## PERFORMANCE KARBON AKTIF DARI LIMBAH CANGKANG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN ELEKTRODA SUPERKAPASITOR

## PERFORMANCE OF ACTIVATED CARBON FROM WASTE OF PALM OIL CANGCANG AS SUPPLEMENTARY SUPERACAPAPITOR
Hermansyah Aziz*, Olly Norita Tetra, Admin Alif, Syukri dan Yola Azli Perdana
Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Andalas Padang
*Email korespondensi : haziz13@yahoo.com

## Abstract
Performance  of  activated  carbon  from  oil  palm  shell  waste  as  electrode  material  on superkapasitor  has  been  studied.  The  supercapacitor  is  coupled  with  a  plat  /  sandwich method  separated  by  a  PVA  separator  (Polyvinyl  Alcohol).  To  increase  the  capacitance value,  carbon  activation  was  performed  using  KOH  10  M  activator  and  studied  its characterization  with  XRD  (X-Ray  Diffraction),  FTIR  (Fourier  Transform  Infrared Spectroscopy),  SEM-EDX  (Scanning  Electron  Microscopy-Energy  Dispersive  X-Ray) Surface  Area  Analyzer).  Activated  activated  carbon  has  a  surface  area  of  15  times  larger that is 27.253 m 2 /g compared with carbon without activation of 1.829 m 2 /g. Super capacitor is made by varying particle size, plate area, electrolyte solution concentration and fill time and the highest capacitance value is 48,2516 μF with surface area 3 x 11 cm 2 , filling time 35 min and electrolyte concentration of H 3 PO 4 0,3 N.
Keywords: EDLCs, electrode, supercapacitor, plate / sandwich method, PVA, separator

## Abstrak
Performance karbon aktif dari limbah cangkang kelapa sawit sebagai bahan elektroda pada superkapasitor  telah  dipelajari.  Superkapasitor  dirangkai  dengan  metoda  plat/sandwich yang  dipisahkan  oleh  separator  PVA  (Polivinil  Alkohol).  Untuk  meningkatkan  nilai kapasitansi  dilakukan  aktivasi  terhadap  karbon  menggunakan  aktivator  KOH  10  M  dan dipelajari  karakterisasinya  dengan  XRD  (X-Ray  Diffraction),  FTIR  (Fourier  Transform infrared  Spektroscopy),  SEM-EDX  (Scanning  Electron  Microscopy-Energy  Dispersive  X- Ray)  dan  SAA  (Surface  Area  Analyzer).  Karbon  aktif  yang  diaktivasi  memiliki  luas permukaan  15  kali  lebih  besar  yaitu  27,253  m2/g  dibandingkan  dengan  karbon  tanpa diaktivasi  yaitu  1,829  m2/g.  Superkapasitor  dibuat  dengan  menvariasikan  ukuran  partikel, luas plat, konsentrasi larutan elektrolit dan waktu pengisian dan dihasilkan nilai kapasitansi tertinggi  yaitu 48,2516 µF dengan luas permukaan 3 x 11 cm2,  waktu pengisian 35  menit dan konsentrasi elektrolit H 3 PO 4 0,3 N.
Kata kunci: EDLCs, elektroda, superkapasitor, metoda plat/sandwich, PVA, separator

