## BATERAI AIR LAUT SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK UNTUK PEMUKIMAN PESISIR DAN BUDIDAYA PERIKANAN
Eko Budi Santoso 1 , Mulyadi 1.2
1, Jurusan Teknik Elektro Universitas Borneo Tarakan, Tarakan, Kalimantan Utara, Indonesia
2. Divisi Teknologi Science Techno Park Kaltara, Tarakan, Kalimantan Utara, Indonesia
1 e-mail.ekob873@gmail.com
2 e-mail.mulyadi@borneo.ac.id
Abstract—Most  of  the  needs  of  coastal  communities  and cultivators  for  electricity  have  not  been  served  by  electricity infrastructure  providers.  This  paper  aims  to  offer  alternative solutions  to  overcome  these  problems  through  the  use  of seawater as a source of electrical energy that can be applied to small-scale  applications  in  households  in  coastal  areas  and surrounding economic activities. This research has implemented  a  seawater  battery with a  combination of  copper and  magnesium  electrodes  and  a  DC-DC  boost  converter  to increase the output voltage level. From the experimental results it is known that voltaic cells arranged in series give a series cell current density of 2.96A/m 2 while parallel cell current density is only  0.0052A/m 2 .  Similarly,  the  series  cell  power  density  was obtained at 24.57W/m 2 while the parallel cell power density was only 0.396W/m 2 . The output voltage of each cell is 1.46V and the  maximum  current  is  183.2mA,  each  cell  is  capable  of producing electrical power of 2.67x10 -3 W. Ten cells arranged in series  can  produce  a  voltage  of  13V.  The  converter  produces unloaded  voltage  of  27.19V  but  on  the  measurement  of  the voltage-loaded it decreases to only 8.1V. Voltaic cell power can last for 5 days in a unload condition and 8 hours if using a load.
Keywords — Sea water, battery, electricity, coastal.
I ntisari — Kebutuhan masyarakat pesisir dan pembudidaya  terhadap  energi  listrik  sebagian  besar  belum dapat  terlayani  oleh  penyedia  infrastruktur  kelistrikan. Makalah  ini  bertujuan  menawarkan  solusi  alternatif  untuk mengatasi  persoalan  tersebut  melalui  pemanfaatan  air  laut sebagai  sumber  energi  listrik  yang  dapat  diterapkan  pada aplikasi skala kecil di rumah tangga  kawasan pesisir maupun kegiatan  ekonomi  di  sekitarnya.  Penelitian  ini  telah menerapkan  baterai  air  laut  dengan  kombinasi  elektroda tembaga dan magnesium serta DC-DC boost converter untuk menaikkan level tegangan keluarannya. Dari hasil eksperimen  diketahui  bahwa  sel  volta  yang  disusun  secara seri  memberikan  rapat  arus  sel  seri  sebesar  2,96A/m 2 sedangkan rapat arus sel paralel hanya sebesar 0,0052A/m 2 . Demikian  pula  rapat  daya  sel  seri  diperoleh  sebesar 24,57W/m 2 sedangkan  rapat  daya  sel  paralel  hanya  sebesar 0,396W/m 2 . Beda potensial setiap sel sebesar 1,46V dan arus maksimum sebesar 183,2mA, setiap sel mampu menghasilkan daya listrik sebesar 2,67x10 -3 W. Sepuluh sel yang disusun seri mampu  menghasilkan  tegangan  sebesar  13V.  Hasil perancangan konverter menghasilkan tegangan tanpa beban sebesar 27,19V namun pada pengukuran tegangan berbeban tegangan  konverter  menurun menjadi hanya 8,1V. Daya sel volta  mampu  bertahan  selama  5  hari  pada  kondisi  tanpa beban dan 8 jam jika menggunakan beban.
Kata Kunci — Air laut, baterai , listrik, pesisir .

