## KARAKTERISASI ELEKTROLIT POLIMER OPTIMUM KITOSAN/PVA+KOH
(Characterization of optimum Chitosan/PVA+KOH polymer electrolyte)
R.Putri 1 , A.Maddu 2 , Irzaman 2
1 Departemen Fisika, Universitas Muhammadiyah Riau
2 Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor

## Abstract
The blend-based polymer electrolyte comprising of chitosan and polyvinyl alcohol (PVA) as host polymers and potassium hydroxide (KOH) 35% wt as the complexing salt was studied. Polymer electrolyte were obtained by the casting technique. FTIR, XRD, SEM and EDX studies have been made to investigate the structural, complexation in film morphology of the polymer electrolyte.
Keywords : polymer electrolyte, FTIR, DSC, XRD, SEM, EDX

## PENDAHULUAN
Pada  penelitian  dilakukan  analisa spektroskopi FTIR , DSC, XRD, SEM, EDX pada  elektrolit  polimer  Kitosan/PVA+KOH 35%.  FTIR  merupakan  salah  satu  jenis spektroskopi yang bersifat kualitatif.
Penyinaran sampel dengan FTIR
menyebabkan  peristiwa  transisi  energi vibrasi  molekul  polimer.  Sinyal  hasil penangkapan
detektor selanjutnya ditransformasikan  dari  bentuk  sinyal  biasa menjadi  sinyal  yang  lebih  kontinu  dengan menggunakan  transformasi  fourier.  Hasil analisis  diharapkan  menunjukkan  sinyal yang khas
Analisa  SEM  digunakan  untuk mengetahui  morfologi  permukaan  elektrolit polimer.  Perbesaran  100-1000x  digunakan untuk  menganalisa  morfologi  permukaan elektrolit  polimer.  EDX  merupakan  analisis yang terintegrasi dengan SEM dan digunakan  untuk  analisis unsur  yang terdapat  dalam  elektrolit  polimer. RD banyak  digunakan  untuk  menentukan  sifat sampel,  identifikasi  fasa,  analisis  kuantitatif dari  fasa  campuran  dan  ukuran  partikel. Konduktivitas ionik polimer elektrolit secara kualitatif  dapat  dikaitkan  dengan  analisa
XRD.  Dari  analisa  XRD  dapat  dilihat hubungan  antara  fasa  elektrolit  dengan konduktivitas ionik elektrolit polimer.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium  Biofisika  Departemen  Fisika IPB  dan  Balai  Penelitian  Pengembangan Hasil Hutan dari Februari sampai Juni 2009.
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  diantaranya  adalah  kitosan, polivinil  alkohol  (PVA),  aquades,  asam asetat,  dan  KOH.  Alat  yang  digunakan dalam  penelitian  ini  adalah  neraca  analitik, gelas  piala,  pipet  tetes,  pipet  Mohr,  gelas ukur  Iwaki  10  ml  dan  100  ml,  hot  plate, cawan  petri,  hot  plate  stirrer,  tissue, Bransonic  2510  dan  furnace  (tanur).  Alat karakterisasi  yang  digunakan  diantaranya adalah: LCR meter, Shimadzu X Ray
Diftraktometer, SEM Brucer 133 eV dan Brucer FTIR.
Kitosan sebanyak 0,25 gram dilarutkan  dalam  10  ml  asam  asetat  1% dengan  metode  sonikasi  selama  4  jam. Kemudian ditambahkan PVA sebanyak 0,25 gram. Proses pencampuran dilakukan dengan  menggunakan  hot  plat  stirrer  pada
temperatur  80  oC sampai  larutan  homogen.
