## PENGARUH PERLAKUAN SOKLETASI DAN AKTIVATOR KOH TERHADAP KINERJA KARBON AKTIF CANGKANG KELAPA SAWIT SEBAGAI  ELEKTRODA SUPERKAPASITOR
Admin Alif*, Olly Norita Tetra, Hermansyah Aziz, dan Hadi Defri
Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Andalas Padang
Email : olly512@yahoo.com

## ABSTRAK
Karbon  aktif  dari  limbah  cangkang  kelapa  sawit  dapat  dimanfaatkan  sebagai  bahan  elektroda superkapasitor. Pada penelitian ini dipelajari pengaruh perlakuan sokletasi dan aktivasi terhadap karbon  aktif  cangkang  kelapa  sawit  yang  dijadikan  sebagai  bahan  elektroda  superkapasitor. Perlakuan sokletasi dan aktivasi membuat proses preparasi karbon cangkang kelapa sawit menjadi lebih mudah dibandingkan tanpa perlakuan  sokletasi dan aktivasi. Pengaruh sokletasi terhadap kinerja karbon cangkang kelapa sawit sebagai elektroda superkapasitor dilihat dari meningkatnya luas permukaan spesifik 7 kali lebih besar yaitu dari 1,829 m 2 /g menjadi 13,136 m 2 /g dan nilai kapasitansi meningkat 236,82  kali lebih besar  dari 0,198 µF menjadi 46,8900 µF
Kata kunci : Aktivasi, sokletasi, superkapasitor dan carbon cangkang kelapa sawit

## PENDAHULUAN
Superkapasitor  merupakan  terobosan baru  di  dunia  piranti  penyimpan  energi  yang memiliki  rapat  daya  yang  besar,  kapasitas penyimpanan  muatan  yang  sangat  besar, proses  pengisian-pengosongan  muatan  yang cepat  dan  tahan  lama  jika  dibandingkan dengan  baterai  atau  kapasitor  biasa.(  Boyea, J.M.,  et al . 2007)
Pemanfaatan  limbah  biji  karet  yang dimanfaatkan  sebagai  karbon  pada  bahan elektroda  superkapasitor  sebelumnya  juga sudah  diteliti  (Olly,  N.T,  dkk  2015)  ,  karena struktur  pori  menghubungkankemampuan superkapasitor  dalam  menyimpan  muatan maka karbon berpori potensial  untuk digunakan sebagai material elektroda superkapasitor,  struktur  pori  ini  bisa  didapat dengan  melakukan  aktivasi  terhadap  karbon menjadi karbon aktiv karena memiliki potensi kerapatan  energi  yang  tinggi,  aksesibilitas pori  yang  baik,  dan  biaya  pembuatan  yang relatif  murah.  Karbon  aktiv  dapat  dibuat dengan cara karbonisasi bahan alami dan juga bisa  dengan  menggunakan  aktivasi  kimia dengan menggunakan asam, basa dan garam,
tetapi dari berbagai penelitian aktivasi dengan menggunakan  basa  (NaOH  dan  KOH)  akan memberikan struktur pori yang lebih berperan dalam  penyimpanan  muatan  (Emriadi.,  dkk 2014; Olly, N.T., dkk 2016).  Selain struktur pori  dari  karbon  aktif,  kapasitas  energy  dari superkapasitor  juga  ditentukan  oleh  jenis elektrolit.  Penggunaan  karbon  dari  cangkang kelapa sawit yang dikarbonasi pada suhu 300- 400°C  tanpa  aktivasi,  dan  dihasilkan  nilai kapasitansi yang rendah yaitu 41,21µF. (Olly, N.T.,  2016; Hermansyah,  2016) Berdasarkan hasil penelitian tersebut,
maka  pada  penelitian  ini  dipelajari  pengaruh aktivasi dan sokletasi dari bahan karbon dari limbah  cangkang  kelapa  sawit  sebagai elektroda  dengan  elektrolit  asam  pospat (H 3 PO 4 ). Sokletasi bertujuan untuk menghilangkan kandungan lemak yang ada di cangkang  kelapa  sawit  yang  mempengaruhi nilai  kapasitansi  dan  aktivasi  berguna  untuk membuka  dan  memperbaiki  struktur  pori cangkang  kelapa sawit sehingga kemampuan dari  elektroda  untuk  menyimpan  muatan menjadi lebih besar dari sebelumnya.

