskan  pada  suhu  45 ° C  sampai homogen  dan  siap  untuk  dijadikan  sebagai separator.

## Pembuatan plat elektroda superkapasitor
Kertas  batang  padi  dipotong  dengan  ukuran 3  x 3  cm2  sebanyak  2  buah  untuk  masing-masing ukuran.  Kertas  batang  padi  tersebut  ditimbang dan  dicatat  massanya.  Masing-masing  kertas batang  padi  dilapisi  dengan  campuran  karbon aktif  dari  cangkang  kelapa  sawit  dan  tanah gambut  dengan  variasi  perbandingan  massa antara  karbon  aktif  cangkang  kelapa  sawit  dan tanah  gambut  (0:1,  1:0,  1:1,  1:2,  1:3,  2:1)  yang dijadikan sebagai elektroda.

## Perakitan superkapasitor
Rangkaian  superkapasitor  plat  disusun  seperti Gambar  1.  Masing-masing  kertas  batang  padi dilapisi  dengan  karbon  aktif  cangkang  kelapa sawit  yang  dijadikan  sebagai  elektroda.  Kedua elektroda  disusun  seperti  sandwich  yang dipisahkan  oleh  separator  PVA  (Polivinil Alkohol)  di  bagian  tengahnya.  Kedua  plat elektroda  diapit  lempengan  tembaga  dan  diapit oleh kaca.
Gambar 1. Rangkaian Superkapasitor Metoda

## Plat / Sandwich
Pengukuran  sifat  listrik  dari  rangkaian superkapasitor
Pengukuran  sifat  listrik  dilakukan  dengan menggunakan  LCR-Meter  untuk  mendapatkan nilai kapasitansi, Induktansi, dan Resistansi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi karbon aktif a. X-Ray Diffraction (XRD)
Pola  XRD  pada  tanah  gambut  menunjukkan puncak  difraksi  yang  lebar  pada  2θ  =  25 ° dan 42 ° menandakan  bahwa  karbon  aktif  tanah gambut  bersifat  amorf,  karena  struktur  kristal biasanya  memiliki  banyak  puncak  yang  energi yang tajam dan sempit sedangkan pada Gambar 2 tidak menunjukkan ciri-ciri tersebut (Guo dkk, 2007).
Gambar 2. Pola difraksi karbon aktif tanah gambut dengan suhu pembakaran 400ᵒC selama 4 jam
Pola  yang  sama  juga  telah  dilaporkan  untuk karbon aktif tanah gambut yaitu puncak difraksi terletak pada 2θ yang berkisar pada 24ᵒ-26ᵒ dan 44 ° (Tumirah  dkk,  2015).  Sehingga  dapat dikatakan  bahwa  struktur  tersebut  adalah karbon. Berdasarkan hasil ini maka karbon aktif dari  tanah  gambut  dapat  digunakan  sebagai bahan elektroda pada superkapasitor.
Pola  yang  sama  untuk  karbon  aktif  dari cangkang  kelapa  sawit  juga  dilaporkan  pada jurnal Hermansyah aziz dkk (2016) seperti pada Gambar 3.
Gambar 3. Pola difraksi karbon aktif tanah gambut dengan suhu pembakaran 400ᵒC selama 4 jam

## b. Fourier  Transform  Infrared  Spectroscopy (FTIR)
Gugus  fungsi  pada  permukaan  karbon  aktif dipelajari  menggunakan  FTIR.  Hasil  uji  FTIR tanah  gambut  didapatkan  spektrum  seperti  pada Gambar 4.
A.