## PENDAHULUAN
Superkapasitor  atau  yang  dikenal sebagai  kapasitor  elektrokimia  (EDLC, Electrochemically  double-layer  Capacitors) adalah  lapisan  rangkap  listrik  berupa elektroda  yang  dipisahkan  oleh  separator (Boyea, Camacho,  Turano,  &  Ready, 2007 ).  Elektroda  yang  biasa  digunakan adalah  karbon  dan  juga  lempengan  logam.
Penelitian  superkapasitor  dengan  elektroda berbahan  dasar  zeolit  dan  karbon  telah pernah    dilakukan,  dimana  didapat  nilai konduktivitas  maupun  kapasitansi  yang rendah  ( Emriadi,  Muttaqin,  Alif,  & Norita  Tetra,  2014 ).  Namun  yang  sering digunakan  belakangan  ini  adalah  karbon karena  lempengan  logam  tidak  mempunyai nilai ekonomis dan kemampuannya sebagai
2 | Jurnal Zarah , Vol. 5 No. 2 (2017)
elektroda  dalam  menyimpan  muatan  relatif kecil.
Bahan  dasar  elektroda  yang  biasa digunakan  untuk  superkapasitor  adalah karbon  aerogel,  nanokomposit,  nanotube, logam  oksida,  dan  polimer  konduktif. Namun  kelangkaan  dan  mahalnya  bahan tersebut    menjadi  faktor  kendala  dalam pembuatannya.  Oleh  sebab  itu,  dibutuhkan terobosan baru dalam pembuatan superkapasitor  dengan  bahan  yang  murah dan  performa  yang  sama.  Salah  satunya adalah  karbon  dari  cangkang  kelapa  sawit, yang  merupakan  salah  satu  limbah  yang jumlahnya  mencapai  60%  dari  produksi minyak  inti  yang  pemanfaatannya  belum maksimal  ( Kurniati,  2008 ).  Selama  ini limbah  tersebut  hanya  digunakan  sebagai bahan  bakar  pembangkit  tenaga  uap  dan pengeras jalan.

## METODE PENELITIAN
Pembuatan Elektrolit Hidrogen Polimer 1  gram  PVA  dilarutkan  dengan  10 mL larutan H3PO4 dengan variasi konsentrasi 0,1 M, 0,2 M, 0,3 M, 0,4 M dan 0,5 M. Campuran tersebut dipanaskan pada suhu 45oC diatas hot plate sampai homogen dan siap untuk dijadikan sebagai separator.
Preparasi Karbon Aktif Cangkang Kelapa Sawit Cangkang  kelapa sawit dikarbonisasi pada  suhu  400ᵒC  selama  4  jam  kemudian dihaluskan dan diayak dengan menggunakan ayakan berukuran 45 μm dan
63 μm.
Proses aktivasi dilakukan dengan perendaman dengan KOH 10
M menggunakan  perbandingan  masa  karbon dan  KOH  1:4  dan  didiamkan  selama  ±  4 jam.  Karbon  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,  Vinny,  Sivaraman,  Narendra, Chunyan,  Krishna,  Vivek,  Nagaraju,  & Kathyayini,  2016 )  ( Hartono,  Singgih  & Ratnawati, 2010 ).
Karakterisasi  Pada  Karbon  Cangkang Kelapa Sawit
Karbon  aktif  cangkang  kelapa  sawit dikarakterisasi  dengan  menggunakan  X- Ray  Diffraction  (XRD),  Scanning  Elektron Microscopy  –  Energy  Dispersive  X-Ray (SEM-EDX),  dan  Surface  Area  Analyzer (SAA).
Pembuatan Plat Elektroda 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.

## Gambar 1 .Rangkaian Superkapasitor Metoda Plat / Sandwich

## Pengukuran Sifat Listrik dari Rangkaian
Superkapasitor
Pengukuran  sifat  listrik  dilakukan dengan  menggunakan  LCR-Meter    dan Multimeter

