POTENSI DAUN JAHE MERAH SEBAGAI BAHAN DASAR PEMBUATAN ELEKTRODA SUPERKAPASITOR

Komunikasi Fisika Indonesia Edisi Juli 2022 Vol. 19 | No. 2 Jurusan Fisika FMIPA Univ. Riau Pekanbaru p-ISSN.1412-2960 | e-2579-521X Web: https://kfi.ejournal.unri.ac.id Email: POTENSI DAUN JAHE MERAH SEBAGAI BAHAN DASAR PEMBUATAN ELEKTRODA SUPERKAPASITOR Erman Taer1*, Juwita Ade Putri1, Novi Yanti1, Apriwandi1, Rika Taslim2 1 2 Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau Jurusan Teknik Industri FST Universitas Islam Negeri Sultan Syarif Kasim *E-mail korespondensi: ABSTRACT Red ginger leaf waste (Zingiber Officinale Var Rubrum) has been successfully processed as an active carbon base material for supercapacitor electrodes. The process of making carbon electrodes starts from the preparation of the original material, drying, refining, chemical activation, integrated pyrolysis and neutralization. The focus of this research is on the chemical activator ZnCl2 which is used with different concentrations of (0.1 and 0.5) M. Activated carbon powder is printed using a press to produce carbon in the form of solid coins of uniform size. The optimization of the carbon element in the sample is carried out through a pyrolysis process at high temperature with a one-stage integrated technique. Where, carbonization in the N2 gas environment is carried out starting from room temperature 30°C up to 600°C followed by physical activation until the high temperature reaches 800°C in CO2 gas environment. Characterization of activated carbon samples from red ginger leaves begins with determining the amount of shrinkage that occurs in the pyrolysis process by measuring the mass, diameter and thickness of the carbon coins. Furthermore, the electrochemical properties were tested using two methods, namely cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge-discharge (GCD) in a symmetrical two-electrode system. The electrochemical characterization was carried out under the influence of an aqueous electrolyte of 1M KOH and 1M Na2SO4 at a low potential window of 0-1 V. The optimum conditions of electrochemical properties were found in the red ginger leaf activated carbon sample with a ZnCl2 activator concentration of 0.5M for the electrolyte. KOH with a specific capacitance value of 115.9 F/g. while for electrolyte Na2SO4 found in ZnCl2 activator 0.1M with a value of 72 F/g. Through these results, red ginger leaves are known to have great potential as a base material for activated carbon electrodes to improve the performance of supercapacitors. Keywords: Red Ginger Leaf, Supercapacitor, Carbon Electrode, Specific Capacitance. ABSTRAK Limbah daun jahe merah (Zingiber Officinale Var Rubrum) telah berhasil diolah sebagai bahan dasar karbon aktif untuk elektroda superkapasitor. Proses pembuatan elektroda karbon dimulai dari tahap persiapan bahan asal, pengeringan, penghalusan, aktivasi kimia, pirolisis terintegrasi dan penetralan. Fokus penelitian ini terikat pada aktivator kimia ZnCl2 yang digunakan dengan perbedaan konsentrasi (0,1 dan 0,5) M. Serbuk karbon teraktivasi dicetak menggunakan alat pengepress untuk menghasilkankarbon berupa kepingan koin padat dengan ukuran yang seragam. Optimalisasi unsur karbon pada sampel dilakukan melalui proses pirolisispada suhu tinggi dengan teknik terintegrasi satu tahap. Dimana, karbonisasi dalam lingkungan gas N2 dilakukan mulai dari suhu ruang 30°C hingga mencapai 600°C yang dilanjutkan dengan aktivasi fisika hingga suhu tinggi mencapai 800°C dalam lingkungan gas CO2. Karakterisasi sampel karbon