## B.

## Gambar 4. Spektrum FTIR (a) karbon tanah gambut (b) cangkang kelapa sawit
Gambar  4  (a)  dan  (b)  pada  semua  spektrum menunjukkan  adanya  serapan  pada  angka gelombang  3350,78  cm -1 yang  merupakan daerah  pita  serapan  dari  gugus  O-H streching dari  asam  karboksilat,  daerah  2162,57  cm -1 merupakan  daerah  pita  serapan  gugus  C=C
in ten sitas Posisi 2θ Posisi 2θ in ten sitas
50 | Jurnal Zarah , Vol. 6 No. 2 (2018)
streching, daerah  1672,16  cm -1 merupakan daerah  pita  serapan  gugus  C=C  streching senyawa aromatis, daerah 687,99 cm -1 merupakan  daerah  pita  serapan  ikatan  =C-H. Banyaknya gugus fungsi pada karbon aktif tanah gambut  dan  cangkang  kelapa  sawit  berperan dalam  pembentukan  lapis  rangkanp  listrik  pada permukaan elektroda. Gugus fungsi yang hampir sama juga dilaporkan oleh Wan Azlina dkk.

## c. Scanning Electron Microscopy (SEM)
Analisis SEM digunakan untuk melihat morfologi, homogenitas dan ukuran pori partikel dari  karbon  yang  berasal  dari  cangkang  kelapa sawit dan tanah gambut.
A.

## B.
Gambar  5.  Hasil  karakterisasi  SEM  dengan perbesaran  3000  kali  pada  (a)  karbon  aktif  tanah gambut dan (b) karbon aktif cangkang kelapa
Pada  Gambar  5(A)  dapat  dilihat  bahwa morfologi  permukaan  karbon  aktif  cangkang kelapa  sawit  menunjukkan  ukuran  volume  pori lebih  besar  dan  distribusi  ukuran  pori  lebih merata, dibandingkan dengan karbon aktif tanah gambut yang ukuran volume porinya lebih kecil (Gambar  5B).  menurut  Chen-hao  dkk  (2016) distribusi  mesopori  dan  mikropori  dapat meningkatkan  nilai  kapasitansi.  Permukaan kedua  karbon  aktif  berbentuk  lubang-lubang
yang  didapatkan  selama  aktivasi  berguna  untuk adsorbsi ion dan menyimpan muatan.

## d. Energy Dispersive X-Ray (EDX)
Analisis  EDX  terhadap  karbon  aktif  dari  tanah gambut  menunjukkan  komposisi  material  yang terdapat pada karbon aktif tersebut.
Tabel  1  Komposisi  unsur  karbon  dari  cangkang kelapa sawit dan tanah gambut
Unsur Berat (%) Cangkang kelapa sawit Tanah gambut C 72,36 32,71 O 20,39 41,95 Si 0,26 15,32 K 6,99 10,02
