Sintesis komposit karbon sulfur dari Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) dengan karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia menggunakan ZnCl2 dan FeCl3

Abstract

Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorf yang memiliki porositas serta luas area yang tinggi. Karbon aktif dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi, antara lain adsorben logam berat, support katalis, elektroda superkapasitor, dan bahan dasar komposit karbon sulfur sebagai katoda baterai lithium sulfur. Karbon aktif awalnya disintesis dengan menggunakan batu bara yang merupakan bahan baku tak terbaharukan sehingga diperlukan alternatif lain. Alternatif bahan baku pembuatan karbon aktif adalah biomassa seperti tandan kosong kelapa sawit. Baterai litium merupakan baterai isi ulang yang banyak digunakan sebagai media penyimpanan energi. Namun baterai lithium memiliki beberapa keterbatasan, antara lain menggunakan zat-zat yang beracun dari katodanya, seperti kobalt dan nikel. Sulfur merupakan material katoda alternatif yang memiliki potensi kapasitas penyimpanan energi yang baik namun, dalam bentuk unsurnya sulfur bersifat non konduktif. Kekurangan ini dapat diatasi dengan membuat komposit karbon aktif sulfur yang menjadi fokus pada penelitian ini. Pada penelitian ini, komposit karbon sulfur akan disintesis dari karbon aktif yang berasal dari tandan kosong kelapa sawit. Karbon aktif dibuat dengan menggunakan 2 tahapan proses, yaitu karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia. Karbonisasi hidrotermal dilakukan dengan bantuan reaktor autoklaf pada temperatur 200 °C selama 24 jam. Hydrochar yang diperoleh akan diaktivasi menggunakan aktivator ZnCl2 dan katalis FeCl3 dengan menvariasikan rasio massa hydrochar terhadap aktivator (1:3, 1:5) pada temperatur aktivasi 900 °C. Karbon aktif yang dihasilkan akan dianalisis perolehan massa, luas permukaan, morfologi, dan kristalinitasnya. Komposit karbon sulfur kemudian disintesis dengan mencampurkan karbon aktif dengan sulfur pada rasio massa 1:3 dengan menggunakan metode difusi lebur. Karbon aktif dan komposit karbon sulfur yang diperoleh akan dikarakterisasi dengan metode BET, SEM, EDS, dan XRD. Penambahan rasio massa aktivator ZnCl2 pada proses aktivasi tidak memberikan pengaruh signifikan terhadap perolehan massa dan %kristalinitas. Namun, karbon aktif yang diaktivasi dengan penggunaan aktivator ZnCl2 saja terlihat memberikan peningkatan luas permukaan dan pori-pori pada permukaan yang lebih lebar daripada dengan penambahan ZnCl2 dan FeCl3.Sementara itu, penambahan katalis FeCl3 memberikan %kristalinitas yang lebih tinggi namun tidak tampak membentuk graphitic layer pada karbon aktif yang dihasilkan. Senyawa karbon sulfur yang dihasilkan memiliki %kristalinitas yang lebih tinggi daripada karbon aktif sedangkan hasil XRD yang didapatkan serupa dengan literatur. Puncak XRD yang didapatkan pada senyawa karbon sulfur serupa dengan milik sulfur, yaitu pada sudut difraksi 23°, 26°, dan 28°.