Pengaruh suhu karbonisasi dan penambahan urea pada sintesis N-Doped karbon aktif dari limbah akar wangi dengan karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia

Abstract

Superkapasitor dan baterai merupakan alternatif penyimpanan energi. Keduanya memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing yang membuat banyak penelitian mulai bergerak kearah kapasitor ion litium. Kapasitor ion litium merupakan salah satu jenis superkapasitor yaitu hybrid capacitor. Kapasitor ion litium memiliki proses difusi ion litium yang lambat sehingga memiliki energy density dan power density yang lebih rendah dibandingkan baterai ion litium meskipun lebih tinggi dibandingkan EDLC. Oleh karena itu, N-doped karbon aktif digunakan sebagai elektroda sehingga terjadi peningkatan konduktivitas elektrik dan kapasitansi. Karbon aktif dari biomassa memiliki keuntungan antara lain ukuran porositas dan kandungan functional groups di permukaan dapat disesuaikan. Salah satu biomassa yang dapat disintesis menjadi karbon aktif adalah limbah akar wangi karena merupakan biomassa lignoselulosa dengan kandungan lignin yang tinggi dan material inorganik berupa ash yang rendah. Tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan sintesis karbon aktif yang dapat diaplikasikan pada katoda kapasitor ion litium serta mempelajari pengaruh suhu karbonisasi dan rasio urea terhadap morfologi, luas permukaan dan gugus fungsi permukaan dari karbon aktif yang diperoleh. Sintesis karbon aktif dibagi menjadi 2 tahapan yaitu karbonisasi dan aktivasi kimia. Metode karbonisasi yang digunakan adalah karbonisasi hidrotermal dengan variasi suhu 200°C dan 225°C selama 24 jam. Selain karbonisasi hidrotermal, dilakukan pula pirolisi 2 tahap sebagai pembanding. Pada proses sintesis karbon aktif ini, urea digunakan sebagai sumber nitrogen dengan rasio berat limbah akar wangi terhadap urea yaitu 1:3. Metode aktivasi yang digunakan adalah aktivasi kimia dengan activating agent berupa KOH. N-doped karbon aktif yang diperoleh dianalisis menggunakan BET, SEM-EDX, FTIR dan XRD guna mengetahui morfologi, komposisi, luas permukaan, gugus fungsi permukaan dan kristalinitas yang diperoleh. Penambahan urea menyebabkan terjadinya peningkatan yield karbon aktif untuk metode karbonisasi hidrotermal dan metode pirolisis, sedangkan peningkatan suhu karbonisasi menyebabkan terjadinya penurunan yield karbon aktif. Melalui karakterisasi BET, diketahui bahwa penambahan urea dan peningkatan suhu karbonisasi menyebabkan terjadinya peningkatan luas permukaan. Luas permukaan terbesar diperoleh oleh metode pirolisis dengan penambahan urea dengan luas 1474,3804 m2/g. Melalui karakterisasi SEM, diketahui bahwa penambahan urea dan peningkatan suhu karbonisasi hidrotermal menyebabkan pori yang terbentuk semakin banyak. Selain itu, penambahan urea juga menyebabkan terbentuknya struktur yang tipis. Melalui karakterisasi SEM-EDX, diketahui bahwa sampel dengan metode pirolisis memiliki kandungan unsur nitrogen terbanyak yaitu 7,38%. Melalui karakterisasi XRD, diperoleh puncak (002) dan (100) untuk seluruh sampel secara berturut-turut berada di rentang 26,2°-27,4° dan 42,9°-43,2°. Selain itu, diketahui seluruh sampel bersifat dominan amorphous dengan %amourphous tertinggi yaitu 90,5% diperoleh oleh sampel dengan karbonisasi hidrotermal variasi suhu karbonisasi 225°C.