## FABRIKASI MEMBRAN POLIMER BERBASIS LIMBAH STYROFOAM SEBAGAI ELEKTROLIT PADA BATERAI TERBARUKAN
1 Najmudin Fauji, 2 Eri Widianto
1, 2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang
1 najmudin.fauji@staff.unsika.ac.id, 2 eri.widianto@ft.unsika.ac.id

## I. P ENDAHULUAN
Baterai telah menjadi bagian penting dari kehidupan sehari- hari.  Dalam  kehidupan  modern  saat  ini,  baterai  menjadi  sebuah kebutuhan  yang  melekat  pada  setiap  aktivitas  terutama  yang berhubungan  dengan  piranti  elektronika.  Baterai  didefinisikan sebagai suatu sel elektrokimia yang terhubung secara elektrik dan mempunyai  terminal  atau  kontak-kontak  untuk  menghasilkan energi listrik [1]. Baterai memiliki tiga bagian, yaitu katoda, anoda dan elektrolit. Katoda sebagai kutub positif, anoda sebagai kutub negatif dan elektrolit sebagai konduktor ionik atau energi di dalam baterai.  Elektrolit  atau  konduktor  ionik  memiliki  sifat konduktivitas ionik.
Elektrolit saat ini dapat berupa elektrolit cair dan elektrolit padat, dimana setiap elektrolit memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.  Elektrolit  cair  memiliki  kelebihan  yaitu  lebih cepat  terionisasi  sempurna,  namun  dapat  bocor  dan  mudah terbakar.  Sedangkan  elektrolit  padat  merupakan  elektrolit  yang berbentuk padat (solid) yang memiliki kelebihan yaitu tidak mudah bocor karena berbentuk solid, lebih aman, lebih praktis dan dapat dibuat dengan ukuran yang lebih kecil dan tipis. Oleh karena itu, para  peneliti  memiliki  inovasi  untuk  membuat  baterai  polimer padat  (solid)  yaitu  baterai  lithium  sekunder.  Hasil  analisis  yang sudah ada menunjukkan bahwa elektrolit padat lebih diminati oleh banyak peneliti dibadingkan elektrolit cair.
Seiring perkembangan  ilmu pengetahuan, saat ini polimer dapat  digunakan  sebagai  elektrolit  padat  pada  baterai  lithium sekunder. Polymer  electrolyte  membrane (PEM)  berfungsi menghantarkan  kation  dari  anoda  ke  katoda.  Hingga  saat  ini membran komersial yang telah banyak digunakan yaitu membran perflorosulfonat  dari  Nafion®  karena  memiliki  konduktivitas proton, kekuatan mekanik, dan kimia tinggi [2], [3], [4]. Namun, Nafion®  memiliki  beberapa  kelemahan  antara  lain  tingginya permeabilitas membran Nafion® terhadap bahan bakar, harganya mahal,  dan  ketahanan  termalnya  rendah.  Sehingga  dibutuhkan material baru sebagai bahan untuk membuat membran pengangkut proton  dengan  karakteristik  yang  sama  atau  lebih  baik  dari
Nafion®,  salah  satunya  adalah  polistiren  (PS).    Polistiren  (PS) merupakan polimer bergugus aromatik yang mudah disintesis dari monomernya,  stiren.  Namun,  PS  tidak  dapat  menghantarkan proton sehingga dibutuhkan proses sulfonasi untuk menghasilkan gugus sulfonat yang dapat menghantarkan proton [5], [6]. Salah satu bahan yang banyak mengandung polistirena adalah styrofoam . Bahan  dasar  yang  digunakan  dalam  pembuatan styrofoam ini terdiri  dari  90-95% polystyrene dan  5-10%  gas  n-butana. Polystyrene bersifat  sangat  amorphous  dan  tembus  cahaya, mempunyai indeks refraksi tinggi, sukar ditembus oleh gas kecuali uap air.
Pengunaan styrofoam yang  berlebih  akan  menghasilkan limbah yang bertumpuk. Styrofoam merupakan limbah yang sulit terurai  secara  alamiah  karena  perlu  waktu  yang  sangat  lama. Apabila terbawa ke laut, styrofoam dapat merusak ekosistem dan biota  laut.  Selain  itu, styrofoam merupakan  salah  satu  peyebab banjir,  styrofoam  yang  tersangkut  tersebut  menjadi  pemicu sampah  lain  ikut  tersangkut  pula.  Data  dari Environmental Protection Agency (EPA) menyebutkan bahwa styrofoam adalah limbah  berbahaya  terbesar  ke-5  di  dunia.  Oleh  karena  itu, diperlukan  upaya  untuk  mengatasi  permasalahan  limbah styrofoam ,  salah  satunya  dengan  memanfaatkannya  sebagai membran polimer elektrolit yang dapat diaplikasikan pada fuel cell , baterai Lithium dan sel surya.
Berdasarkan  uraian  di  atas,  maka  penelitian  ini  akan dilakukan fabrikasi membran polimer berbasis limbah styrofoam dan karakterisasi sifat-sifatnya. Pemanfaatan limbah styrofoam ini diharapkan  mampu  menciptakan  lingkungan  yang  bersih  serta dapat menjadi bahan untuk energi alternatif baru.