aktif daun jahe merah dimulai dengan penentuan besar penyusutan yang terjadi pada proses pirolisis melalui pengukuran massa, diameter dan ketebalan koin karbon. Selanjutnya, sifat elektrokimia diuji menggunakan dua metode yaitu siklik voltametri (CV) dan galvanostatik charge-discharge (GCD) dalam sistem dua elektroda simetris. Karakterisasi sifat elektrokimia ini dilakukan di dalam pengaruh elektrolit berair KOH 1M dan Na2SO4 1M pada jendela potensial rendah yaitu 0-1 V. Kondisi optimum dari sifat elektrokimia ditemukan pada sampel karbon aktif daun jahe merah dengan konsentrasi aktivator ZnCl2 0,5M untuk elektrolit KOH dengan nilai kapasitansi spesifik 115,9 F/g. sedangkan untuk elektrolit Na2SO4 ditemukan pada aktivator ZnCl2 0,1M dengan nilai 72 F/g. Melalui hasil ini daun jahe merah diketahui memiliki potensi besar sebagai bahan dasar elektroda karbon aktif untuk meningkatkan kinerja dari superkapasitor. Kata kunci: Daun Jahe Merah, Superkapasitor, Elektroda Karbon, Kapasitansi Spesifik . Diterima 13-07-2022 | Disetujui 23-07-2022 | Dipublikasi 31-07-2022 ©Author(s) | DOI: 10.31258/jkfi.19.2.119-127 119 PENDAHULUAN Perkembangan industri dan teknologi modern meningkatkan kebutuhan energi listrikyang diiringi pertambahan jumlah penduduk juga perkembangan di bidang industri, dan teknologi informasi bersamaan dengan globalisasi. Berdasarkan ketersediannya sumber energi diklarifikasikan menjadi dua yaitu energi terbarukan (renewable energy) dan energi tak terbarukan (nonrenable energy). Energi yang tidak dapat diperbaharui terutama fosil seperti minyak bumi, gas alam, dan batu barayang dapat menyebabkan kelangkaan. Permasalahan ini diatasi dengan mencari sumber energi untuk dikembangkan sebagai energi alternatifseperti cahaya matahari, angin, air, ombak laut dan biomassa. Namun, pada kenyataanya pemanfaatan sumber-sumber energi tersebut masih belum maksimal. Pemanfaatan energi terbarukan sebagai sumber energi sangat tergantung pada teknologi dan cara konversinya. Laptop dan handphone merupakan contoh perkembangan teknologi yang membutuhkan baterai sebagai penyimpan energi. Namun, baterai memiliki kelemahan dalam menyimpan energi karena rapat daya kecil dan waktu penyimpanan energi cukup lama.Karena itu, dibutuhkan penyimpanan energi dengan kapasitas besar dengan rapat energi dan rapat daya tinggi dan waktu penyimpanan singkat untuk memenuhi kebutuhan energi listrik yang dikenal dengan superkapasitor. Superkapasitor adalah piranti penyimpan energi listrik dengan kapasitaspenyimpanan diantara kapasitor dan baterai. Superkapasitor memiliki kerapatan daya lebih tinggi, waktu pengisian singkat, siklus hidup lebih panjang, serta dapat menyimpan muatan per kubik 10 6 lebih besar dari kapasitor biasa. Superkapasitor disebut juga sebagai kapasitor elektrokimia lapis ganda listrik (electrochemical double layar capacitors, EDLC) karena terdiri dari dua elektroda karbon sejenis. Superkapasitor terdiri dari elektroda, elektrolit, pemisah (separator), dan pengumpul arus. 120 Superkapasitor dapat dibuat dari biomassa karena terdiri dari komponen selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang berpotensi tinggi sebagai sumber karbon. Keuntungan superkapasitor berbasis biomassa yaitu dapat menghasilkan struktur pori alami, dan mudah diperoleh karena keseterdiaan melimpah. Pembuatan elektroda dimulai dengan pengolahan biomassa menjadi karbon, dan proses aktivasi. Karbon aktif dari biomassa mempunyai luas permukaan spesifik mencapai 2000 m2/g. Proses aktivasi dilakukan menggunakan nitrogen, (...truncated)