## METODE PENELITIAN
Proses  Sokletasi  pada  Cangkang  Kelapa Sawit
Proses  sokletasi  dilakukan  dengan  pelarut  n- heksan  selama  5  jam  dan  cangkang  kelapa sawit yang telah disokletasi disiapkan sebagai karbon untuk elektroda superkapasitor.
Cangkang kelapa sawit yang telah disokletasi lalu difurnance pada suhu 300 o C.

## Persiapan  Aktivasi  Karbon  Cangkang Kelapa Sawit dengan KOH
Cangkang  kelapa  sawit  dikarbonisasi  pada suhu  300°C  selama  4  jam  kemudian dihaluskan dan diayak  dengan  menggunakan ayakan  berukuran  45  μm  dan  63  μm.  Proses aktivasi  dilakukan  dengan  menambahkan KOH  10  M  yang  digunakan  sebagai  zat pengaktivasi,  dengan  perbandingan  masa karbon  dan  KOH  1:4  diaduk  hingga  KOH merata dan didiamkan selama 4 jam. Karbon aktif  kemudian  difurnance  pada  suhu  300 dan  400°C  selama  4  jam  dan  dilakukan pencucian  dengan  menambahkan  HCl  0,1 M sampai  pH  7,  dan  dilanjutkan  pencucian dengan  akuades.  Karbon  aktif  yang  didapat dipanaskan  pada  suhu  ±  105°C  (Chaitra  K 2016 ; Hartono, dkk 2010].

## Karakterisasi  Pada  Karbon  Cangkang Kelapa Sawit
Karbon aktif cangkang kelapa sawit dikarakterisasi  dengan  menggunakan  X-Ray
Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy  –  Energy  Dispersive  X-Ray (SEM-EDX),  dan  Surface  Area  Analyzer (SAA).

## Perakitan 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
Karakterisasi  Karbon  Cangkang  Kelapa Sawit sebagai Bahan Elektroda
a. X-Ray Diffraction (XRD)
Gambar  2. Pola  difraksi  karbon cangkang  kelapa  sawit  dengan  suhu pembakaran 400 o C.
Gambar  2,  menunjukkan  bahwa  struktur karbon  cangkang  kelapa  sawit  berbentuk amorf, Pola difraksi memperlihatkan 2 puncak difraksi  dengan  nilai 2°  sekitar  22  –  24 o dan 42  –  44 o yang  mana  ini  juga  sesuai  dengan pola  difraksi  dari  grafit  (Hermansyah  ,dkk 2016).
b. Scanning Electron Microscopy (SEM)
Gambar 3. adalah hasil karakterisasi SEM dari karbon cangkang kelapa sawit dan didapatkan bahwa  morfologi  permukaan  dari  karbon cangkang  kelapa  sawit  berupa  granular. Struktur pori karbon tanpa perlakuan aktivasi dan sokletasi lebih kecil dibandingkan dengan karbon aktivasi dan sokletasi. Ini mengindikasikan  bahwa  dengan  adanya perlakuan  sokletasi  dan  aktivasi  terhadap karbon cangkang kelapa sawit akan membuat pori tersebar merata, menghilangkan pengotor sehingga  memperluas  volume  pori,  dan meningkatkan luas permukaan dari cangkang kelapa sawit.
40 | Jurnal Zarah , Vol. 5 No. 2 (2017)
a. b.
Gambar 3. Hasil Karakterisasi SEM dengan perbesaran  3000  kali  pada  karbon  cangkang kelapa  sawit  pada  suhu  pembakaran  400 o C dengan  ukuran  partikel  45  µm  a.  tanpa aktivasi  dan  sokletasi,  b.  aktivasi  dan sokletasi.

## c. Energy dispersive X-Ray (EDX)
Analisis EDX terhadap karbon dari  cangkang kelapa sawit menunjukkan komposisi material yang  terdapat pada  karbon  tersebut. Tabel  1. menunjukkan kandungan karbon dari cangkang kelapa sawit dengan menggunakan EDX.  Komposisi  paling  banyak  yang terkandung  dalam  karbon  dari  cangkang kelapa  sawit  adalah  unsur  karbon.  Unsur kalsium  dan  silika  berasal  dari  mineral  yang terkandung  dalam  karbon  cangkang  kelapa sawit karena bahan dasar karbon berasal dari bahan  alam.  (Kurniati  E,  dkk  2008)  . Komposisi  unsur  kalsium  dan  silika  sangat kecil  dan  untuk  unsur  kalium  berasal  dari aktivator  KOH  yang  masih  tersisa  dikarbon aktif.  Pada  Tabel  1  terlihat  bahwa  pengaruh delipidasi  dan  aktivator  KOH  pada  karbon cangkang  kelapa  sawit  meningkatkan  persen massa karbon hingga 11,78 % yaitu dari 77,66
%  menjadi  88,03  %.  Aktivasi  dan  delipidasi
dapat mengurangi kadar air yang terkandung di  dalam  karbon  cangkang  kelapa  sawit. Kandungan air lebih banyak menguap dengan perlakuan aktivasi dan delipidasi.
Tabel  1. Komposisi  material  yang terkandung di dalam karbon cangkang kelapa sawit pada suhu pembakaran 400 o C. Unsur % Berat Perlakuan Tanpa Aktivasi dan Delipidasi Aktivasi Aktivasi dan Delipidasi C 77,66 72,12 88,03 O 22,14 20,39 10,10 Si 0,12 0,26 0,27 Cl - - 0,11 Ca - 0,24 - K 6,99 -