## I. PENDAHULUAN
Ketersediaan  yang  makin  menipis  serta  isu  kerusakan lingkungan  [1-3]  mendorong  berbagai  upaya  untuk mencari sumber energi alternatif yang diharapkan mampu mengurangi  ketergantungan  terhadap  bahan  bakar  fosil. Saat ini upaya pencegahan pemanasan global akibat emisi CO 2 yang  berasal  dari  bahan  bakar  fosil  juga  menjadi pertimbangan untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil [4-7]. Salah satu alternatif yang terus dikembangkan oleh para peneliti adalah pemanfaatan air laut sebagai sel bahan  bakar  untuk  membangkitkan  tenaga  listrik  yang ramah  lingkungan  [8-11].  Penggunaan  air  laut  sebagai sumber energi listrik belum dimanfaatkan secara optimal. Keberadaan listrik yang bersumber dari air laut merupakan solusi potensial dan murah untuk kebutuhan penerangan di sekitar  pantai  di  mana  listrik  pemerintah  sulit  diakses. Namun, energi listrik  yang dihasilkan dari sumber energi terbarukan selalu lebih sedikit dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dari sumber tidak terbarukan. Masalah ini perlu  diatasi  jika  energi  terbarukan  diharapkan  untuk mensubsitusi  energi  konvensional.  Mekanisme  ekstraksi portabel untuk menghasilkan listrik perlu diteliti, terutama pengembangan purwarupa pemanenan energi dari air laut. Teknologi  pemanfaatan  atau  pemanen  energi  saat  ini semakin  mendapatkan  perhatian  untuk  energi  bersih  dan berkelanjutan,  terutama  untuk  aplikasi  seperti  internet, perangkat  seluler,  implan  biomedis  dan  jaringan  sensor nirkabel  [12]. Dibandingkan  dengan  sistem  energi terbarukan  yang  menggunakan  energi  skala  besar  seperti energi  matahari,  angin,  pasang  surut,  dan  geo-termal, teknologi  pemanenan  energi  mengekstraksi  secara signifikan  daya  dan  energi  kecil  dari  sumber-sumber sekitar  yang sebagian besar telah terbuang seperti, energi panas tingkat rendah dari panas yang terbuang [13], energi mekanik dari getaran struktural [14], energi magnetik dari gelombang frekuensi radio [15] atau saluran transmisi AC [16],  energi  elektrostatik  dari  kapasitor  yang  tergantung getaran [17], energi cahaya dari komunikasi cahaya tampak [18]  dan  energi  kimia  dari  air  limbah. Upaya memanfaatkan  energi  yang  dipanen  dari  sumber  sekitar menjadi  lebih  dimungkinkan  karena  perangkat  elektrik portabel dan sensor-sensor saat ini kebanyakan dirancang hanya  membutuhkan  arus  listrik  yang  rendah.  Berbagai perangkat  yang  mengubah  energi  dari  sumber  sekitar tersebut secara langsung menjadi listrik telah dikembangkan
seperti generator termoelektrik
menggunakan gradien termal [19], perangkat piezoelektrik menggunakan  deformasi  mekanik  [20],  rectenna  dengan dioda RF [21], bahan electret [22], sel bahan bakar mikroba untuk  proses  respirasi  bakteri  [23].  Sumber  energi  ini umumnya memiliki kerapatan daya yang sangat rendah di kisaran  10-100  μW/cm2  [24],  sehimgga  diperlukan pemanen energi yang mampu meningkatkan tegangan ke level  yang  lebih  tinggi  agar  dapat dengan  mudah  berinteraksi  dengan perangkat  elektronik  yang  umum digunakan  oleh  masyarakat.  Secara keseluruhan, ada lonjakan minat dalam pemanenan energi dari air laut karena potensinya  yang  sangat  besar.  Namun  karena  kurangnya informasi dan teknologi yang belum tersedia, penelitian di bidang  ini  perlu  mendapat  perhatian  lebih  seksama. Makalah  ini  bertujuan  untuk  meninjau  proses  produksi listrik  dari  air  laut  serta  untuk  mengidentifikasi kemungkinan  implementasi  pada  masyarakat  pesisir  dan pembudidaya  untuk  mendorong  terwujudnya  budidaya yang ramah lingkungan.

