Sintesis hard carbon dari pati tapioka dengan proses hydrothermal dan pirolisis

Abstract

Hard carbon dapat diartikan sebagai material yang mengandung karbon tetapi tidak mengalami perubahan bentuk menjadi grafit pada temperatur di atas 3000°C (non- graphitizable carbon) (Dou, et al., 2019). Hard carbon yang dihasilkan dalam percobaan ini berasal dari biomassa yang ramah lingkungan, murah, dan renewable yaitu pati. Suatu larutan atau dispersi dari sakarida (glukosa, sakarida, pati, dan lain-lain) ketika dipanaskan pada rentang suhu 170-350 °C maka akan terbentuk produk yang tidak larut berupa padatan yang kaya akan kandungan karbon dan proses ini dapat disebut dengan Hydrothermal Carbonization (HTC), setelah itu dilakukan tahap pirolisis sampai akhirnya terbentuk hard carbon. Selain itu digunakan pula metode lainnya untuk menghasilkan hard carbon yaitu dengan direct carbonization yang dilakukan pada temperatur 900 °C. Pati yang digunakan sebagai biomassa dalam percobaan ini yaitu pati tapioka yang belum banyak digunakan dalam penelitian pembuatan hard carbon sebagai aplikasi anoda baterai. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk melakukan sintesis hard carbon yang dapat diaplikasikan sebagai anoda baterai, untuk mengetahui perbedaan antara kedua proses karbonisasi yaitu HTC+Pirolisis dan direct carbonization terhadap morfologi, struktur kristal, dan komposisi atomik dari hard carbon yang dihasilkan dan untuk mengetahui pengaruh penambahan urea pada proses karbonisasi secara hydrothermal dan direct terhadap morfologi, struktur kristal, dan komposisi atomik dari hard carbon yang dihasilkan. Penelitian ini menggunakan 2 metode yaitu Hydrothermal Carbonization (HTC) dan Direct Carbonization. Proses HTC dilakukan di dalam autoklaf pada suhu 200°C selama 24 jam dengan variasi tanpa dan dengan penambahan urea pada proses hydrothermal, kemudian dilanjutkan dengan pirolisis pada suhu 900 °C selama 1 jam di dalam furnace. Proses direct dilakukan dengan variasi tanpa dan dengan penambahan urea yang dilakukan dalam furnace selama 1 jam dengan temperatur 900 °C. Produk yang dihasilkan berupa hard carbon dianalisis dengan menggunakan XRD, SEM dan SEM-EDX. Hasil hard carbon tanpa penambahan urea metode direct carbonization memberikan %yield tertinggi yaitu 35,21 %. Hasil analisis SEM pada metode HTC+pirolisis menunjukkan hard carbon yang diperoleh berbentuk bulat dengan berbagai variasi ukuran, penambahan urea menyebabkan perubahan morfologi hard carbon menjadi tidak beraturan. Sedangkan pada metode direct carbonization dengan dan tanpa penambahan urea, hard carbon yang dihasilkan berbentuk acak dengan permukaan yang tidak beraturan. Hasil analisis SEM-EDX menujukkan hard carbon dari metode direct carbonization memiliki %N yang lebih tinggi dari HTC + Pirolisis tetapi %C lebih kecil. Hasil XRD yang diperoleh menunjukkan jarak interlayer terbesar yaitu pada proses direct carbonization (0,4265 nm) yang lebih besar nilainya dari grafit yang menandakan bahwa hard carbon hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai anoda baterai sodium. % kristalinitas yang didapatkan memiliki % amorphous yang lebih dominan. Hard carbon yang memiliki % amorphous dominan maka memiliki interlayer yang besar sehingga memudahkan ion Na pada baterai sodium bereaksi dengan hard carbon