Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
PENGARUH VARIASI SUHU AKTIVASI FISIKA TERHADAP SIFAT FISIS DAN ELEKTROKIMIA ELEKTRODA KARBON SUPERKAPASITOR DARI LIMBAH KULIT PISANG
E. Taer 1,a) , S. D. Hartati 1,b) , Sugianto 1 , R. Taslim 2
1Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau, Jl. HR. Soebrantas KM 12,5 Simpang Baru, Pekanbaru 28293 2Jurusan Teknik Industri Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim, Pekanbaru 28293
Email: a) erman_taer@yahoo.com, b) sitihartati16@yahoo.com

## Abstrak
Pengaruh  variasi  suhu  aktivasi  fisika  terhadap  sifat  fisis  dan  elektrokimia  Elektroda  Karbon Superkapasitor  (EKS)    dari  limbah  kulit  pisang  telah  dianalisa.  Sifat  fisis  yang  dianalisa  meliputi, panjang,  lebar,  tebal  dan  densitas,  sedangkan  sifat  elektrokimia  dilakukan  pada  nilai  kapasitansi spesifik. Pembuatan EKS ini diawali dengan proses penggilingan, pencetakan yang berukuran 12 cm x 10 cm, pengeringan pada suhu 150 0 C dan kemudian dipotong menjadi ukuran yang lebih kecil  dengan dimensi 3 cm  x 3 cm. Potongan  yang lebih kecil ini dikarbonisasi pada suhu 600 0 C dalam lingkungan gas N 2 diikuti dengan aktivasi fisika menggunakan gas CO 2 untuk mendapatkan EKS. Pengukuran sifat fisis EKS seperti  massa, panjang, lebar, dan ketebalan dilakukan untuk  mendapatkan besaran densitas. Hasil  pengukuran  densitas  EKS  didapati  menurun  secara  linear  dengan  kenaikan  suhu  aktivasi,  nilai masing-masing sebesar 0,846 g/cm 3 , 0,766 g/cm 3 , dan 0,740 g/cm 3 untuk suhu aktivasi  800 0 C, 850 0 C dan  900 0 C.  Pengukuran  sel  superkapasitor  dilakukan  dengan  metode Cyclic  Voltametry (CV)  pada potensial  kerja  0  -  500  mV/s  dengan  laju  scan  1  mV/s  menggunakan  elektrolit  H 2 SO 4 1  M.  Nilai kapasitansi spesifik didapati berkurang dengan peningkatan suhu aktivasi. Kapasitansi spesifik masing- masing  sampel  EKS  adalah  sebesar  55,2  F/g,  35,9  F/g,  10,8  F/g  untuk  masing-masing  suhu  aktivasi 800 0 C, 850 0 C dan 900 0 C.
Kata kunci : Kulit pisang, elektroda karbon superkapasitor, densitas, kapasitansi spesifik

## Abstract
The  effects  of  temperature  variation  on  the  physical  activation  to  the  physical  and  electrochemical properties of Carbon Electrodes Supercapacitor (CES) from banana peels waste has been analyzed. The physical  characteristic  such  as    length,  width,  thickness  and  density  has  been  analyzed,  while  the electrochemical  properties  was  subjected  on  specific  capacitance  values.  The  production  of  CES  was begun by the milling, the printing with a size of 12 cm x 10 cm, drying at a temperature of 150 0 C and then cutting  into smaller sizes with a dimensions of 3 cm x 3 cm.These smaller pieces were carbonized at a temperature of 600 0 C in N 2 gas atmosphere and followed by a physical activation using CO 2 gas to get CES. The physical properties of CES such as mass, length, width, and thickness were made to get the amount of density. The density of the CES were found decreases in linearly  with the increasing of the activation temperature, the density value was 0.846 g / cm3, 0.766 g / cm3 and 0.740 g / cm3 for the activation temperature of 800 0 C, 850 0 C and 900 0 C, respectively.Supercapacitor cells were measured by Cyclic  Voltametry  (CV)  method  in  the  work  potential  of    0-500  mV  /  s  with  a  scan  rate  of  1  mV  /  s using a 1 M H 2 SO 4 electrolyte. The Specific capacitance value found  decreased with an increasing  the
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.012.11
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
activation temperature.Specific capacitance of each sample CES were 55.2 F / g, 35.9 F / g, 10.8 F / g for each activation temperature of 800 0 C, 850 0 C and 900 0 C.
Keywords : Banana peels, carbon electrodes supercapacitor, density, specific capacitance

