PENYEDIAAN HYDROGEL ALUMINIUM BATTERY - TEKNIK KIMIA pdf/160405053.pdf · Mahasiswa Teknik Kimia,...

PENYEDIAAN HYDROGEL ALUMINIUM BATTERY

BERBASIS CARBOXYMETHYL CELLULOSE DENGAN

ELEKTROLIT BELIMBING WULUH

SKRIPSI

Oleh

ADI HERIANTO RAJAGUKGUK

160405053

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

AGUSTUS 2020


PENYEDIAAN HYDROGEL ALUMINIUM BATTERY

BERBASIS CARBOXYMETHYL CELLULOSE DENGAN

ELEKTROLIT BELIMBING WULUH

SKRIPSI

Oleh

ADI HERIANTO RAJAGUKGUK

160405053

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK


AGUSTUS 2020


iv

PRAKATA

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-

Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ”Penyediaan Hydrogel

Aluminium Battery Berbasis Carboxymethyl Cellulose dengan Elektrolit

Belimbing Wuluh” dengan sebaik-baiknya dan tepat pada waktunya.

Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah sebagai salah satu syarat untuk

menyelesaikan skripsi/tugas akhir di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

Selama pelaksanaan dan penulisan skripsi ini, penulis dibantu oleh banyak

pihak, sehingga dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Muhammad Hendra Sahputra Ginting, ST., MT. sebagai Dosen Pembimbing

yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan mulai dari persiapan proposal

penelitian, pelaksanaan proposal penelitian, penyelesaian penelitian dan proses

penyusunan dan penulisan skripsi ini.

2. Ibu Ir. Erni Misran, S.T., M.T., Ph.D dan Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si. selaku Dosen

Penguji I dan Dosen Penguji II yang telah banyak memberikan masukan mulai

dari penyempurnaan proposal penelitian hingga memberikian masukan yang

membangun dalam penulisan skripsi ini.

3. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T. sebagai Koordinator Penelitian Departemen

Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.

4. Ibu Ir. Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D., IPM sebagai Ketua Departemen Teknik

Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf Dosen Teknik Kimia yang telah banyak mendidik dan membagikan

ilmu kepada penulis selama belajar di Teknik Kimia.

6. Pegawai Departemen Teknik Kimia FT USU yang telah membantu penulis

dalam hal administrasi selama perkuliahan

7. Kedua Orangtua dan saudara kandung yang telah memberikan dukungan baik

materil maupun spiritual.

8. Partner penelitian, Elvi Sundari yang telah banyak membantu selama proses

penelitian dan penulisan skripsi ini hingga selesai.


v


vi

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk:

Kedua orangtua tercinta

Bapak Suharto Rajagukguk dan Ibu Dumaris Lumbantoruan

Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik, memberikan

motivasi, dan mendukung dengan penuh kasih sayang.

Terimakasih atas pengorbanan nasehat dan doa yang tiada hentinya yang telah

diberikan selama ini.

Terimakasih juga kepada saudara/i tercinta

Abang dan kakak tercinta, Jayasa Putra Rajagukguk dan Deli Warni Rajagukguk

dan kedua adikku Josua Reonaldo Rajagukguk dan Dandy Alberts Rajagukguk

atas semangat, dukungan serta doa yang telah diberikan.

Semoga kiranya Tuhan selalu memberikan berkat dan rezeki atas jerih payah

mereka dan memberikan balasan yang terbaik bagi mereka.


vii

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Adi Herianto Rajagukguk

NIM : 160405053

Tempat/Tgl. Lahir : Sibolga, 06 Maret 1998

Nama Orang Tua : Suharto Rajagukguk

Dumaris Lumbantoruan

Alamat Orang Tua : Jl. Ketapang No.51A,

Kota Sibolga

Asal Sekolah:

SD Swasta RK NO. 2 Sibolga, Yayasan St. Maria, tahun 2004-2010

SMP Negeri 2 Sibolga Unggulan Pemko, tahun 2010-2013

SMA Negeri 1 Sibolga Unggulan Pemko, tahun 2013-2016

Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Presiden Gantari Team-Engineering Research Community, tahun

2018-2019.