## II. METODE PENELITIAN
A. Perancangan Sel Volta Sebanyak 10 sel volta dipersiapkan untuk mendukung eksperimen,  sel  volta  tersebut  di  isi  dengan  suatu  cairan dengan  komposisi  terdiri  dari  aquades  sebanyak  2000  ml yang dicampur dengan garam sebanyak 175 gram. Cairan ini akan berfungsi sebagai larutan elektrolit. Pada setiap sel ditempatkan  sepasang  elektroda  logam  berupa  pelat tembaga  (Cu)  dan  pelat  magnesium  (Mg)  dengan spesifikasi penampang setiap elektroda memiliki panjang 7 cm dan lebar 3 cm. Sel-sel ini akan terintegrasi pada suatu wadah yang memiliki dimensi panjang sebesar 20 cm dan lebar  sebesar  14  cm.  Ilustrasi  rancangan  sel  volta ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Penampang wadah sel volta

## B. Spesifikasi Perancangan
Perancangan  didasarkan  pada  sumber  daya  pada  sel volta. Beda potensial listrik minimal sebesar 0,8 Volt dan tertinggi  sekitar  1  Volt.  Beda  potensial  listrik  dan  arus keluaran di harapkan dapat mencapai daya 3 W, sehingga dapat menyalurkan beban sebesar 48Ω. Duty cycle sebesar 0,953 sedangkan penguatan konverter sebesar 14.89 Volt. Estimasi  induktor  sebesar  7,624µH.  Pada  penelitian  ini
menggunakan  toroid  dengan  spesifikasi  T157-2  maka jumlah  lilitan  sekitar  23  lilitan.  Hasil  perancangan konverter  menghasilkan  tegangan  tanpa  beban  sebesar 27,19 V, namun pada pengukuran tegangan menggunakan beban tegangan konverter menurun menjadi 8,1 V.
Tabel I. Spesifikasi perancangan konverter

## C. Pengujian Perangkat
Sel  volta  yang  telah  dibuat,  kemudian  dihubungkan dengan  perangkat  konverter yang  akan  diukur  daya keluaran  besaran  listrik  untuk  sel  volta  yang  disusun  seri dan paralel, serta besaran listrik pada saat perangkat diberi beban dan tanpa beban.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Pengujian Pada Sel Volta
Hasil pengujian sel volta, dicantumkan pada Tabel II
Tabel II

## Hasil pengukuran pada sel volta
Parameter Seri Paralel Arus input 64,7 mA 7,1 mA Tegangan input 1,36 V 0,506 V Arus output 6,22 mA 0,11 mA Tegangan output 8,3 V 7,56 V Daya Output 0,0516 W 0,8316 mW
Dari  Tabel  II  dapat  diketahui  perbandingan  nilai tegangan  dan  arus  yang  dihasilkan  10  sel  volta  yang disusun  seri  dan  paralel,  beda  potensial  tiap  sel  volta sebesar  1,46  Volt.  Daya  luaran  yang  dihasilkan  oleh  sel volta tersusun seri sebesar 0,0516 W sedangkan daya luaran yang dihasilkan oleh sel volta yang tersusun paralel sebesar 0,8316  mW. Dari  tabel  tersebut  terlihat  bahwa  sel  volta yang  disusun  seri  memiliki  nilai  tegangan  dan  arus yang lebih besar dibandingkan sel volta yang disusun paralel, hal ini karena pada sel volta paralel tidak mampu menyalakan beban sehingga arus yang terukur lebih kecil dibandingkan sel volta yang tersusun seri.

