Sintesis N-Doped Hard Carbon dari pati ganyong dengan proses karbonisasi hidrotermal dan aktivasi NaNH2

Abstract

Biaya yang mahal dan kelangkaan sumber bahan baku dalam pembuatan baterai berbasis litium menjadikan baterai sodium sebagai alternatif pengganti yang tepat. Sejauh ini, penelitian mengenai material anoda bagi baterai sodium mengarah pada hard carbon. Material karbon ini memiliki sifat non-graphitizable dan dapat memuat ion sodium dalam jumlah yang relatif tinggi. N-doping pada hard carbon dapat meningkatkan konduktivitas listrik pada anoda baterai. Pada penelitian ini, dilakukan sintesis N-doped hard carbon (NHC) dari pati ganyong dengan aktivator sodium amida (NaNH2). Penelitian ini terdiri dari 3 bagian, yaitu pada bagian pertama dilakukan proses karbonisasi 2 tahap (HTC + pirolisis), pada bagian kedua dilakukan proses karbonisasi 1 tahap (pirolisis), dan bagian yang terakhir yaitu karakterisasi NHC. Pada proses HTC dilakukan pada temeperatur 200 ? selama 24 jam dan proses pirolisis dilakukan dengan menambahkan sodium amida (NaNH2) pada temperatur 500 ? dan 700 ? selama satu jam. Setelah itu, dilakukan proses karakterisasi NHC melalui analisis SEM-EDS dan XRD. Sintesis NHC yang melalui proses karbonisasi dua tahap menghasilkan perolehan massa yang lebih besar tetapi yield yang diperoleh lebih rendah dibanding NHC yang disintesis melalui proses karbonisasi satu tahap. Dari kedua jenis proses karbonisasi tersebut, penggunaan NaNH2 sebagai activating agent sekaligus N-doping agent berhasil melangsungkan N-doping pada hard carbon. Berdasarkan hasil analisis EDS, Produk NHC yang dilangsungkan dengan proses karbonisasi dua tahap menghasilkan kandungan % nitrogen yang lebih besar daripada karbonisasi satu tahap. Dari hasil analisis SEM, NHC yang disintesis melalui karbonisasi dua tahap menghasilkan morfologi dengan bentuk microsphere dengan adanya pori-pori, sedangkan NHC yang disintesis melalui karbonisasi satu tahap menghasilkan morfologi dengan bentuk flakes atau lembaran-lembaran yang tersusun secara berantakan dengan terdapatnya pori-pori. Kemudian, hasil analisis XRD menunjukan bahwa kedua variasi proses ini menghasilkan NHC dengan interlayer spacing di rentang 0,37 hingga 0,389 nm, dimana nilai tersebut lebih besar dari nilai interlayer spacing pada grafit yiatu 0,335 nm. Hal tersebut mengindikasikan material NHC dapat memfasilitasi interkalasi ion sodium sehingga cocok digunakan sebagai material anoda sodium ion batteries. Selain itu, diperoleh nilai intercrystallite yang berkisar diantara 0,20 nm 0,22 nm, nilai panjang lateral (La) yang berkisar diantara 4,4 nm 5,6 nm, dan tersusun atas 3 4 lapisan graphene.