## II. METODE PENELITIAN
Bahan  penelitian  yang  digunakan  pada  penelitian  ini meliputi: Limbah styrofoam , pelarut Thinner (impala), etanol dan quades. Peralatan penelitian yang digunakan meliputi: Beker gelas, tabung erlenmeyer, gelas ukur, pipet, hot plate stirrer , dan cetakan

## I N F O  A R T I K E L
Diterima  : 28 Desember 2017 Direvisi  : 26 Januari 2018 Disetujui : 16 Maret 2018
Kata Kunci : Baterai, membran elektrolit, styrofoam

## A B S T R A K
Baterai merupakan salah satu bentuk teknologi penyimpan energi yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai memiliki tiga bagian, yaitu katoda, anoda dan elektrolit. Katoda sebagai kutub positif, anoda sebagai kutub negatif dan elektrolit sebagai konduktor ionik. Pemakaian larutan sebagai  elektrolit  dapat  menyebabkan  masalah  yaitu  dapat  bocor  dan  mudah  terbakar.  Sehingga dibutuhkan membran elektrolit yang lebih aman, lebih praktis dan dapat dibuat dengan ukuran yang lebih kecil dan tipis. Limbah styrofoam mengandung zat berbahaya bagi tubuh dan susah terurai dalam tanah. Tetapi styrofoam banyak mengandung polimer yaitu polistiren, yang dapat diaplikasikan sebagai bahan pembuat membran elektrolit. Oleh karena itu, penelitian ini akan dilakukan fabrikasi membran polimer berbasis limbah styrofoam serta karakterisasi sifat-sifatnya. Pemanfaatan limbah styrofoam ini diharapkan  mampu  menciptakan  lingkungan  yang  bersih  serta  dapat  menjadi  bahan  untuk  energi alternatif  baru  seperti fuel  cell ,  baterai  dan  sel  surya.  Membran  polimer  ini  berpotensi  untuk diaplikasikan  pada fuel  cell ,  baterai  Lithium  dan  sel  surya.  Pemanfaatan  limbah styrofoam ini diharapkan  mampu  menciptakan  lingkungan  yang  bersih  serta  dapat  menjadi  bahan  untuk  energi alternatif baru.