## HASIL DAN PEMBAHASAN
A.  Karakterisasi  Karbon  Cangkang Kelapa Sawit sebagai Bahan Elektroda X-Ray Diffraction (XRD)
Gambar 2. Pola difraksi karbon aktif cangkang kelapa sawit dengan suhu pembakaran 400ᵒC.
Hasil pola difraksi sinar-x
memperlihatkan  struktur  karbon  aktif  dari cangkang  kelapa  sawit  adalah  amorf.  Hasil yang  sama  juga  telah  dilaporkan  untuk cangkang  kelapa  sawit  tanpa  aktivasi dimana  pola  yang  sama  untuk  karbon cangkang  kelapa  sawit  yaitu  puncak
In te n sit a s Posisi 2θ
difraksi terletak pada 2θ yang berkisar pada 25ᵒ dan 47. [6]
B. Scanning Elektron Microscopy- Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX)
Gambar 3. Hasil Karakterisasi SEM dengan perbesaran 3000 kali pada karbon aktif cangkang kelapa sawit pada suhu pembakaran 400°C (a) ukuran 45 μm (b) ukuran 63 μm
Pada  Gambar  3,  dapat  dilihat  bahwa morfologi  permukaan  karbon  cangkang kelapa  sawit  dengan  suhu  pembakaran 400°C  yang  diaktivasi  KOH  menyebabkan ukuran volume pori menjadi lebih besar dan distribusi  ukuran  pori  lebih  merata  pada karbon  aktivasi,  volume  pori  terlihat  lebih besar  pada  karbon  aktif  ukuran  45  μm dibandingkan  dengan  karbon  aktif  ukuran 63 μm.
Tabel 1. Komposisi unsur karbon dari cangkang kelapa sawit pada suhu pembakaran 400°C
dengan menggunakan EDX. Unsur Berat (%) Tanpa aktivasi Aktivasi 45 µm 63 µm 45 µm 6 3 µ m C 59,38 44,63 72,12 7 5 , 3 6 O 30,94 38,98 20,39 2 3 , 2 0 Si 6,02 9,29 0,26 0 , 8 3 Ca          3,14 - 4,19 0,24 0 , 6 1 K - - 6,99 1 , 8
Pada  hasil  EDX  Tabel  1,  pengaruh aktivasi  terhadap  karbon  cangkang  kelapa sawit memberikan persen berat dari karbon meningkat  baik  untuk  ukuran  partikel  45 µm ataupun 63 µm. Setelah proses aktivasi, karbon  ukuran  45  µm  dan  63  µm memberikan  persentase  berat  karbon  yang tidak jauh berbeda.

## Isoterm BET
Tabel 2. Luas permukaan spesifik karbon cangkang kelapa sawit pada suhu pembakaran 400°C. Jenis ukuran partikel Luas permukaan spesifik (m2/g) 45 µm tanpa diaktivasi 1,829 45 µm diaktivas KOH 27,253 63 µm diaktivasi KOH 15,677 Pada Tabel 2 terlihat bahwa pengaruh aktivasi dapat meningkatkan luas permukaan  hampir  15  kali  lebih  besar dibandingkan  tanpa  yang  diaktivasi.  Ini dikarenakan  karbon  yang  telah  diaktivasi mengalami  pengembangan  pori  sehingga memiliki  luas  permukaan  yang  lebih  besar ( Sun,  Fei,  Jihui  Gao,  Xin  Liu,  Xinxin Pi,  Yuqi  Yang,  &  Shaohua,  2016 ) ( Chao,  Xing-bin,  Ru-tao,  Jun-wei,  Yu- jing, & Qun-ji, 2013 ).