Berdasarkan  Tabel  1  komposisi  unsur  karbon pada  karbon  aktif  cangkang  kelapa  sawit (72,36%)  memiliki  persentase  yang  lebih  tinggi dibandingkan  karbon  aktif  tanah  gambut (32,71%).  Adanya  perpaduan  Karbon  aktif  ini memberikan  kemampuan  optimal  dari  karbon aktif  dalam  pembentukkan  lapis  rangkap  listrik dipermukaan elektroda, sehingga akan memberikan nilai kapasitansi yang lebih tinggi. Penelitian yang sama dilaporkan untuk pencampuran  antara  karbon  aktif  dari  daun  teh dengan  karbon  aktif  daun  teh  jenis  lainnya memberikan  nilai  kapasitansi  yang  lebih  besar (Chao dkk, 2013).
Pengaruh  penambahan  karbon  aktif  tanah gambut  terhadap  karbon  aktif  cangkang kelapa sawit
Pengaruh  penambahan  karbon  aktif  tanah gambut  terhadap  karbon  aktif  cangkang  sawit dengan  perbandingan  massa  sebanyak  1:0,  1:1, 1:2,  1:3.  Gambar  6  menunjukkan  Nilai kapasitansi  dari  karbon  aktif  cangkang  kelapa sawit  sekitar  12,6976  µF.  pada  saat  ditambah karbon  aktif  tanah  gambut  nilai  kapasitansinya semakin  meningkat  pada  perbandingan  1:2 sekitar 1020,4 µF dan menurun pada perbandingan  1:3  sekitar  723,233  µF.  Hal  ini disebabkan pencampuran struktur mesopori dari karbon aktif cangkang kelapa sawit dan struktur mikropori  dari  karbon  aktif  tanah  gambut, dimana  ukuran  mesopori  berperan  sebagai penyimpan muatan sedangkan ukuran mikropori
berperan  sebagai  menyebar  muatan.  Adanya variasi ukuran partikel maka nilai kapasitansinya lebih besar (Chen-Hao dkk, 2016).
Gambar 6.  Pengaruh penambahan karbon aktif tanah gambut terhadap karbon aktif cangkang  kelapa sawit terhadap nilai kapaitansi elektroda
Pengaruh penambahan karbon aktif cangkang kelapa sawit terhadap karbon aktif tanah gambut
Pengaruh  penambahan  karbon  aktif  cangkang kelapa sawit terhadap karbon aktif tanah gambut dengan  perbandingan  massa  sebanyak  1:0,  1:1, 1:2.  Gambar  7  menunjukkan  Semakin  banyak cangkang  sawit  yang  ditambahkan  maka  nilai kapasitansi  yang  didapatkan  semakin  kecil.  Hal ini  disebabkan  karena  tidak  diimbanginya persentase  antara  karbon  cangkang  sawit  dan tanah gambut yang didukung dengan hasil EDX sehingga  penambahan  karbon  aktif  cangkang kelapa  sawit  yang  banyak  tidak  optimal membantu  naiknya  nilai  kapasitansi  dari superkapasitor.
Gambar 7. Pengaruh penambahan karbon aktif cangkang  kelapa sawit pada karbon aktif tanah gambut terhadap nilai kapasitansi elektroda