## 1. PENDAHULUAN
Superkapasitor  merupakan  salah  satu  produk  inovasi  teknologi  terbarukan  yang  mampu menyimpan energi dalam jumlah yang besar. Kemampuan penyimpanan energi pada superkapasitor dipengaruhi  oleh  ukuran  pori  dan  bentuk  partikel  elektroda  karbon  [1] . Superkapasitor  terdiri  dari elektroda, elektrolit, pemisah (separator) dan pengumpul arus.
Elektroda  karbon  aktif  dapat  dibuat  dari  salah  satu  bahan  biomassa  yaitu  limbah  kulit  pisang. Penelitian sebelumnya menyatakan bahwa “ Elektroda Carbon Paper (ECP)dari limbah kulit pisang memiliki  dimensi  yang  lebih  besar  dari  elektroda  karbon  lainnya  sehingga  dapat  menghasilkan jumlah karbon dan  nilai kapasitansi yang lebih besar pula”[2].
Pembuatan  ECP  ada  dua  tahap,  yaitu  karbonisasi  dan  aktivasi  [3].  Pada  penelitian  ini  ECP diaktivasi  dengan  variasi  temperatur  yaitu,  800 0 C,  850 0 C,  dan  900 0 C.  Proses  aktivasi  dilakukan dengan  menggunakan  gas  CO 2 yang  dialirkan  kedalam furnace. Pemilihan  gas  CO 2 dikarenakan penggunaan gas CO 2 jauh lebih ekonomis dibandingkan menggunakan aktivasi kimia seperti, NaOH dan  KOH.  Selain  itu,  reaksi  yang  terjadi  dengan  penggunaan  aktivator  CO 2 merupakan  reaksi endoterm sehingga lebih mudah dikontrol, bersih, dan cocok untuk penelitian berskala laboratorium [4]. ECP variasi temperatur aktivasi CO 2 dilakukan untuk menentukan suhu pengaktifan terbaik serta menghasilkan ECP dengan kapasitansi spesifik yang tinggi.

## 2. METODE PENELITIAN

## Pembuatan Sampel
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah limbah kulit pisang. Pembuatan ECPdari limbah kulit pisangini merujuk pada penelitian sebelumnya yaitu pada laporan [1].Bubur kulit pisang yang  sudah  dihaluskan  dimasukkan  kedalam  cetakan  ukuran  12  cm 10  cm.  Sampel  tersebut ditimbang terlebih dahulu dengan massa 150 gr setiap satu cetakan kemudian dioven pada temperatur 150 o C  selama  3  jam.  Selanjutnya  sampel  dilepas  dari  cetakan  dan  dipotong  menjadi  ukuran  yang lebih  kecil  dengan  dimensi  3  cm  x  3  cm  serta  dikeringkan  kembali  pada  temperatur  110 o C  sampai massa konstan.
Potongan  yang  lebih  kecil  ini  kemudian  dikarbonisasi  menggunakan furnace yang  dialiri  gas N 2 pada suhu 600 o C selama ± 8 jam. Profil pemanasan dibuat bertingkat pada temperatur 285  yang ditahan  selama  1  jam.  Selanjutnya,  ECP  diaktivasi  dengan  menggunakan  gas  CO 2 yang  dialirkan kedalam furnace dengan variasi temperatur yaitu, 800 0 C, 850 0 C, dan 900 0 C selama 2 jam. ECP yang sudah  diaktivasi  dipoles  menggunakan  kertas  pasir  P240  dan  P1200.  Proses  selanjutnya  adalah pencucian  menggunakan  air  suling  sehingga  pH  air  cucian  menjadi  netral.  ECP  yang  telah  netral selanjutnya  dikeringkan  menggunakan  oven  pada  suhu  110 0 C  selama  ±  24  jam.  ECP  selanjutnya dibuat sel superkapasitor menggunakan beberapa bahan, yaitu teflon, pengumpul arus ( Stainles Stell ), separator (membran kulit telur itik), elektroda (dari kulit pisang), dan elektrolit (H 2 SO 4 ).