Campuran kitosan-PVA yang telah
homogen ditambahkan KOH dengan
konsentrasi 35% wt. Campuran kitosan/PVA+KOH  35%  wt  didinginkan pada suhu ruang dan diukur konduktivitasnya dengan menggunakan LCR  meter.  Untuk  karakterisasi  dilakukan solution  casting  pada  cawan  petri.  Untuk menghilangkan pelarut, dilakukan pengeringan dengan furnace pada temperatur 80 oC selama 4 jam. Karakterisasi  yang  dilakukan  yaitu  FTIR, DSC, XRD, SEM, dan EDX.

## HASIL DAN PEMBAHASAN FTIR (Fourier Transform Infrared)
FTIR  digunakan  untuk  menentukan jenis  ikatan  dan  gugus  fungsi  pada  molekul kompleks.  Analisa  ini  banyak  digunakan untuk  melihat  adanya  kompleks  garam- polimer  dalam  elektrolit  polimer.  FTIR merupakan  instrumen  yang  efisien  untuk mempelajari  perubahan  struktur  lokal  yang terdapat  pada  polimer.  Spektra  inframerah material bervariasi bergantung pada komposisi  dan  sangat  memungkinkan  untuk mengetahui  adanya  kompleks  elektrolit polimer  dan  interaksi  antar  komponen penyusunnya [1].

## Gambar 1 Spektrum FTIR Kitosan
Spektrum  gugus  fungsi  FTIR  untuk kitosan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini dapat  dilihat  pada  Gambar  1.  Spektrum FTIR menunjukkan adanya uluran NH 2 pada bilangan  gelombang  3438  cm -1 .  Vibrasi – CH 3 terdapat pada bilangan gelombang 2923 dan  1383  cm -1 .  Terdapat  ikatan -S-C ≡N pada bilangan gelombang 2145 cm -1 dengan
kekuatan sedang. Gugus fungsi C=O muncul pada bilangan gelombang 1869, 1845,1794,1771, dan 1733 cm -1 . Ikatan C=O yang lemah terdapat pada bilang gelombang 1869  dan1845  cm -1 ,  ikatan  C=O  dengan lima  cincin  pada  bilangan  gelombang  1794 dan  1771  cm -1 ,  dan  ikatan  C=O  aldehid alifatik pada bilangan gelombang 1733 cm -1.
Pada  bilangan  gelombang  1650  dan  1508 cm -1 masing-masing  terdapat  uluran  C=C dan  NO 2 .  Gugus  fungsi  R-CH 2 -(  C ≡N) muncul pada bilangan gelombang 1421 cm -1 dan  ikatan  yang  terbentuk  lebih  besar  dari deformasi  hidrokarbon.  Amina  tersubtitusi muncul pada bilangan gelombang 1324 cm -1 sedangkan ikatan O-C-O ansimetrik muncul pada 1255 cm -1 . Uluran C-O terdeteksi pada bilangan  gelombang  1080  cm -1 dan  eter aromatik  O-CH 2 terdeteksi  pada  1032  cm -1 . Kibasan  CH 2 dan  C-H  muncul  pada bilangan  gelombang  berturut-turut  895  dan 665 cm -1 .
Spektrum FTIR campuran kitosan/PVA pada Gambar 2 (a)
memperlihatkan  puncak  serapan  inframerah yang  lebih  sederhana  dibandingkan  dengan puncak  serapan  kitosan.  Hampir  semua puncak serapan kitosan tidak muncul dalam campuran  kitosan  /PVA  kecuali  gugus fungsi  C=O.  Spektrum  FTIR  kitosan/PVA memperlihatkan adanya uluran gugus karbonat  C=O  (dengan  lima  cincin)  pada bilangan  gelombang  1812,71  cm -1 .  Puncak tersebut  sebelumnya  muncul  pada  bilangan gelombang 1794 cm -1 . Puncak pada bilangan gelombang 3347,99 cm -1 menunjukkan  adanya  gugus  fungsi  NH  ( α - amido acids) yang sebelumnya tidak muncul pada serapan inframerah kitosan.