## FABRIKASI MEMBRAN POLIMER BERBASIS LIMBAH STYROFOAM SEBAGAI ELEKTROLIT PADA BATERAI TERBARUKAN
membran.  Karakterisasi  membran  menggunakan Fourier Transform  Infra  Red (FTIR)  untuk  mengetahui  ikatan  kimia membran.  Beberapa  bahan  dan  peralatan  penelitian  ditunjukan pada gambar berikut:
Gambar 1 (a) Limbah Styrofoam , (b) Pelarut Thinner Gambar 2 (a) Hot plate magnetic stirrer , (b) Timbangan, (c) Cawan,
(d) Bekker glass
Tahap  awal  dalam  pembuatan  membran  polimer  yaitu membersihkan styroform ,  kemudian  dijemur  hingga  kering. Selanjutnya styrofoam dihancurkan  sampai  ukuran  kecil-kecil ditimbang 4 gram, dan dilarutkan dengan  menggunakan 10  mL Thinner.  Larutan styrofoam diaduk  menggunakan magnetic  hot plate  stirrer selama  10  menit  sampai  larutan  benar-benar homogen. Larutan yang sudah  homogen selanjutnya dituangkan ke  dalam  cetakan  membran  yang  terbuat  dari  kaca.  Sampel dibiarkan  hingga  mengering  dan  terbentuk  membran.  Membran diukur  ketebalannya  dan  siap  dilakukan  pengujian  atau karakterisasi.
Gambar 3 Cetakan membran dari kaca

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Membran Styrofoam dibuat dengan metode yang sederhana yaitu dengan metode cetak ( hand lay up ). Limbah Styrofoam yang telah dibersihkan dan dikeringkan dipotong kecil-kecil, selanjutnya dilarutkan  menggunakan  pelarut  berupa  thinner.  Sehingga dihasilkan  suatu  larutan  polimer  yang  homogen  seperti  pada Gambar 4 berikut:
Gambar 4 Larutan Styrofoam setelah pengadukan Gambar 5 Membran polimer dari limbah Styrofoam
Gambar  5  menunjukan  hasil  membran Styrofoam yang sudah kering. Membran yang telah dicetak, kemudian dikeringkan untuk  menghilangkan  pelarut-pelarut  dan  pengotor  yang  mudah menguap  sehingga  membran  lebih  cepat  kering.  Tampak  jelas bahwa membran bersifat transparan dan fleksibel, serta memiliki kekuatan  mekanik  yang  cukup  baik.  Membran  yang  dihasilkan rata-rata  memilik  ketebalan  sekitar  1-2  mm.  Untuk  mengetahui gugus  fungsi  atau  ikatan  kimia  membran,  maka  dilakukan karakterisasi  menggunakan  spectrometer  FTIR  Prestige  21 Shimadzu.  Hasil  karakterisasi  membran  polimer  menggunakan FTIR ditunjukkan pada Gambar 6 berikut.
Gambar 6 (a) Spektrum FTIR polystrine [7], (b) membran dari Styrofoam Spektrum FTIR pada Gambar 6 menunjukan adanya peak yang kuat dan tajam pada bilangan gelombang sekitar 3058-3024 cm -1 .  Panjang  gelombang  ini  menunjukkan  adanya  gugus  C-H aromatik. Terlihat juga peak bilangan gelombang 2910 cm-1 yang menunjukkan  adanya  CH 2 asimetrik.  Untuk  CH 2 simetrik  pada bilangan gelombang sekitar 2848 cm -1 . Deformasi CH 2 dan C=C
(b) (a) (a) (b)

