Sintesis N-Doped Hard Carbons dari mikroalga termodifikasi menggunakan microwave dalam biuret dan urea

Abstract

Baterai ion litium adalah salah satu jenis baterai sekunder yang paling sering sebagai media penyimpan energi. Penggunaan akan senyawa litium yang terus meningkat dan ketersediaannya yang tidak tersebar secara merata di bumi membuat sumbernya semakin terbatas. Maka dari itu diperlukan alternatif baru untuk menggantikan bahan litium, yaitu sodium. Pada baterai ion sodium, digunakan bahan hard carbons sebagai anodanya. Biomassa seringkali dijadikan sebagai bahan baku untuk pembentukan hard carbons karena jumlahnya yang banyak sehingga mudah ditemukan dan harganya ekonomis, aman terhadap lingkungan, dan dapat mengurangi limbah organik. Pada penelitian ini digunakan mikroalga Chlorella sp. yang banyak ditemukan pada perairan Indonesia. Chlorella sp. memiliki kandungan karbon yang melimpah (50,8 %) dalam struktur selnya sehingga membuat produksi hard carbons dari mikroalga menjadi salah satu alternatif. Material yang digunakan dalam penelitian ini ialah mikoalga bubuk Chlorella sp. Metode yang digunakan dalam pembuatan hard carbons terdiri dari tahap sintesis dan karakterisasi. Tahap sintesis terdiri dari proses pre-treatment dengan menambahkan gugus nitrogen dengan biuret dan urea, yang dilanjutkan dengan proses karbonisasi hidrotermal dengan menggunakan reaktor autoclave, dan terakhir dilakukan aktivasi fisika dengan furnace. Proses pre-treatment dilakukan dengan mencampurkan mikroalga dengan biuret atau urea dengan rasio massa 1:1 dan 2:1. Selanjutnya, karbonisasi hidrotermal yaitu proses karbonisasi sederhana dan ekonomis karena hanya membutuhkan pelarut air yang berada dalam kondisi hidrotermal. Proses ini dilakukan dengan memasukkan hasil pre-treatment dan air ke dalam reaktor autoclave dan ke dalam oven dengan temperatur 200 ℃ selama 24 jam. Proses aktivasi fisika akan dilakukan di dalam furnace pada temperatur 900 ℃. Hasil N-doped hard carbons akan dikarakterisasi dengan menggunakan metode Raman Spectroscopy, SEM, dan XRD. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari variasi pengaruh sumber nitrogen dan variasi rasio mikroalga dan sumber nitrogen pada proses pre-treatment terhadap karakteristik (morfologi, kristalinitas, interlayer spacing, komposisi, dan tingkat defetct) dari produk N-doped hard carbons yang dihasilkan. Dari penelitian ini, didapatkan hasil bahwa penambahan biuret dan urea meningkatkan nilai interlayer spacing (d002) yang berada pada kisaran 0,38 nm pada n-doped hard carbon dan morfologinya memiliki permukaan yang tidak teratur serta adanya partikel nitrogen yang menempel pada permukaannya. Selain itu, rasio massa mikroalga dengan sumber nitrogen berbanding lurus dengan kandungan nitrogen dalam n-doped hard carbon. Penambahan biuret memberikan kandungan oksigen dan nitrogen yang lebih tinggi pada n-doped hard carbon dibandingkan dengan urea. Penambahan urea menghasilkan hard carbon dengan struktur amorfous yang lebih dominan sedangkan penambahan biuret menghasilkan struktur kristalin yang lebih dominan. Semakin tinggi jumlah sumber nitrogen yang digunakan, maka akan menghasilkan hard carbon dengan struktur defect yang lebih dominan.