## KESIMPULAN
Karbon  aktif  dari  pencampuran  tanah  gambut dengan  karbon  aktif  cangkang  kelapa  sawit memiliki  performance  yang  baik  sebagai  bahan elektroda superkapasitor pada perbandingan 1:2. Dimana  terjadi  peningkatan  kapasitansi  dari elektroda superkapasitor sebesar 8036 kali lebih besar.  Hal  ini  dikarenakan  pencampuran  dari struktur  mesopori  dan  mikropori  berdasarkan pada  karaktersisasi  XRD  yang  menyatakan karbon  cangkang  kelapa  sawit  adalah  amorf berada  pada  2θ  yaitu  berkisar  25o  dan  42o  dan hasil  EDX  didapatkan  bahwa  persentase  karbon aktif  cangkang  kelapa  sawit  72,36%  sedangkan tanah gambut sekitar 32,71%.

## DAFTAR RUJUKAN
Boyea, J.M; R.E. Camacho; S. P. Turano; W. J. Ready.  (2007).  Carbon  Nanotube-Based Supercapacitors:  Technologies  and  Markets. Nanotechnology Law &Business, 585 -593.
Chao, P., Xing-bin, Y., Ru-tao, W., Jun-wei, L.,
Yu-jing,  O.,  Qun-ji,  X.,  (2013).  Promising Actived  Carbons  Derived  From  Waste  Tea- Leaves  And  Their  Application  In  High Performance Supercapacitors Electrodes. Electrochimica Acta , 401-408. Chaitra, K. Vinny, R. T. Sivaraman, P. Narendra Reddy.  Chunyan,  Hu.  Krishna,  Venkatesh. Vivek,  C.  S.  Nagaraju,  N.  Kathyayini,  N. (2016). Journal  of  Energy  Chemistry ,  6(28), 1- 7.
Chen-Hao,  Wang,  Wei-Chen,  Hsin-cheng,  Hsu.
Bing-Yuan,  Yao.  (2016).  High  Capacitance KOH  Activated  Nitrogen-Containing  Porous Carbon  Material From Waste Coffee Grounds In Supercapacitor. Advanced Powder Technology , 1387-1395. Ferreira,  C.S,  Passos,  R.R.  Pocrifka,  L.A.
(2014).  Synthesis  and  Properties  of  Ternary Mixture  of  Nikel/Cobalt/Tin  Oxides  for Supercapacitor. Power  Sources,  271, 104- 107.
Guo,  Yanping,  David  A.  Rockstraw.  (2007).
Activated  Carbons  Prepared  From  Rice  Hull By  One-Step  Phosphoric  Acid  Activation. Microporous and Mesoporous Materials ,12– 19.
Hartono, Singgih, Ratnawati. (2010). Pembuatan Karbon  Aktif  dari  Tempurung  Kelapa  Sawit dengan Metode Aktivasi Kimia. Jurnal Sains Materi Indonesia, 12 (1), 12-16.
Hermansyah,  Aziz,  Olly,  N.  T.  Admin,  A.
Wahyu,  R.  (2016).  Electrical  Properties  Of Supercapasitor Electrode Based On Activated
52 | Jurnal Zarah , Vol. 6 No. 2 (2018)
Carbon From Waste Palm Kernel Shells. Der Pharma Chemica, 8, (15), 227-232.
Olly,  N.T.  Admin,  A.  Gesti,  U.  (2015).
Pemanfaatan  Limbah  Tempurung  Biji  Karet Sebagai  Bahan  Elektroda  Superkapasitor. Laporan Penelitian Dosen Muda, Universitas Andalas.
Olly,  N.T,  Hermansyah,  A,  Emriadi.  (2016). Performance  of  TiO 2 -Carbon  on  Ceramic Template with Sodium Hydroxide Activation as  Supercapasitors  Electrode  Materials. Der Pharma Chemica, 8 (17), 26-30. Memori, R. Fery, I. Mikrajuddin, A. Khairurrijal. (2013) Synthesys and Characterization  of  Supercapacitor  Using Nano-sized ZnO/Nanoporous Carbon Electrodes and PVA-based Polymer- Hydrogel  Electrolytes. Materials  Science
Forum, 737, 191-196.
Memori, R. Fery, I. Mikrajuddin, A.
Khairurrijal. (2014). Hydrogel-Polymer
Electrolytes Based on Polyvinyl Alcohol and Hydroxyethylcellulose  for  Supercapacitor Applications. Electrochemical  Science,  9, 4251-4256.
Soon,  H.K.  Eunji,  L.  Bum,  S.K.  Sang,  G.K. Byung,  J.L,  Myung,  S.K.  Ji,  C.J.  (2014).
Activated  Carbon  Aerogel  as  Electrode Material  for  Coin-Type  EDLC  Cell  in Organic Electrolyte. Current Applied Physics, 14, 603-607.
Tumirah,  Khadiran,  Mohd,  Zobir  Huseein.
Zulkarnain,  Zainal.  Rafeadah,  Rusli.  (2015). Textural and Chemical Properties of Activated  Carbon  Prepared  from  Tropical Peat  Soil  by  Chemical  Activation  method. BioResources, 10 (1), 986- 1007. Yacob, A. R. Majid, Z. A, Dewi, R. S. Inderan. (2008).  Comparison  of  Various  Source  of High  Surface  Area  Carbon  Prepared  by Different Type of Activation. The Malaysian Journal  of  Analytical  Sciences.  12  (1), 264- 271.
Zhang, Wenli, Nan, Lin. Debo, Liu, Jinhui, Xu. Jinxin, Sha. Jian, Yin, Xiaobo, Tan. Huiping,
Y.  Haiyan,  L.  Haibo,  Lin.  (2007).  Direct Carbonization  Of  Rice  Husk  To  Prepare Porous Carbon For Supercapacitor Applications. Energy, 128, 618-625.