## Pengaruh Delipidasi dan Aktivasi
Tabel  2. Luas  permukaan  spesifik  dari karbon  cangkang  kelapa  sawit  pada  suhu pembakaran 400°C Perlakuan Luas permukaan spesifik (m 2 /g) Kapasita nsi (µF) tanpa  diaktivasi, tanpa delipidasi diaktivas,  tanpa delipidasi 1,829 27,253 0,1980 48,2516 diaktivas dan delipidasi 13,136 46,8900
Pada  Tabel  2,  terlihat  bahwa  pengaruh delipidasi  dan  aktivasi  dapat  meningkatkan luas permukaan 7 kali lebih besar dibandingkan tanpa yang diaktivasi yaitu dari 1,829  m 2 /g  menjadi  13,136  m 2 /g.  Aktivasi bertujuan  membuka  atau  memperbesar  pori yaitu  dengan  cara  memecahkan  ikatan  pada rantai  karbon  atau  mengoksidasi  molekul- molekul permukaan sehingga karbon mengalami  perubahan  sifat  baik  fisika maupun  kimia  yaitu  luas  permukaannya bertambah besar.( Yacob A R, et al, 2008)
Delipidasi  dengan  metoda  sokletasi dilakukan  untuk  menghilangkan  lipid  atau minyak  pada  cangkang  kelapa  sawit.  Pada penelitian ini proses delipidasi dengan metoda sokletasi  tidak  menaikkan  nilai  kapasitansi karena  proses  delipidasi  membuat  gugus fungsi  yang  terkandung  pada  minyak  hilang sehingga  jumlah  gugus  fungsi  pada  karbon cangkang  kelapa  sawit  berkurang  yang  akan mengurangi  kemampuan  karbon  cangkang kelapa  sawit  menyimpan  muatan  menurun. Delipidasi membuat proses preparasi menjadi lebih  mudah.  Kandungan  minyak  cangkang kelapa  sawit  berdasarkan  literature  yaitu 7,4781%. Pada penelitian ini didapat kandungan  minyak  yaitu  3,237%.  Perbedaan persen  kadar  minyak  cangkang  kelapa  sawit ini  dipengaruhi  oleh  asal  sawit  yang disokletasi,  kondisi  tanah  tempat  cangkang sawit  tersebut  diambil  dan  nilai  mutu  dari minyak sawit tersebut.
Pengukuran Sifat-sifat Listrik dari
Elektroda Superkapasitor Berbahan Dasar Karbon Cangkang Kelapa Sawit. a. Pengaruh  Ukuran  Partikel  Karbon Cangkang Kelapa Sawit terhadap Nilai Kapasitansi dari Elektroda Superkapasitor
Gambar  4.  menunjukkan  bahwa  semakin besar  luas  permukaan  suatu  elektroda,  maka semakin  besar  nilai  kapasitansi.  Hal  ini disebabkan  karena  semakin  besar  luas permukaan  elektroda,  maka  semakin  besar kemampuan elektroda tersebut untuk menyimpan muatan. Luas permukaan elektroda  yang  besar  akan  menyediakan tempat  untuk  penyimpanan  muatan  untuk membentuk  lapis  rangkap  listrik  pada permukaan  elektroda  tersebut  (  Sun,  etal, 2016).
Gambar 4. Pengaruh ukuran partikel karbon cangkang kelapa  sawit  terhadap  nilai kapasitansi dari elektroda superkapasitor
Superkapasitor dengan ukuran partikel 45 µm memiliki  nilai  kapasitansi  maksimum  yaitu 8,633  µF  dengan  nilai  15  kali  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  superkapasior  dengan ukuran  partikel  90  µm  dengan  nilai kapasitansi yaitu 0,563 µF. Hal ini disebabkan karena  luas  permukaan  karbon  cangkang kelapa  sawit  ukuran  45  µm  lebih  besar dibandingkan  dengan  ukuran  partikel  63  µm dan  90  µm,  sehingga  kemampuannya menyimpan muatan lebih besar dibandingkan karbon cangkang kelapa sawit ukuran partikel 60 µm dan 90 µm.
b. Pengaruh Luas Permukaan Plat Elektroda  Karbon  Cangkang  Kelapa
Sawit Terhadap Nilai Kapasitansi dari Elektroda Superkapasitor
Luas  permukaan  elektroda  berpengaruh terhadap  nilai  kapasitansi.  Semakin  besar ukuran plat semakin meningkat kemampuannya dalam menyimpan muatan.
Gambar  5. Pengaruh  luas  permukaan  plat elektroda  karbon  cangkang  kelapa  sawit terhadap  nilai  kapasitansi  dari  elektroda superkapasitor
Gambar  5.  menunjukkan  bahwa  semakin besar luas plat elektroda, maka semakin besar nilai  kapasitansi.  Hal  ini  disebabkan  karena semakin  besar  luas  plat  elektroda,  maka semakin besar kemampuan elektroda tersebut untuk menyimpan muatan karena bertambahnya  jumlah  pori  karbon  untuk menyimpan  muatan  (Olly,  N.T,  2016  ;