## FABRIKASI MEMBRAN POLIMER BERBASIS LIMBAH STYROFOAM SEBAGAI ELEKTROLIT PADA BATERAI TERBARUKAN
dari  cincin  aromatik  pada  1451  cm -1 .  Pembelokan  C-H  pada bidang  pada  1068  cm -1 .  Dari  kehadiran  peak-peak  tersebut menunjukkan  bahwa  membran styrofoam tersebut  mengandung polystirena [8].
T ABEL I G UGUS  FUNGSI MEMBRAN POLYSTIRENA
Bilangan Gelombang (cm -1 ) Gugus fungsi yang sesuai >3000 Regang C-H cincin aromatik 3000 – 2850 Regang C-H alkane 1600 dan 1492,8 Regang C=C cincin aromatik 1460 Lentur C-H dari CH 2 757,3 dan 698,1 Hidrokarbon aromatik
Membran Styrofoam yang  dibuat  merupakan  membran polimer  yang  mengandung  polystiren  (PS). Polymer  electrolyte membrane (PEM) berfungsi menghantarkan kation dari anoda ke katoda.  Hingga  saat  ini  membran  komersial  yang  telah  banyak digunakan yaitu membran perflorosulfonat dari Nafion® karena memiliki  konduktivitas  proton,  kekuatan  mekanik,  dan  kimia tinggi [2], [3], [4]. Namun, Nafion® memiliki beberapa kelemahan antara  lain  tingginya  permeabilitas  membran  Nafion®  terhadap bahan  bakar, harganya  mahal, dan ketahanan termalnya rendah. Polistiren  (PS)  merupakan  polimer  bergugus  aromatik  yang mudah  disintesis  dari  monomernya,  stiren.  Sehingga  membran yang  dibuat  dari  limbah Styrofoam ini  dapat  menjadi  solusi pengganti Nafion® sebagai membran polimer elektrolit.
Membran  polimer  ini  berpotensi  untuk  diaplikasikan  pada fuel  cell ,  baterai  Lithium  dan  sel  surya.  Pemanfaatan  limbah styrofoam ini diharapkan  mampu  menciptakan  lingkungan  yang bersih serta dapat menjadi bahan untuk energi alternatif baru.

## IV. KESIIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil membran polimer dari limbah Styrofoam berhasil dibuat dengan pelarut thinner dengan metode sederhana. Karakterisasi membran dari  limbah Styrofoam menggunakan  FTIR  menunjukka  bahwa membran  yang  dibuat  termasuk  membran  polimer Polystirena (PS)  yang  sangat  berpotensi  sebagai  membran  elektrolit  untuk baterai terbarukan.

## DAFTAR RUJUKAN
[1] Winter, M., Brodd, R.J., What Are Batteries, Fuel Cell, and  Supercapacitors.  Chemical  Reviews ,  104,  4245-
4269. 2004.
[2] Li,  Q.,  He,  R.,  Jensen  J.  O.,  dan  Bjerrum,  N., Approaches  and  recent  development  for  fuel  cells operation above 100 C , Chem Mater, vol 15, pp. 4896-
4915, 2004.
[3] Byungchan B., Heung Y. H., Dukjoon K., Nafion-graft- polystyrene  sulfonic  acid  membranes  for  direct methanol  fuel  cell ,  Journal  of  Membrane  Science  Vol. 276 (1-2),pp 51-58, 2005.
[4] Lu, G. Q., Liu, F. Q., Chao-Yang, W., Water transport through nafion 112 membrane in DMFCs ,
Electrochemical and solid-state latter vol.0, pp A1-A4, 2005.
[5] Smita,  B.,  Sridhar,  S.,  dan  Khan,  A.A., Synthesis  and characterization  of  proton  conducting  polymer membranes  for  fuel  cell ,  Journal  of  membran  science vol.225, pp 63-76, 2003.
[6] Handayani,  S.,  Dewi,  E.  L.,  Purwanto,  W.  W.,  dan Soemantojo,  R.  W., Preparasi  membran  elektrolit berbasis  poliaromatik  untuk  aplikasi  sel  bahan  bakar methanol  langsung  suhu  tinggi ,  Journal  of  materials science, vol.8 (3), pp 192-197, 2007.
[7] Ward, J., Barrett, P.,  dan  AutoChem, MT. Monitoring and  Quantifing  Polymorphic  Crystallizations:  The Application of Raman . Mettler Toledo, 2003.
[8] León-Bermúde,  AY.,  dan  Salazar,  R., Synthesis  and Characterization  of  The  Polystyrene-Asphaltene  Graft Copolymer by FT-IR Spectroscopy . Ciencia, Tecnología y Futuro - Vol. 3 Núm. 4, 2008.