Pada  Gambar  2(b),  spektrum  FTIR kitosan/PVA+KOH  menunjukkan  adanya uluran  NH  dengan  ikatan  yang  lemah  pada panjang  gelombang  3427,89  cm -1 .  Uluran C=N pada bilangan gelombang 1637,03 cm -
1 .  Dan  uluran  N=N  (ozo  aromatis)  pada
panjang  gelombang  1413,52  cm -1 .  Dan kibasan ≡C -H (mono substituted acetylenes) yang  sangat  kuat  dan  lebar  pada  panjang gelombang  658,88  cm -1 .  Gugus  funggsi kitosan  tidak  muncul  sama  sekali  pada elektrolit polimer kitosan/PVA+KOH. Namun gugus fungsi NH pada kitosan/PVA masih  muncul  setelah  ditambahkan  garam. Dari  Gambar  5  dapat  dilihat  bahwa  banyak puncak  yang  tidak  muncul  dan  ada  puncak baru yang ditemukan. Hal ini mengindikasikan  bahwa  telah  terbentuk kompleks elektrolit polimer kitosan/PVA+KOH. Analisa SEM

## (Scanning Electron Microscope)
Morfologi  elektrolit  polimer  dapat dilihat  dengan  menggunakan  SEM.  Ciri-ciri morfologi  seperti  kehomogenan  elektrolit polimer  dan  efek  penambahan  garam (salting  effect)  dapat  ditentukan  dari  hasil foto  SEM.  Analisa  SEM  telah  dilakukan pada sampel elektrolit polimer Kitosan/PVA dengan  penambahan  KOH  35%.  Dari  foto SEM  (Gambar  3a)  dapat  dilihat  bahwa elektrolit  polimer  yang  dihasilkan  berupa elektrolit  polimer  dengan  fasa  amorf.  Fasa amorf pada elektrolit polimer dapat meningkatkan  konduktivitas  ionik  elektrolit polimer  tersebut.  Pencampuran  kitosan  dan PVA  masih  belum  homogen.  Hal  ini  dapat dilihat masih adanya penggumpalan. Namun morfologi  yang  dihasilkan  tidak  jauh berbeda  dengan apa  yang  telah  dilakukan oleh Mohamad AA dan Arof K (Gambar 3b) [2].
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 450.0 -0.5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 66.6 cm-1 %T Kitosan + PVA Kitosan + PVA + KOH 3427.89 1637.03 1413.52 658.88 3347.99 1812.71
Gambar 2 Spektrum FTIR (a) Kitosan/PVA (b) Kitosan/PVA+KOH 35%
Pada  Gambar  3  (a)  dapat  dilihat adanya  fase  kristal  yang  terbentuk  pada elektrolit  polimer  kitosan/PVA+KOH.  Fasa kristal  yang  muncul  pada  Gambar  3  (a) merupakan  fasa  kristal  dari  PVA.  Adanya proses  pengkristalan  ini  disebabkan  oleh proses  pemanasan  elektrolit  polimer  untuk menguapkan  pelarutnya.  Pemanasan  ini sedikit berpengaruh pada pengkristalan PVA.
Pada  Gambar  4a  dan 4c  dapat  dilihat foto  permukaan  elektrolit  polimer  dengan kondisi  tidak  dipanaskan.  Elektrolit  polimer tersebut berada dalam fasa amorf yang terikat satu  sama  lain.  Sedangkan  pada  Gambar  4b dan  4d  dapat  dilihat  foto  permukaan
elektrolit polimer yang dipanaskan pada suhu 100 0 C  selama  1  jam.  Dari  gambar  SEM tersebut  dapat  dilihat  adanya  perubahan permukaan  elektrolit  polimer.  Elektrolit polimer  yang  dipanaskan  cendrung  memiliki permukaan lebih halus karena telah meleburnya  PVA.  PVA  melebur  pada  suhu sekitar 85 0 C. Selain itu dapat dilihat adanya pengkristalan  kembali  KOH  dalam  sampel elektrolit  polimer.  Hal  ini  menyebabkan menurunnya  konduktivitas  ionik  elektrolit polimer [1,3].
Gambar 3 Hasil SEM (a) Kitosan/PVA+KOH 35% dan (b) PVA+KOH 40%
a b
Gambar 4 SEM Kitosan/PVA+KOH 35% (Pemanasan 100 0 C)
XRD (X-Ray Diffraction)
XRD banyak digunakan untuk menentukan  sifat  sampel,  identifikasi  fasa, analisis  kuantitatif  dari  fasa  campuran  dan
ukuran partikel. Konduktivitas ionik polimer elektrolit  secara  kualitatif  dapat  ditentukan dengan analisa XRD. Pola XRD Kitosan/PVA+KOH  35%  tanpa  perlakuan panas  dapat  dilihat  pada  Gambar  5.
Gambar 5 XRD Kitosan/PVA+KOH (25 0 C)
a b c d PVA KOH
Dari  hasil  XRD,  secara  umum sampel  yang  terbentuk  berupa  elektrolit polimer dengan fasa amorf.  Pada Gambar 5 dapat  dilihat  adanya  puncak  PVA  yang muncul  pada  sudut  2θ  =  20,355 0 .  Ini menjelaskan  bahwa  masih  adanya  PVA dalam  bentuk  kristal  yang  terdapat  dalam elektrolit  polimer  [4].  Elektrolit  polimer akan  memiliki  konduktivitas    ionik  tinggi jika  fasa  elektrolit  polimer  berada  dalam fasa amorf. Persentase kristalinitas elektrolit polimer  yang  terbentuk  sekitar  19,12%. Penyumbang  kristalinitas  dalam  elektrolit polimer  ini  adalah  dari  fasa  kristal  PVA. Puncak  KOH  tidak  muncul  pada  pada  hasil XRD elektrolit polimer.
Pada  Gambar  6  dapat  dilihat  hasil XRD Kitosan/PVA+KOH 35% yang dipanaskan pada suhu 100 o C selama 1 jam. Pada  gambar  dapat  dilihat  adanya  puncak KOH  yang  muncul  sementara  puncak  PVA tidak terlihat dalam fasa kristal. Pada sampel yang  dipanaskan  dapat  dilihat  adanya pengkristalan ulang KOH. Hal ini menyebabkan  elektrolit  polimer  bersifat lebih  kristalin  sehingga  dapat  menurunkan konduktivitas  ioniknya.  Semakin  kristalin suatu  elektrolit  polimer  maka  konduktivitas ioniknya  akan  semakin  menurun.  Puncak yang  muncul  pada  sampel  yang  dipanaskan terdapat  pada  (2θ)  33.0435 0 dengan  derajat kristalinitas  32,61%.  Puncak  maksimum yang  muncul  merupakan  puncak  KOH. Persentase  kristalinitas  tersebut  lebih  besar 13,49%  dari  elektrolit  polimer  yang  tidak dipanaskan.  Pada  penelitian  sebelumnya yang dilakukan oleh Mohamad AA dan Arof K,  elektrolit  polimer  PVA+KOH  dengan pemanasan 100 o C memperlihatkan munculnya  dua  puncak  yaitu  PVA  dan
KOH.  Hal  ini  menyebabkan  kekristalin elektrolit polimer semakin meningkat karena kontribusi  kekristalan  disumbangkan  oleh dua  komponen  dalam  elektrolit  polimer tersebut  [5].  Ketika  dilakukan  pencampuran PVA dan kitosan, hanya PVA yang memberi kontribusi  besar  pada  derajat  kristalinitas elektrolit polimer.
EDX (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy)
Analisis  EDX  (Energy  Dispersive  X- Ray  Spectroscopy) merupakan  suatu  teknik yang  digunakan  untuk  mengidentifikasi komposisi  unsur  suatu  sampel  atau  daerah disekitarnya.  Sistem  analisis  EDX  bekerja sebagai  suatu  bentuk  terintegrasi  dari Scanning  Electron  Microscope (SEM). Keluaran dari  analisis  EDX  adalah  berupa suatu spektrum EDX. Masing-masing puncak  pada  spektrum  EDX  adalah  unik untuk  setiap  atom  dan  sangat  sesuai  untuk unsur  tunggal  [6].  Puncak  yang  lebih  tinggi pada spektrum menunjukkan semakin banyaknya  unsur  tersebut  dalam  sampel. Hasil EDX kitosan/PVA+KOH 35% memperlihatkan  bahwa  karbon  merupakan unsur  yang  paling  dominan  pada  elektrolit polimer yaitu sekitar 32,33% wt. Persentase kalium  yang  terdapat  dalam  elektrolit polimer hanya sekitar 28,24%. Secara umum mapping unsur  dalam  elektrolit  polimer dapat  dilihat  pada  Gambar  7.  Pada  Gambar 8  dapat  dilihat  penyebaran  atom  K + dalam elektrolit  polimer.  Tampak  pada  gambar bahwa penyebaran atom K + tidak terdistribusi  merata  pada  sampel  cuplikan. Dari  gambar  dapat  dihitung  kerapatan  atom K + dalam elektrolit polimer  yaitu sekitar 79 atom cm -2 .
Gambar 7 Spektrum EDX Kitosan/PVA+KOH

## Gambar 8 Mapping (a) Kitosan/PVA+KOH (b) KOH

## KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  telah  dilakukan karakterisasi elektrolit polimer
kitosan/PVA+KOH dengan komposisi optimum  KOH  35%  wt.  Hasil  FTIR menunjukkan  banyak  puncak  yang  tidak muncul  dan  adanya  puncak  baru  pada elektrolit  polimer.  Hal  ini  mengindikasikan terbentuknya  senyawa  kompleks  elektrolit polimer. Hasil SEM dan XRD menunjukkan adanya  peningkatan kristalinitas  elektrolit polimer  akibat  perlakuan  panas.  Sesuai dengan teori, konduktivitas menurun dengan semakin
meningkatnya persentase
kristalinistas.
Analisa EDX
kitosan/PVA+KOH  35%  memperlihatkan bahwa kalium yang terdapat dalam elektrolit
polimer  sekitar  28,24  %.  Foto  EDX  juga memperlihatkan  bahwa  penyebaran  kalium masih belum merata di dalam sampel.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Mohamad  AA,  Arof  AK. Effect  of storage  time  on  the  properties  of PVA – KOH  alkalinesolid  polymer electrolyte  system. Ionics 2006;12:
57 – 61
[2] Rajendran S, Babu RS, Renuka Devi
K. Ionic  conduction  behavior  in PVC – PEG blend polymer electrolytes  upon  the  addition  of TiO2. Ionics 2008; DOI 10.1007/s11581-008-0222-3 a b
[3] Jing Fu, Jinli Qiao, Xizhao Wang, Jianxin Ma, Tatsuhiro Okada. Alkali doped poly(vinyl alcohol) for potential fuel cell applications. Synthetic Metals 2010; 160: 193-199
[4] Mohamad  AA,  Arof  AK. Effect  of storage  time  on  the  properties  of PVA – KOH  alkalinesolid  polymer
electrolyte  system. Ionics 2006;12: 57 – 61
[5] Aisyah IN. Pembengkakan Hidrogel
Kitosan-Polivinil Alkohol [skripsi].
Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut
Pertanian Bogor; 2005
[6] Wan  Y,  Creber  KAM,  Peppley  B, Bui  VT. Synthesis,  characterization and  ionic  conductive  properties  of phosphorylated chitosan membranes. Macromol. Chem.  Phys 2003;  204: 850-858.