Sintesis karbon aktif dari pati ganyong dengan karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia menggunakan KOH dan ZnCl2

Abstract

Lithium-ion batteries (LIBs) merupakan salah satu inovasi yang paling sukses dalam 30 tahun terakhir ini. Namun, LIBs belum dapat memenuhi kepadatan energi dan daya dari perangkat portabel dan kendaraan listrik generasi sekarang. Sulfur menjadi kandidat katoda pengganti yang menjanjikan dalam LIBs. Baterai litium sulfur (Li-S) dapat membentuk polisulfides yang dapat mengendap pada sisi anoda yang dapat membentuk lapisan pasivasi yang dapat menyebabkan penurunan kinerja baterai. Hal tersebut dapat diatasi menggunakan materi karbon berpori untuk menjebak poli-sulfides di dalam katoda sekaligus menjadi host untuk sulfur. Karbon aktif merupakan non-graphitizable carbon yang dapat digunakan sebagai adsorben karena mengandung porositas dan memiliki luas permukaan yang besar. Karbon aktif memiliki struktur amorphous dan kristalin yang sangat kecil (mikrokristalin) yang mulai terbentuk selama proses karbonisasi. Pada penelitian ini karbon aktif disintesis dari pati ganyong dengan karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia. Karbonisasi hidrotermal dilakukan dengan autoklaf teflon dan dipanaskan pada temperatur 200oC selama 24 jam. Agen pengaktivasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah KOH dan ZnCl2 dengan variasi rasio massa hydrochar dengan agen pengaktivasi yaitu 1:2 dan 1:4 pada temperatur aktivasi sebesar 700oC selama 2 jam. Karbon aktif yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan analisis adsorpsi metilen biru, SEM-EDS dan XRD. Penggunaan ZnCl2 sebagai agen pengaktivasi memberikan performa yang lebih baik dibandingkan dengan penggunaan KOH. Peningkatan rasio agen pengaktivasi terhadap hydrochar akan menurunkan perolehan massa dan kapasitas adsorpsi dari karbon aktif yang dihasilkan. Karbon aktif yang diperoleh memberikan kapasitas adsorpsi yang lebih baik dibandingkan dengan karbon aktif komersial. Berdasarkan analisis SEM, seluruh karbon aktif yang dihasilkan memberikan morfologi yang lebih berpori. Karbon aktif yang dihasilkan menunjukan profil XRD dengan rentang puncak 2θ yaitu 23-24o dan 40-45o yang menjadi indikasi terbentuknya amorf karbon.