Pengaruh N-Doping dan rasio impregnasi urea terhadap karakteristik karbon aktif dari kulit kakao dengan metode karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia menggunakan ZnCl2

Abstract

Limbah kulit kakao memiliki komposisi ligninselulosa yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembuatan karbon aktif yang dimanfaatkan sebagai elektroda untuk Lithium Ion Capacitor. Lithium Ion Capacitor merupakan Hybrid capacitor yang menggabungkan spesifikasi EDLC (superkapasitor) dan baterai, dimana elektroda dari EDLC menjadi katoda sedangkan elektroda pada baterai menjadi anoda. Salah satu elektroda EDLC yang digunakan adalah karbon aktif. Karbon aktif yang digunakan sebagai elektroda harus memiliki luas permukaan yang besar dan wet ability yang besar untuk adsorpsi dan desorpsi yang bermanfaat dalam proses charge and discharge. Modifikasi permukaan karbon aktif harus dilakukan untuk mendapatkan spesifikasi karbon aktif yang sesuai dengan karbon aktif standar untuk elektroda Lithium Ion Capacitor. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh N-doping dan rasio impregnasi menggunakan Urea serta penambahan katalis berupa ZnCl2 untuk menghasilkan karbon aktif dengan metode karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia yang sesuai untuk elektroda LIC. Penelitian yang dilakukan terbagi menjadi proses karbonisasi hidrotermal, aktivasi kimia, serta karakterisasi hydrochar dan karbon aktif menggunakan metode FTIR, XRD, dan BET untuk mengetahui karakteristik dari karbon aktif seperti luas permukaan, distribusi pori, gugus fungsi, dan kristalin penyususn pada karbon aktif. Variasi dan kondisi operasi yang akan dipelajari adalah rasio kulit kakao: Urea (b/b) = 1:3 dan juga penambahan rasio katalis : urea: hydrochar = 3:3:1. Aktivasi dilakukan dengan aktivasi kimia pada Temperature aktivasi 600 °C dan rasio hydrochar: ZnCl₂ (b/b) = 1:4 dengan sample pembanding menggunakan metode pirolisis. Penambahan urea bersamaan dengan katalis memperbesar yield karbon aktif yang dihasilkan pada metode hidrotermal dibandingkan dengan karbon aktif yang dijual secara komersil. Pada peningkatan suhu karbonisasi hidrotermal yield hydrochar menurun, namun yield karbon aktif meningkat. Melalui karakterisasi BET diketahui luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan dari penambahan urea baik dengan penambahan katalis atau tidak meningkatkan luas permukaan karbon aktif yang dihasilkan. Luas permukaan terbesar didapat pada metode hidrotermal dengan penambahan urea tanpa katalis di suhu 200 oC sebesar 1724,36 cm2/g, namun dari karakterisasi BET diketahui juga bahwa sampel metode pirolisis penambahan urea tanpa katalis tidak dapat dibandingkan. Melalui karakteristik FTIR dapat diketahui gugus fungsi ikatan Nitrogen pada permukaan karbon aktif, yang menandakan doping nitrogen berhasil dilakukan. Melalu FTIR juga diketahui bagaimana hydrochar memiliki gugus fungsi oksigen yang lebih sedikit dibandingkan dengan CPH. Melalui karakterisasi XRD, diperoleh puncak (002) dan (100) untuk seluruh sampel secara berturut-turut berada di rentang 24,71o – 26,41o dan 41,7o – 43,15o. Selain itu, didapat nilai ukuran mikrikristalin yaitu La dan Lc dengan nilai La dan Lc terbesar terdapat pada sampel doping dengan penambahan katalis di suhu 200 oC (ACHNK3-200). Nilai La dan Lc yang besar ini dapat disebabkan karena adanya penumpukn grafit pada permukaan karbon aktif. Hasil perhitungan La dan Lc ini didapatkan dari dekonvulsi kurva hasil analisa XRD dengan bantuan software origin.