Hermansyah  dkk,  2016)  .  Luas  permukaan plat  elektroda  yang  besar  akan  menyediakan tempat untuk penyimpanan muatan membentuk  lapis  rangkap  listrik  pada permukaan elektroda tersebut.
0 2 4 6 8 10 40 60 80 100 K a pas it a nsi (µ F) ukuran partikel (µm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 10 20 30 40 k a pas it a nsi (µ F) Ukuran Plat (cm 2 ) 3 x 3              3 x 7             3 x 9          3 x 11
42 | Jurnal Zarah , Vol. 5 No. 2 (2017)
c. Pengaruh Konsentrasi
Elektrolit
Elektroda  Karbon  Cangkang  Kelapa Sawit Terhadap Nilai Kapasitansi dari Elektroda Superkapasitor
Gambar  6. Pengaruh  konsentrasi  elektrolit H 3 PO 4 terhadap  nilai  kapasitansi  dari elektroda superkapasitor
Larutan  elektrolit  yang  semakin  asam  juga akan  merusak  karbon  cangkang  kelapa  sawit pada  kertas  karbon,  dan  juga  separator  PVA karena  lapisan  tipis  PVA  dapat  mengalami perubahan  bentuk  (swelling).  Meningkatnya keasaman  sehingga  menurunkan  kekuatan mekanik dari PVA dan mengganggu mobilitas ion-ion  pada  proses  pembentukan  lapisan rangkap  listrik  pada  permukaan  elektroda  ( Hermansyah, dkk 2016).
Superkapasitor  dengan  konsentrasi elektrolit  0.3  N  memiliki  nilai  kapasitansi maksimum  yaitu  30,694  µF  dengan  nilai hampir 2 kali lipat lebih tinggi dibandingkan dengan superkapasitor dengan konsentrasi 0.1 N.
Pengaruh  Konsentrasi  Elektrolit  H 3 PO 4 terhadap  Konduktivitas  dari  Elektroda Superkapasitor
Nilai  konduktivitas  ditentukan  berdasarkan nilai resistansi yang terukur pada superkapasitor pada luas permukaan elektroda optimum yaitu elektroda dengan ukuran kertas karbon 3 x 11 cm 2 .
Gambar  7. Pengaruh  konsentrasi  elektrolit H 3 PO 4 terhadap  konduktivitas  dari  elektroda superkapasitor.
Gambar  7.  Menunjukkan  konduktivitas maksimum pada konsentrasi elektrolit H 3 PO 4 0,3  N  yaitu  6,723  Ω -1 cm -1 ,  kemudian mengalami  penurunan  pada  konsentrasi elektrolit H 3 PO 4 0,4 N dan 0,5 N.
d. Pengaruh Lama Waktu Pengisian pada Elektroda  terhadap  Nilai  Kapasitansi dari Elektroda Superkapasitor
Semakin lama waktu pengisian maka semakin banyak muatan yang tersimpan sehingga nilai kapasitansi  akan  meningkat  pada  penelitian waktu pengisian dilakukan dengan menggunakan charger Nokia 5 V.
Gambar  8. Pengaruh  waktu  pengisian  pada elektroda  terhadap  nilai  kapasitansi  dari elektroda superkapasitor
Gambar 8. menunjukkan bahwa semakin lama waktu  pengisian  maka  nilai  kapasitansi  dari elektroda  superkapasitor  semakin  meningkat yaitu 46,89 µF. Setelah waktu 35 menit nilai kapasitansi  menurun  karena  pada  saat pengisian  35  menit  semua  ion-ion  dalam separator telah bergerak kepermukaan elektroda  untuk  membentuk  lapisan  rangkap listrik.
Hubungan  Kapasitansi,  Muatan,  dan Jumlah Elektron pada Variasi Konsentrasi Elektrolit dari Elektroda Superkapasitor
Tabel 3. Hubungan Kapasitansi, Muatan, dan Jumlah  Elektron  pada  Variasi  Konsentrasi Elektrolit dari Elektroda Superkapasitor
[H 3 PO 4 ] (N) Kapasitansi (µF) Muatan (C) Jumlah Elektron (e-) 0,1 21,435 2,076 129,082 x 10 17
0 10 20 30 40 50 0 0.2 0.4 0.6 K a pas it a nsi (µ F) Konsentrasi Elektrolit H 3 PO 4 (N) 0 2 4 6 8 0 0.2 0.4 0.6 K ondu k ti v it a s ( x 10 -5 Ω -1cm -1) Konsentrasi Elektrolit H 3 PO 4 (N) 0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 80 K a pas it a nsi (µ F) waktu pengisian (Menit)
Jurnal Zarah , Vol. 5 No. 2 (2017) | 43 0,2 27,040 2,619 162,835 x 10 17 0,3 39,694 3,844 239,037 x 10 17 0,4 38,706 3,748 233,088 x 10 17 0,5 30,480 2,952 183,551 x 10 17
Tabel  3  menunjukkan  bahwa  semakin  besar kapasitansi, maka semakin besar pula muatan yang  tersimpan  dan  elektron  yang  mengalir dari  larutan  elektrolit  ke  elektroda  juga semakin banyak. Muatan maksimum ada pada konsentrasi  elektrolit  0,3  N  dengan  jumlah muatan 239,037 x 10 17 e - .