## B. Hasil Perhitungan Rapat Daya dan Rapat Arus
Hasil perhitungan rapat arus sel seri
Rapat arus = I /A;
= 0,000622 / 0,0021; =2,96 A/m 2
Hasil perhitungan rapat arus sel paralel Rapat arus = I /A;
= 0,00011 / 0,0021; =0,0052 A/m 2 Hasil perhitungan rapat daya sel seri Rapat daya = I /A; = 0,0516 / 0,0021; =24,57 W/m 2
V in (Min) 0,7 Volt V in (Max) 1 Volt V Out 12 Volt I Out
0,25 Ampere
Hasil perhitungan rapat daya sel paralel Rapat daya = I /A;
= 0,0008316 / 0,0021; =0,396 W/m 2

## C. Hasil Perhitungan Konverter
Hasil perhitungan konverter ditunjukan pada tabel III
Tabel III Hasil Perhitungan Konverter Parameter Seri Paralel Tahanan beban 1334,4 Ω 68727,2 Ω Duty cycle 0,868 0,946 Daya 0,0516 W 0,8316 mW
Kapasitas daya tiap sel memiliki beda potensial sebesar 1,46  V  dan  arus  maksimum  sebesar  183,2  mA,  sehingga daya yang dihasilkan tiap sel adalah sebagai berikut. 𝑃 = 𝑉  ×  𝐼 = 1,46  ×  0,8132 = 0,267 𝑚𝑊

## D. Daya Tahan Sel Volta
Sel  volta  memiliki  ketahanan  terbatas,  elektroda  akan terkorosi  karena  pengaruh  ion  garam.  Magnesium  akan melepaskan  elektron  sehingga  magnesium  akan  meluruh dan larut dengan sendirinya, sedangkan elektroda tembaga akan menerima elektron sehingga elektroda tembaga akan mengalami korosi. Dari pengamatan pada saat eksperimen diketahui bahwa daya tahan sel volta yang disusun seri dan paralel  adalah  5  hari,  sedangkan  jika  menggunakan pembebanan  maka  sel  hanya  mampu  bertahan  selama  8 jam. Sepuluh sel yang disusun seri mampu menghasilkan tegangan sebesar 13 V, semakin banyak sel yang disusun seri,  maka  semakin  besar  tegangan  yang  dihasilkan. Berikut  adalah  kurva  rapat  arus  dan  rapat  daya  yang dihasilkan oleh sel volta pada eksperimen.
Gambar 2. Kurva rapat arus sel seri
Pada  gambar  2  ditunjukkan  bahwa  pada  hari  ke-1  sel volta  mampu  menghasilkan  rapat  arus  sebesar 2,96A/m 2 yang kemudian mengalami sedikit penurunan  pada  hari  ke-2  menjadi  2,95A/m 2
selanjutnya  menjadi  2,89A/m 2 pada  hari  ke-3  lalu menurun  menjadi  2,38A/m 2 pada  hari  ke-4  hingga akhirnya menjadi 2,33A/m 2 pada hari ke-5.
Gambar 3. Kurva rapat arus sel paralel
Sel  volta  juga  disusun  dengan  konfigurasi  paralel. Gambar 3 menunjukkan kurva hasil pengukuran rapat arus yang diperoleh. Hari ke-1 tercatat rapat arus yang dihasilkan  sebesar  0,052A/m 2 yang  kemudian  juga mengalami  penurunan  berturut-turut  sejak  hari  ke-2 menjadi  0,043A/m 2 kemudian  menurun  menjadi 0,033A/m 2 untuk  hari  ke-3  lalu  pada  hari  ke-4  turun menjadi  sebesar  0,029A/m 2 hingga  pada  hari  ke-5 tercatat sebesar 0,019A/m 2 .
Gambar 4. Kurva rapat daya sel seri
Gambar 4 menampilkan kurva nilai rapat daya sel volta yang tersusun seri sejak  hari  ke-1 sebesar 24,58W/m 2 sedikit  menurun  menjadi  24,47W/m 2 pada  hari  ke-2 lalu  menjadi  23,99W/m 2 pada  hari  ke-3  selanjutnya
Days 0 1 2 3 4 5 6 C u r r e n t d e n s it y ( A /m 2 ) 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 Current Density(A/m2) Series Cell Current Density Days 0 1 2 3 4 5 6 C u r r e n t D e n si ty ( A /m 2 ) 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.055 Current Density (A/m2) Parallel Cell Current Density(A/m2) Days 0 1 2 3 4 5 6 P o w e r D e n s i t y ( W / m 2 ) 19 20 21 22 23 24 25 Power Density (W/m2) Series Cell Power Density
kembali  menurun  menjadi  sebesar  19,76W/m 2 pada hari ke-4 hingga akhirnya tercatat sebesar 19,33W/m 2 pada hari ke-5.
