Sintesis hard carbon berbahan dasar pati ganyong sebagai anoda baterai sodium

Abstract

Lithium banyak digunakan untuk keperluan baterai dan untuk kedepannya penggunaan baterai akan semakin meningkat. Namun seiring bertambahnya produksi maka kebutuhan akan lithium juga akan meningkat. Keberadaan lithium yang terbatas di alam menjadi suatu kendala dalam produksi baterai, sehingga digunakan solusi lain yaitu menggunakan baterai sodium sebagai pengganti baterai lithium. Sodium memiliki kesamaan sifat dengan lithium dan terdapat melimpah di alam sehingga dapat mengimbangi produksi baterai yang semakin meningkat. Mayoritas baterai lithium menggunakan karbon grafit sebagai anodanya, namun karbon grafit tidak dapat memuat ion sodium dikarenakan diameter sodium yang lebih besar dibandingkan dengan lithium. Untuk itu digunakan material hard carbon yang dapat memuat ion sodium sebagai anoda baterainya. Material hard carbon pada penelitian ini akan disintesis dari pati ganyong yang merupakan pati lokal Indonesia yang masih jarang penggunaannya di bidang non-pangan terutama sebagai bahan karbon pada anoda baterai. Tujuan dari penelitian ini adalah mensintesis hard carbon dari pati ganyong dan mengetahui pengaruh penambahan zat aditif asam dan basa pada proses hidrotermal serta pengaruh temperatur pirolisis terhadap karakteristik karbon yang dihasilkan. Dengan dilakukannya penelitian ini maka dapat memberikan ilmu mengenai pemanfaatan pati ganyong menjadi hard carbon sebagai anoda baterai sodium beserta variasi proses yang diperlukan (zat aditif dan temperatur) untuk mencapai hasil karbon terbaik. Penelitian ini dilakukan dengan 2 tahap yaitu tahap hidrotermal dan pirolisis. Pati ganyong akan dimasukan ke dalam autoklaf bersama dengan air dan zat aditif untuk tahap hidrotermal. Hasil yang didapat dari tahap hidrotermal dan pirolisis dapat dianalisis menggunakan alat XRD untuk mengetahui perbedaan struktur setelah dan sebelum melalui tahap hidrotemal dan pirolisis serta SEM untuk mengetahui morfologi dan ukuran partikel. Tahap berikutnya merupakan pirolisis hydrochar yang merupakan produk hidrotermal untuk membentuk hard carbon. Dilakukan variasi penambahan zat aditif berupa asam (H2SO4) dan basa(KOH) pada proses hidrotermal. Posisi 2? dari 1 puncak yang terbentuk pada pola XRD hydrochar netral, basa, dan asam adalah sebesar 22,42°; 21,95°; dan 22,49°. 2? dari 2 puncak yang terbentuk pada pola XRD hard carbon adalah 22,17° dan 43,94° untuk variasi tanpa perlakuan, 22,93° dan 43,71° untuk perlakuan basa, serta 22,03° dan 44,27° untuk perlakuan asam. 2? pada 22°-23° menyatakan kisi (002) sedangkan 2? pada 43°-44° menyatakan kisi (100). 2? pada setiap variasi tidak berbeda jauh yang menandakan bahwa variasi asam dan basa tidak berpengaruh pada jenis kisi pada hydrochar dan hard carbon. Penambahan asam meningkatkan yield hydrochar menjadi sebesar 40,3% yang juga mengakibatkan peningkatan yield pada hard carbon menjadi sebesar 18,75%. Terjadi peningkatan struktur amorphous pada hydrochar dengan variasi asam, sedangkan stuktur kristalin meningkat pada perlakuan basa. Penambahan basa juga meningkatkan keseragaman dan ukuran partikel yaitu sebesar 6,6 µm dan 4,7 µm untuk hydrochar dan hard carbon secara berurutan. Partikel yang dihasilkan dari pelakuan asam masih terbentuk gumpalan dan ukurannya lebih kecil yaitu sebesar 5,5 µm dan 4 µm secara berurutan untuk hydrochar dan hard carbon.