## KESIMPULAN
Karbon  aktif  dari  perlakuan  sokletasi  dan aktivasi  memiliki  luas  permukaan  spesifik 13,136 m 2 /g. Pengaruh aktivasi dengan KOH setelah sokletasi adalah terjadinya peningkatan nilai kapasitansi dan konduktivitas. Pada elektroda yang diaktivasi dengan  KOH  memberikan  nilai  kapasitansi maksimum  pada  ukuran  partikel  45  µm (8,726 µF) dengan waktu pengisian 15 menit dan  konsentrasi  elektrolit  0,3  N.  Sedangkan nilai kapasitansi optimum yaitu 46.89 µF pada ukuran  plat  3  x  11  cm,  waktu  pengisian optimum  35  menit  dan  konsentrasi  elektrolit H3PO4 adalah 0,3 N.

## DAFTAR RUJUKAN
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 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 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 Olly, N.T., Emriadi., Admin, A., Hermansyah. A.,  Hanif.  W.,  (2016),  Der  Pharma
Chemica, 8(17):26-30
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.
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.
Hartono,  Singgih  dan  Ratnawati,  ( 2010), Jurnal  Sains  Materi  Indonesia, 12 (1): 12-16.
Yacob A R, Majid Z A, Dewi R S, Inderan.,
(2008),  The  Malaysian  Journal  of Analytical Sciences, 12(1):264-271.
Sun, Fei, Jihui Gao, Xin Liu, Xinxin Pi, Yuqi Yang,  Shaohua  Wu.  2016,  Journal  of Applies Surface Science, 857–863 Chao  P,  Xing-bin  Y,  Ru-tao  W,  Jun-wei  L, Yu-jing O, Qun-ji X., (2013),
Electrochimica Acta  401-408.
Olly, N.T., Admin, A., dan Emriadi., (2015),
Pengaruh  Suhu  Pembakaran  Terhadap Pembentukan Elektroda Superkapasitor TiO 2 /C Berpendukung Keramik Melalui  Metoda  Sol  Gel,  Laporan Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi, Universitas Andalas, Padang Barmawi,  I.,  Taer,  E.,  Umar  A.  I.,  (2011), Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia, 11:1-5.
Choudhury,  N.  A.,  Sampath,  S.,  Shukla,  K.,
(2008). Hydrogel-Polymer Electrolytes for  Electrochemical  Capacitors  :  An Overview, Energy And Environmental
Science, 2:55-56
Rossi,  M.,  Iskandar,  F.,  Abdullah,  M.,
Khairurrijal., (2014), Int. J. Electrochem.Sci., 9:4251-4256.