## Pengukuran
Pengukuran  yang  dilakukan  adalah  pengukuran  densitas  dan  pengukuran Cyclic  Voltammetry (CV).

## Pengukuran Densitas
Untuk  menentukan  densitas  sampel,  ECP  yang  berbentuk  lembaran  diukur  panjang,  lebar,  dan tebalnya  menggunakan  jangka  sorong.  Kemudian  sampel  ditimbang  massanya  dengan  timbangan digital, sehingga dari data yang diperoleh dapat dihitung nilai densitas dari masing – masing sampel.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## Pengukuran Cyclic Voltammetry
Pengukuran  CV  dilakukan  untuk  mengetahui  nilai  kapasitansi  dari  sel  superkapasitor  dengan menggunakan  alat  Physic  CV  UR  Rad-Er  5841,  pada  potensial  kerja  0  -  500  mV/s  dan  laju  scan 1mV/s.  Kapasitansi  spesifik  (Csp)  dari  pengukuran  CV  dapat  dihitung  menggunakan  persamaan berikut [5] :
    m s I I C d c sp     2 / ( 2 (1)
dimana = Kapasitansi spesifik (F/g) = Arus charge (A) = Arus discharge (A) s = Laju scan (mV/s) m   = Massa (g)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Densitas
Hasil  pengukuran  densitas  saat  pra  –  karbonisasi,  karbonisasi  dan  aktivasi  fisika  dari  ketiga sampel ECP limbah kulit pisang dapat dilihat pada Gambar 1.
Suhu ( 0 C) Suhu 800 Suhu 850 Suhu 900 D en si ta s (g /cm 3 ) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Pra - Karbon Karbonisasi Aktivasi Fisika
Gambar 1 . Grafik perubahan densitas ECP.
Gambar  1  memperlihatkan  bahwa  ECP  memiliki  densitas  yang  berbeda  untuk  masing-masing suhu.  Densitas  ECP  setelah  proses  aktivasi  fisika.    mengalami  penurunan  secara  linier.  Penurunan densitas  yang  linear  ini  diakibatkan  karena  selama  proses  aktivasi  fisika  berlangsung,  terjadi pengikisan  karbon  untuk  pembentukkan  pori-pori  baru  pada  permukaan  karbon.  Semakin  tinggi temperatur  aktivasi  fisika  yang  digunakan  maka  akan  menghasilkan  penurunan  densitas  yang semakin  tinggi  pula.  Temperatur  yang  tinggi  akan  menyebabkan  karbon  terdekomposisi.  Proses dekomposisi menghasilkan senyawa yang mudah menguap dan terlepas dari unsur karbon, sehingga kandungan  karbon  dalam  sampel  cukup  tinggi.  Hal  ini  terlihat  bahwa  setiap  kenaikan  temperatur, maka semakin banyak reaksi antara karbon dan gas CO 2 yang terjadi sehingga penurunan densitasnya akan semakin besar.
Hasil  pengukuran  CV  Elektroda  Karbon  Superkapasitor  (EKS)  dari  limbah  kulit  pisang  suhu 800 0 C, 850 0 C, dan 900 0 C pada laju scan 1 mV/s dengan rentang tegangan 0 - 0,5 volt berupa kurva
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
hubungan  antara  rapat  arus  dan  tegangan  superkapasitor.  Pengukuran  CV  dilakukan  menggunakan alat Physics CV UR Rad-Er 5841. Besarnya  arus charge (pengisian)  dan  arus discharge (pengosongan)  pada  saat  pengukuran  CV mempengaruhi  bentuk  kurva  yang  dihasilkan.  Semakin  lebar  kurva  maka  akan  semakin  besar  arus charge dan discharge yang menandakan semakin besarnya nilai kapasitansi yang dihasilkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2 . Kurva cyclic voltammogram pada laju scan 1mV/s.
Secara terperinci, perhitungan nilai kapasitansi spesifik masing – masing EKS dapat dilihat pada Tabel 2.

