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

Abstract

Baterai litium merupakan inovasi yang paling sukses dalam teknologi penyimpan energi elektrokimia selama 30 tahun terakhir, akan tetapi semakin banyak nya permintaan pasar yang semakin meningkat mengakibatkan jumlah logam litium semakin berkurang. Dewasa ini, sodium ion batteries (SIB) telah menjadi salah satu alternatif yang menjanjikan sebagai pengganti baterai litium dengan hard carbon sebagai anodanya. Hard carbon merupakan material karbon yang tidak dapat berubah menjadi graphite meskipun dipanaskan hingga temperatur 30000C atau disebut juga non-graphitizable carbon. Pada penelitian ini, dilakukan sintesis hard carbon dari pati ganyong yang telah ditambahkan senyawa urea sehingga diperoleh N-doped hard carbon.Selanjutnya, juga diteliti pengaruh massa urea dan metode doping yang digunakan terhadap karakteristik doped hard carbon yang diperoleh. Penelitian ini terdiri dari 3 tahap, yaitu pretreatment, tahap sintesis hard carbon dan tahap karakterisasi. Pada tahap pretreatment, pati akan dicampurkan larutan urea dengan dua metode yaitu tanpa pengadukan dan dengan pengadukan selama 24 jam. Selanjutnya, pada tahap sintesis dilakukan 2 proses yaitu karbonisasi hidrotermal dan pirolisis. Karbonisasi hidrotermal dilaksanakan dalam autoklaf pada temperatur 200oC selama 24 jam sehingga diperoleh hydrochar. Hydrochar kemudian di pirolisis dengan furnance pada temperatur 900 oC selama 1 jam sambil dialirkan gas nitrogen. Selanjutnya, tahap karakterisasi dilakukan dengan analisis Scanning Electron Microscopy (SEM) dengan Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) dan X-ray Diffraction (XRD) untuk mengetahui karakteristik N-doped hard carbon yang diperoleh. Berdasarkan hasil analisis dari produk N-doped hard carbon menunjukkan bahwa sampel dengan massa urea yang lebih banyak mendapatkan perolehan yang lebih kecil. Dari analisis SEM, diperoleh produk yang tersusun secara acak dan berbentuk kasar karena ada nya defect dari senyawa nitrogen. Selanjutnya, dari analisis EDS diketahui bahwa produk mengandung senyawa nitrogen dengan kandungan sekitar 1,27% hingga 3,67%. Dimana pati yang dicampurkan urea sebanyak 20% berat tanpa pengadukan yang memiliki kandungan nitrogen paling besar. Dari analisis XRD menunujukkan bahwa produk N-doped hard carbon yang didapatkan memiliki sifat amorf dan memiliki jarak interlayer sekitar 0,348 – 0,449 nm. Hal ini dapat mengidentifikasi bahwa material N-doped hard carbon yang didapatkan dapat di interkalasi oleh ion Na+ sehingga cocok digunakan untuk material anoda baterai sodium.