## C. Pengukuran Sifat-Sifat Listrik
Pengaruh  Ukuran  Partikel  Terhadap Nilai  Kapasitansi  dari  Elektroda  pada Superkapasitor
Ukuran partikel dapat mempengaruhi nilai  kapasitansi  dari  elektroda  pada superkapasitor.  Semakin  kecil  ukuran partikel dari elektroda maka akan menghasilkan  nilai  kapasitansi  yang  lebih besar.
Tabel 3. Perbandingan nilai kapasitansi dan luas permukaan spesifik pada dua ukuran partikel Ukuran partikel (µm) Luas permukaan spesifik (m2/g) Nilai kapasitansi (µF) 45 27,253 12.6976 63 15,677 3.746
Tabel  3  menunjukkan  bahwa semakin  kecil  ukuran  partikel  dari  suatu elektroda,  maka  nilai  kapasitansi  yang didapatkan  akan  semakin  besar.  Hal  ini
a
b
4 | Jurnal Zarah , Vol. 5 No. 2 (2017)
dikarenakan  semakin  kecil  ukuran  partikel karbon  maka  luas  permukaan  dari  karbon akan semakin
besar, sehingga
kemampuannya  untuk  menyimpan  muatan akan  semakin  meningkat.  Ukuran  partikel karbon  aktif  45  µm  memberikan  luas permukaan spesifik 1,7 kali lebih besar dan nilai  kapasitansi  menjadi  3,4  kali  lebih besar  dibandingkan  partkel  karbon  aktif  63 µm. Oleh karena itu, karbon dengan ukuran partikel  45  µm  digunakan  untuk  variasi selanjutnya.
Pengaruh  Luas  Permukaan  Plat Elektroda  terhadap  Nilai  Kapasitansi  dari
Elektroda pada Superkapasitor Luas permukaan plat elektroda dapat mempengaruhi nilai kapasitansi dari superkapasitor. Semakin besar luas permukaan elektroda maka nilai kapasitansi yang dihasilkan akan semakin besar. Gambar  4.  menunjukkan  bahwa nilai kapasitansi meningkat dengan meningkatnya  luas  permukaan  elektroda superkapasitor  sampai  ukuran  plat  3x11 cm2  yaitu  sebesar  41,7167  µF.  Hal  ini disebabkan  karena  semakin  besar  luas permukaan elektroda, maka semakin banyak karbon yang ada pada elektoda dan semakin  besar  kemampuannya  menyimpan muatan  untuk  membentuk  lapis  rangkap listrik pada permukaan elektroda tersebut.
Gambar 4. Pengaruh luas permukaan plat elektroda terhadap nilai kapasitansi dengan menggunakan larutan elektrolit H3PO4 0,3 N dan waktu pengisian 15 menit Pengaruh Variasi Konsentrasi Larutan  Elektrolit  H 3 PO 4 terhadap  Nilai Kapasitansi dari Elektroda Superkapasitor Konsentrasi  larutan  elektrolit  dapat mempengaruhi nilai kapasitansi dari elektroda  superkapasitor.  Semakin  tinggi konsentrasi  larutan  elektrolit  maka  muatan untuk  membentuk  lapisan  rangkap  listrik pada  permukaan  elektroda  akan  semakin banyak  sehingga  nilai  kapasitansi  yang didapatkan akan meningkat.
Gambar 5. Pengaruh konsentrasi larutan elektrolit H 3 PO 4 terhadap nilai kapasitansi dengan luas permukaan 3x11 cm2, ukuran partikel 45 µm dan waktu pengisian 15 menit.