## Cyclic Voltammetry
Tabel 2. Data hasil pengukuran kapasitansi spesifik EKS dari limbah kulit pisang.
NO Suhu Aktivasi ( 0 C) S (V/s) m rata-rata (g) Ic (A) Id (A) Csp (F/g) 1 800 0,001 0,022 0,000712 - 0,000503 55,2 2 850 0,001 0,022 0,000465 - 0,000326 35,9 3 900 0,001 0,021 0,000121 - 0,000100 10,8
Dari  data  yang  ditampilkan  pada  Tabel  2  diperoleh  bahwa  semakin  tinggi  suhu  aktivasi  fisika yang  digunakan  maka  EKS  dari  limbah  kulit  pisang  akan  memiliki  nilai  kapasitansi  spesifik  yang semakin rendah. Dengan kata lain, suhu aktivasi fisika berbanding terbalik dengan nilai kapasitansi spesifik. Nilai kapasitansi spesifik terbesar dimiliki oleh EKS suhu aktivasi 8000C yaitu 55,2 F/g dan nilai  kapasitansi  spesifik  terendah  dimiliki  oleh  EKS  suhu  aktivasi  9000C  yaitu  10,8  F/g.  Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Suhu Aktivasi (0C) Suhu 800 Suhu 850 Suhu 900 Ka pa si ta ns i S pe si fik (F/g ) 0 10 20 30 40 50 60
Gambar 3. Grafik nilai kapasitansi spesifik EKS pada laju scan 1mV/s.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan analisa data yang telah dilakukan maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut :
Efek  variasi  suhu  aktivasi  fisika  menggunakan  gas  CO2  menyebabkan  nilai  densitas  dan kapasitansi  yang  berbeda.  Semakin  tinggi  suhu  aktivasi  fisika  yang  digunakan  maka  akan menghasilkan penurunan nilai densitas serta kapasitansi secara linear.
Nilai densitas dan kapasitansi maksimum sebesar 0,846 g/cm3 dan 55,2 F/g diperoleh pada suhu 8000C,  sedangkan  pada  suhu  9000C  memperoleh  nilai  densitas  dan  kapasitansi  minimum  sebesar 0,740 g/cm3 dan 10,8 F/g.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  penyokong  dana  penelitian  yaitu  Proyek  HIKOM tahun 2016 yang diberikan kepada Peneliti utama Dr. Erman Taer, M.Si.

## DAFTAR ACUAN
[1] E. Taer., M. Deraman., I.A. Thalib., A. Awitdrus., S.A. Hasmi., A.A. Umar. Preparation of a Highly  Prous  Binderless  Activated  Carbon  Monolith  from  Rubber  Wood  Saw  Dust  by  a Multi Step Activation Process for Application in Supercapacitors . Int. Journal Electrochem. Sci., 6 (2011), pp. 3301 – 3315.
[2] E. Taer., Desmawati., Sugianto., R. Taslim. 2015. Pembuatan dan Karakterisasi Sifat Fisika Green Karbon  Paper Tanpa  Menggunakan  Perekat Menggunakan  Limbah  Biomassa. Jurnal Seminar Nasional Fisika 15:1-5.
[3] R. Kötz., and M. Bärtschi. 2002. Hy. Power-A Fuel Cell Car Boosted with Supercapacitors. The  12th  International  Seminar  on  Double  Layer  Capacitors  and  Similar  Energy  Storage Devices. DeerfieldBeach, USA.
[4] T. Zhang., W.P. Walawender., L.T. Fan., M. Fan., D. Daugaard., R.C. Brown. Preparation of Activated Carbon from Forest and Agricultural Residues through CO2 Activation,Chemical Engineering Journal. 105 (2004), pp. 53-59.
[5] D. Kalpana., S.H. Cho., S.B. Lee., Y.S. Lee., R. Misra., N.G. Renganathan. Recycled Waste Paper—A  New  Source  Of  Raw  Material  For  Electric  Double-Layer  Capacitors.  Journal  of Power Sources 190(2009), pp. 587-591.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA