Sintesis komposit karbon sulfur dari kulit kentang

Abstract

Karbon aktif banyak digunakan dalam berbagai aplikasi dalam industri, seperti adsorben zat warna, adsorben logam berat, adsorben gas, support katalis, elektroda superkapasitor, serta sebagai bahan dasar komposit karbon sulfur sebagai katoda baterai. Karbon aktif biasanya dibuat dengan menggunakan bahan baku batubara. Namun, batubara memiliki beberapa kelemahan, di antaranya menghasilkan polutan dan merupakan sumber energi yang tak terbarukan yang menyebabkan harganya menjadi mahal, sehingga dibuat karbon aktif dari material lain yang lebih menguntungkan dan ramah lingkungan, contohnya adalah kulit kentang. Aplikasi karbon aktif yang menjadi fokus penelitian ini adalah untuk menjadi karbon sulfur untuk dimanfaatkan sebagai katoda baterai yang akan digunakan pada baterai litium. Komposit karbon sulfur digunakan sebagai alternatif untuk menggantikan katoda LiCoO2 yang bersifat toksik. Pada penelitian ini, dapat diketahui pengaruh katalis dalam proses karbonisasi hidrotermal, serta perbandingan massa hydrochar dengan KOH dalam proses aktivasi kimia terhadap perolehan massa dan karakteristik fisika dari karbon aktif dan komposit karbon sulfur yang dihasilkan dari bahan baku kulit kentang. Pada penelitian ini karbon aktif disintesis dari kulit kentang melalui beberapa tahap, yaitu pretreatment, karbonisasi hidrotermal, dan aktivasi kimia, lalu dilakukan difusi lebur untuk membuat komposit karbon sulfur. Pada proses pretreatment, kulit kentang dibersihkan, dikeringkan, dihaluskan, dan diayak untuk mendapatkan ukuran yang diinginkan. Selanjutnya dilakukan karbonisasi hidrotermal bubuk kulit kentang dengan menggunakan autoklaf teflon pada temperatur 200 oC selama 24 jam dengan variasi tanpa dan dengan katalis H2SO4 (0,2 M). Hydrochar tanpa katalis kemudian diaktivasi dengan menggunakan KOH dengan berbagai rasio (1:3, 1:4, 1:5) dan pemanasan dengan temperatur 800 oC selama 1 jam dalam atmosfer nitrogen. Karbon aktif pada setiap variasi kemudian akan diproses dengan difusi lebur menjadi komposit karbon sulfur. Karbon aktif dan komposit karbon sulfur yang dihasilkan dikarakterisasi kapasitas adsorpsi, morfologi, dan kristalinitasnya menggunakan adsorpsi metilen biru, SEM, dan XRD. Penambahan katalis pada karbonisasi hidrotermal tidak berpengaruh signifikan terhadap perolehan massa dan morfologi hydrochar, namun menaikkan nilai kapasitas adsorpsi dari 7,3 menjadi 16,4 mg/g dan kristalinitas hydrochar dari 21 % menjadi 22,3 %. Puncak XRD yang tumpul pada 2theta 21,6o dan 42,5o yang mengambarkan hydrochar berbentuk amorfous dengan kandungan karbon C(002) dan karbon C(100). Penggunaan KOH yang semakin banyak pada aktivasi kimia menurunkan perolehan massa karbon aktif yaitu 20,3 % pada KA 1:3, 17,7 % pada KA 1:4, dan 6,6 % pada KA 1:5. Selain itu, penggunaan KOH yang semakin banyak juga mempengaruhi morfologi karbon aktif yaitu semakin besar dan banyaknya pori-pori yang terbentuk, namun pada variasi KA 1:5 struktur karbon yang terbentuk sudah terpecah. Variasi perbandingan massa hydrochar dan KOH 1:4 menghasilkan kapasitas adsorpsi terbesar yaitu sebesar 194,7 mg/g dan memiliki struktur yang amorfous dengan struktur C(002) dan C(100). Penambahan sulfur ke dalam karbon aktif membuat pori-pori karbon aktif tertutup dan meningkatkan kristalinitasnya. Berdasarkan hasil yang diperoleh, komposit karbon sulfur yang dihasilkan dapat diuji coba lebih lanjut sebagai katoda baterai.