Gambar  5,  menunjukkan  bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan elektrolit H 3 PO 4 maka  dapat  meningkatkan  nilai kapasitansi,  namun  setelah  konsentrasi  0,3 N  terjadi  penurunan  nilai  kapasitansi  dari elektroda  superkapasitor.  Ini  dikarenakan semakin tinggi konsentrasi larutan elektrolit maka  muatan  yang  bergerak  ke  masing- masing  elektroda  akan  semakin  banyak sehingga  pada  saat  charge,  ion-ion  akan bergerak  lambat  ke  permukaan  elektroda dan  akhirnya  menumpuk  diantar  muka elektrolit  dan  pemisah.  Jumlah  ion  yang banyak disekitar permukaan elektroda akan mengganggu proses discharge karena banyaknya  ion  yang  menumpuk  pada  antar muka elektroda dan mengakibatkan sulitnya ion-ion tersebut untuk kembali ke separator dan  kemudian  akan  mengganggu  transport muatan  ke  masing-masing  elektroda  ( Olly, Emriadi, Admin, Hermansyah, & Hanif,
2016 ). Pengaruh Konsentrasi Elektrolit H 3 PO 4 terhadap Konduktivitas dari Elektroda Superkapasitor Gambar  6.  menunjukkan  bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan elektrolit H 3 PO 4 semakin  besar  nilai  konduktivitas dari elektroda superkapasitor, namun setelah konsentrasi 0,3 N terjadi penurunan nilai konduktivitas dari elektroda superkapasitor.  Hal  ini  terjadi  karena konsentrasi yang lebih tinggi akan menghasilkan  jumlah  ion  elektrolit  yang lebih banyak, sehingga pada saat dilakukan pengisian  ( charge )  maka  ion-ion  tersebut akan terkumpul dan menumpuk di antarmuka  elektrolit  dan  pemisah.  Jumlah ion  yang  terlalu  banyak  akan  mengganggu proses  pengosongan  ( discharge )  karena banyaknya  ion  yang  terkumpul  tersebut membuat  ion-ion  atau  muatan  sulit  untuk kembali  ke  posisi  awalnya  sehingga  akan
0 50 0 1 2 3 4 K a pas it a nsi (µ F) Luas permukaan plat elektroda (cm²)
0 20 40 60 0 0.2 0.4 0.6 K a pas it a nsi (µ F) Konsentrasi H 3 PO 4 (N)
mengganggu  kepolaran  (polarisasi)  ion elektrolit  H 3 PO 4 ,  ( Olly,  Admin,  &  Gesti, 2015 ).
Gambar  6.  Pengaruh  konsentrasi larutan  elektrolit  H 3 PO 4 terhadap  nilai konduktivitas dengan luas permukaan 3x11 cm2,  ukuran  partikel  45  µm  dan  waktu pengisian 15 menit.
Pengaruh  Variasi  Waktu  Pengisian terhadap Nilai Kapasitansi dari Elekroda Superkapasitor Semakin lama waktu pengisian maka semakin  banyak  muatan  yang  tersimpan sehingga nilai kapasitansi akan meningkat.
Gambar 7. Pengaruh variasi waktu pengisian terhadap nilai kapasitansi dengan luas permukaan 3x11 cm2, ukuran partikel 45 µm dan larutan elektrolit H 3 PO 4 0,3 N.
Gambar  7,    menunjukkan  bahwa semakin  lama  waktu  pengisian  maka  nilai kapasitansi  dari  elektroda  superkapasitor semakin  meningkat  yaitu  48,2516  µF. Setelah  waktu  35  menit  nilai  kapasitansi menurun,  karena  pada  saat  pengisian  35 menit, semua ion-ion dalam separator telah bergerak  ke  permukaan  elektroda  untuk membentuk  lapis  rangkap  listrik  ( Olly, Admin,  &  Emriadi,  2015 )  ( Barmawi, Taer,  &  Umar,  2011 )  ( Choudhury, Sampath,  &  Shukla,  2008 )  ( Rossi, Iskandar,  Abdullah,  &  Khairurrijal, 2014 ).

## Hubungan  Kapasitansi,  Muatan  dan Jumlah Elektron Superkapasitor
Nilai  kapasitansi  berbanding  lurus dengan  muatan  dan  jumlah  elektron  pada superkapasitor.        Tabel  4.  menunjukkan bahwa  meningkatnya  nilai  kapasitansi seiring dengan meningkatnya jumlah muatan dan jumlah elektron dalam pembentukan  lapisan  rangkap  listrik  pada permukaan elektroda berbahan karbon aktif cangkang kelapa sawit ( Choudhury, Sampath, & Shukla, 2008 ).
Tabel 4. Hubungan kapasitansi, muatan dan jumlah elektron superkapasitor [H3PO4] (N) Kapasitans i (µF) Muatan (C) Jumlah elektron (e-) 0,1 21,93 2,124 0,1321 x 10 14 0,2 25,13 2,434 0,1513 x 10 14 0,3 41,7167 4,040 0,2512 x 10 14 0,4 19,536 1,892 0,1176 x 10 14 0,5 7,699 0,746 0,0464 x 10 14

## KESIMPULAN
Karbon  dari  cangkang  kelapa  sawit dapat  digunakan  sebagai  bahan  elektroda superkapasitor.  Berdasarkan  hasil  EDX didapatkan bahwa persentase karbon terbesar  adalah  72,12  %  untuk  karbon cangkang  kelapa  sawit  ukuran  45  µm. Karbon aktif yang dihasilkan memiliki luas permukaan  spesifik  hampir  15  kali  lebih besar  yaitu  27,253  m2/g  dibandingkan dengan  karbon  tanpa diaktivasi  yaitu  1,829 m2/g.  Nilai  kapasitansi  yang  paling maksimum  adalah  48,2516  µF  dengan ukuran  karbon  45  µm,  larutan  elektrolit H 3 PO 4 0,3  N,  ukuran  plat  elektroda  3x11 cm 2 dan waktu pengisian 35 menit.

## DAFTAR RUJUKAN
Barmawi, I., Taer, E., Umar A. I. (2011) Jurnal  Fisika  Himpunan  Fisika Indonesia , 11:1-5.
Boyea,  J.M.,    Camacho,  R.E.,  Turano,
S.  P.,  And  Ready,  W.  J.,  (2007). Carbon Nanotube-Based Supercapacitors :  Technologies and Markets, Nanotechnology Law &Business; 585 -593
0 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 K ondu k ti v it a s (S /c m ) Konsentrasi H 3 PO 4 (N) -10 10 30 50 0 10 20 30 40 50 60 K a pas it a nsi (µ F) Waktu pengisian (menit)
6 | Jurnal Zarah , Vol. 5 No. 2 (2017)
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. Chao  P.,  Xing-bin  Y.,  Ru-tao  W.,  Jun- wei  L.,  Yu-jing  O.,  Qun-ji  X. (2013). Electrochimica  Acta ,  401- 408.
Choudhury, N. A., Sampath, S., Shukla, K. (2008). Hydrogel-Polymer Electrolytes  for  Electrochemical Capacitors  : An  Overview, Energy
And Environmental Science ,  2:55- 56 Emriadi,  Muttaqin,  A.,  Alif,  A.,  Norita Tetra. (2014). Pemanfaatan Nanokomposir  Resin  dari  Getah Damar untuk Bahan Superkapasitor yang Ramah Lingkungan ,  Laporan  Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi, Universitas Andalas, Padang Hartono, Singgih dan Ratnawati. (2010). Jurnal Sains Materi Indonesia , 12 (1): 12-16.
Hermansyah,  Aziz.,  Olly,  N.T.,  Admin, A., Syukri., and Wahyu, R. (2016). Der  Pharma Chemica ,   8(15):227-
232
Kurniati  E.  (2008). Jurnal  Penelitian
Ilmu Teknik , vol 8, No 2 Desember
: 96 – 103.
Olly,  N.T.,  Admin,  A.,  dan  Gesti.  U. (2015). Pemanfaatan Limbah Tempurung  Biji  Karet  Sebagai Bahan  Elektroda  Superkapasitor , Laporan  Penelitian  Dosen  Muda, Universitas Andalas, Padang Olly,  N.T.,  Admin,  A.,  dan  Emriadi. (2015). Pengaruh Suhu Pembakaran Terhadap Pem- bentukan Elektroda Superkapasitor TiO2/C  Berpendukung  Keramik Melalui  Metoda  Sol  Gel ,  Laporan Penelitian  Unggulan  Perguruan Tinggi, Universitas Andalas, Padang Olly,  N.T.,  Emriadi.,  Admin,  A., Hermansyah. A., Hanif. W. (2016).
Der Pharma Chemica , 8(17):26-30 Yacob  A  R,  Majid  Z  A,  Dewi  R  S.
(2008). The  Malaysian  Journal  of Analytical  Sciences ,  12(1):264- 271.
Rossi,  M.,  Iskandar,  F.,  Abdullah,  M., Khairurrijal. (2014). Int. J. Electrochem.Sci., 9:4251-4256. Sun, Fei, Jihui Gao, Xin Liu, Xinxin Pi,
Yuqi  Yang,  Shaohua  Wu.  (2016).
Journal of Applies Surface Science
2016: 857–863