Gambar 5. Kurva rapat daya sel paralel
Hasil pengukuran rapat daya sel volta tersusun paralel disajikan  oleh  Gambar  5  yang  juga  menunjukkan kecenderungan  penurunan  setelah  pada  hari  ke-1 tercatat  sebesar  0,40W/m 2 maka  pada  hari  ke-2 menurun  menjadi  0,32W/m 2 lalu  menurun  kembali menjadi  0,25W/m 2 pada  hari  ke-3,  selanjutnya mengalami penurunan kembali pada hari ke-4 menjadi sebesar  0,22W/m 2 hingga  akhirnya  tercatat  pada  hari ke-5 nilai rapat daya sebesar 0,14W/m 2 .

## IV. KESIMPULAN
Pengamatan  dari  implementasi  sel  volta  yang  tersusun secara  seri  dan  paralel  pada  sistem  baterai  air  laut  ini diantaranya adalah rangkaian konverter yang telah dibuat lebih cocok digunakan pada sel volta yang tersusun secara seri, hal ini tampak dari pengujian  sel volta yang disusun secara  seri  memberikan  rapat  arus  sel  sebesar  2,96  A/m 2 sedangkan  rapat  arus  sel  paralel  hanya  0,0052  A/m 2 . Demikian pula rapat daya sel seri diperoleh sebesar 24,57 W/m 2 sedangkan rapat daya sel paralel hanya 0,396 W/m 2 sehimgga  menghasilkan  cahaya  LED  yang  lebih  terang daripada  sel  volta  yang  tersusun  secara  paralel.  Desain konverter  sesuai  untuk  menguji  konverter  tanpa  beban, dengan beda potensial  setiap  sel sebesar 1,46 V dan arus maksimum  sebesar  183,2  mA,  maka  setiap  sel  mampu menghasilkan daya sebesar 2,67x10 -3 W. Sepuluh sel yang disusun seri mampu menghasilkan tegangan sebesar 13 V, namun tegangan keluaran konverter akan menurun secara eksponensial ketika dibebani, sehingga daya tahan sel seri dan  paralel  adalah  5  hari  dalam  kondisi  tanpa  beban  dan jika mendapat pembebanan maka sel volta dapat bertahan hingga 8 jam sebelum elektroda terkorosi dan mengalami peluruhan massa, walaupun demikian kombinasi elektroda
tembaga  dan  magnesium  terbukti  mampu  menghasilkan energi  listrik  lebih  besar  daripada  elektroda  jenis  lain. Penyesuaian  rancangan  rangkaian  konverter  daya  dan  sel baterai diperlukan untuk mendapatkan hasil optimal yang sesuai dengan kebutuhan pengguna.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  disampaikan  kepada  Ibu  Rika  Wahyuni Arsianti, S.T., M.T dan Ibu Raudhah, S.T., Sp.d yang telah memfasilitasi  penyelesaian  penelitian  ini  sejak  proses penyusunan proposal hingga akuisisi data dan penyusunan artikel ini.

## REFERENSI
[1] Alamaro M Nature. 514 7. 2014.
[2] Schiermeier O Nature. 514 10–11. 2014.
[3] Hartmann A, Gleeson T, Wada Y, Wagener T Proc. Natl. Acad. Sci. 114 2842-2847. 2017.
[4] Kamat P V Acc. Chem. Res. 50 527–531. 2017
[5] Yuan Y J, Yu Z T, Chen D Q, Zou Z G Chem. Soc.  Rev. 46 603–631. 2017
[6] Christoforidis K C, Fornasiero P Chem.Cat.Chem. 9 1523– 1544. 2017
[7] Bae D, Seger B, Vesborg P C K, Hansen O, Chorkendorff I Chem. Soc. Rev. 46 1933–1954, 2017.
[8] Wilcock W, Kaufman P, Development of seawater battery for deep-Water applications J. Power Sources. 66 71. 1997
[9] Park S, B Senthil Kumar, K Kim, SM Hwang and Y Kim. Saltwater  as  The  Energy  Source  for  Low  Cost,  Safe Rechargeable Batteries. Journal Material Chemistery A. 4 (19):7207-7213. 2016.
