Sintesis hard carbon dari pati sagu melalui Hydrothermal Carbonization (HTC) dan aktivasi Heat Treatment Temperature (HTT)

Abstract

Hard carbon merupakan karbon non-graphitizable yang banyak digunakan sebagai anoda untuk sodium ion batteries (SIBs). Struktur hard carbon tidak berubah menjadi grafit meskipun pada temperatur tinggi. Sintesis hard carbon dapat dilakukan melalui proses hydrothermal carbonization (HTC) dan kemudian diaktivasi dengan heat treatment temperature (HTT). Prekursor karbon yang digunakan pada penelitian ini berupa pati sagu. Pati sagu masih belum banyak diteliti lebih lanjut oleh peneliti lain mengenai pemanfaatannya sebagai hard carbon untuk SIBs. Tujuan dari penelitian ini untuk melakukan sintesis hard carbon yang dapat diaplikasikan untuk SIBs, mengetahui karakteristik hard carbon yang dihasilkan (morfologi, distribusi ukuran partikel, struktur material, dan jarak interlayer) dari proses HTC dan HTT, serta mengetahui pengaruh variasi katalis pada HTC terhadap pembentukan hard carbon. Penelitian ini memiliki dua tahap percobaan untuk melakukan sintesis hard carbon, yaitu HTC dan HTT. Proses HTC dilakukan karena prosesnya yang ramah lingkungan, produk yang dihasilkan bersifat non-toxic, prekursor yang digunakan harganya murah dan terbarukan. Pada penelitian ini terdapat variasi katalis yang digunakan pada HTC (200°C, 24 jam) di dalam autoclave untuk menghasilkan hard carbon yang paling optimum yaitu KOH, H2SO4, dan tanpa katalis. Aktivasi hard carbon melalui HTT berlangsung pada temperatur 900 °C selama 1 jam (holding time) di dalam furnace. Produk yang dihasilkan berupa hard carbon yang dianalisis dengan gravimetri, SEM, dan XRD. HTC dengan katalis basa menghasilkan perolehan massa hydrochar paling besar dengan nilai sebesar 40 % massa hydrochar/massa pati sagu. Analisis SEM menunjukkan hydrochar dan hard carbon berbentuk microsphere dan permukaan yang rata. Penggunaan katalis asam dapat menghasilkan hydrochar dan hard carbon dengan diameter rata-rata partikel paling kecil, distribusi ukuran paling seragam, dan jarak interlayer yang paling besar. Hasil analisis XRD menunjukkan hard carbon dengan katalis asam memiliki jarak interlayer sebesar 0,38895 nm, dimana nilai tersebut sudah memenuhi syarat sebagai material nongrafit (> 0,3354 nm) dan cocok untuk insertion ion Na+ sebagai anoda SIBs.