[10] Chu  J  The  power  of  salt.  MIT  Study  investigates  power generation  from  the  meeting  of  river  water  and  seawater. 2014.
[11] Tedesco  M,  Cipollina  A,  Tamburini  A  and  Micale  G Towards 1kW power production in a reverse electrodialysis pilot  plant  with  saline  waters  and  concentrated  brines Journal of Membrane Sci 2017. vol 522 pp 226.
[12] J.A.  Paradiso,  T.  Starner,  Energy  scavenging  for  mobile IEEE Pervasive Computing 4 (1) (Jan 2005) 18–27.
[13] M.  Reznikov,  P.  Wilkinson,  Electric  power  generation  at low  temperature  gradients,  IEEE  Trans.  Ind.  Appl. 50  (6) (Nov 2014) 4233–4238.
[14] R. Dayal, S. Dwari, L. Parsa, Design and implementation of a direct AC-DC boost converter for low-voltage energy harvesting, IEEE Trans. Ind. Electron. 58 (6) (June 2011) 2387–2396.
[15] J. Liu, K. Xiong, P. Fan, Z. Zhong, RF energy harvesting wireless  powered  sensor  networks  for  smart  cities,  IEEE Access 5 (May 2017) 9348–9358.
[16] T.  Hosseinimehr,  A.  Tabesh,  Magnetic  field  energy harvesting  from  AC  lines  for  powering  wireless  sensor nodes in smart grids, IEEE Trans. Ind. Electron. 63 (8) (Aug 2016) 4947–4954.
[17] E.O.  Torres,  G.A.  Rincon-Mora,  Electrostatic  energy- harvesting and battery-charging  CMOS system prototype, IEEE  Transactions  on  Circuits  and  Systems  I:  Regular Papers 56 (9) (Sept 2009) 1938–1948.
[18] T.  Rakia,  H.C.  Yang,  F.  Gebali,  M.S.  Alouini,  Optimal design  of  dual-hop  VLC/RF  communication  system  with energy harvesting, IEEE Commun. Lett. 20 (10) (Oct 2016) 1979–1982.
[19] M.  Bond,  J.D.  Park,  Current-sensorless  power  estimation and  MPPT  implementation  for  thermoelectric  generators, IEEE Trans. Ind. Electron. 62 (9) (Sept 2015) 5539–5548.
[20] G.K.  Ottman,  H.F.  Hofmann,  A.C.  Bhatt,  G.A.  Lesieutre, Adaptive  piezoelectric  energy  harvesting  circuit  for
Days 0 1 2 3 4 5 6 P o w e r D e n si t y ( W / m 2 ) 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 Power Density (W/m2) Paralel Cell Power Density (W/m2)
wireless  remote  power  supply,  IEEE  Trans.  Power Electron. 17 (5) (Sep 2002) 669–676.
[21] C. Song, Y. Huang, J. Zhou, P. Carter, S. Yuan, Q. Xu, Z. Fei, Matching network elimination in broadband rectennas for  high-efficiency  wireless  power  transfer  and  energy harvesting. IEEE Trans. Ind. Electron. 64 (5) (May 2017)
3950–3961.
[22] E.R.  Westby,  E.  Halvorsen.  Design  and  modeling  of  a patterned-electret-based  energy  harvester  for  tire  pressure monitoring systems. IEEE ASME Trans. Mechatron. 17 (5) (Oct 2012) 995–1005.
[23] Mulyadi  and  R.  W.  Arsianti,  "Low  Power  Electrical Generator from Soil Microbial Fuel Cell," 2018 Electrical Power,  Electronics,  Communications,  Controls  and Informatics Seminar (EECCIS), Batu, East Java, Indonesia, 2018, pp. 85-89, doi: 10.1109/EECCIS.2018.8692948.
[24] S.  Boisseau,  G.  Despesse,  B.A.  Seddik,  Electrostatic conversion  for  vibration  energyharvesting,  in:  M.  Lallart (Ed.), Small-Scale Energy Harvesting, Intech, 2012.