2. Head of Human Research and Development, UKM Inkubator Sains

USU, tahun 2019-2020.

3. Koordinator acara Sci-fi 2.0 Paper competition yang diadakan oleh

Inkubator Sains USU.

4. Anggota pengurus bidang Penelitian dan Pengembangan Himpunan

Mahasiswa Teknik Kimia, periode 1, tahun 2018-2019

5. Anggota pengurus bidang Penelitian dan Pengembangan Himpunan

Mahasiswa Teknik Kimia, periode 2, tahun 2019-2020

6. Asisten Laboratorium Kimia Fisika Departemen Teknik Kimia, tahun

2018-2020. Modul yang ditangani: Kesetimbangan cair-cair,

Pengukuran berat molekul volatil, penentuan berat molekul dengan

metode kerapatan uap, penurunan titik beku.

7. Kerja Praktek di PT. SOCFINDO Perkebunan Tanah gambus, tahun

2019.


viii

Artikel yang telah disubmit dalam jurnal ilmiah:

1. Journal of Physics : Confrence Series dengan judul “Effect of

Wuluhstarfruit (Averrhoa bilimbi) electrolyte filtrate addition on

making hydrogel aluminum battery based on carboxymethyl

cellulose” pada event International conference on Industrial and

Manufacturing Engineering (ICIME) 2020

2. Journal of Material : Confrence Series dengan judul “The effectof lime

(Citrus aurantifolia Swingle) electrolyte filtrate addition

onconductivity and electricity of hydrogel aluminum battery based on

carboxymethyl cellulose” pada event International Conference on

Natural Resources and Technology (ICONART) 2020

3. INTERNATION PROCEEDING dengan judul “CC Biobattery- Corn

Cobs And Clamshell Biobattery” pada event TICA 2019 oleh Tokyo

Institute Technology.

Prestasi Akademik yang pernah dicapai:

1. Perempat Finalis Olimpiade Kimia-Chemistry Competition pada

event Chemistry fair di Universitas Indonesia tahun 2014

2. Peserta OSN Kimia Kota Sibolga tahun 2015.

3. Top 10 Finalis MIPA FEST UNPAD 2017.

4. Juara II Poster Competition pada event Dies Natalis Teknik Kimia

USU ke 39.

5. Silver Medan International Invention and Innovative Competition

(INIIC series 2) - Langkawi, 2018.

6. Mahasiswa Berprestasi II Fakultas Teknik-PILMAPRES, 2018.

7. Penerima Hibah Pendanaan penelitian PKM-PE 2018

8. Mahasiswa Berprestasi II Fakultas Teknik-PILMAPRES, 2019.

9. Gold Medal International Festival of Innovation On Green

Technology-IFINOG-ideas-Universiti Malaysia Pahang, 2019.

10. The Best Young Scientist International Festival of Innovation On

Green Technology-IFINOG-ideas-Universiti Malaysia Pahang, 2019.

11. Top 20 Finalis Paper Competition pada event TICA 2019 yang

diadakan oleh Tokyo Institute of Technology


ix

12. Best Innovator- World Sustainable Chemistry Challeng- Universitas

Islam Indonesia, Yogyakarta 2019.

13. Juara 1 LKTI Unsyiah Research Competition, Aceh 2019.

14. Juara 1 Paper Competition on the 8th Indonesia New Renewable

Energy and Energy Conservation Confrence and Exhibition, Jakarta

2019.

15. Oral Presenter on Asean Bamboo Congress, Iloilo City Filipina, 2019.

16. Penerima Hibah Pendanaan penelitian PKM-PE 2020.


ix

ABSTRAK

Aluminium-ion Battery (AlB) menjadi salah satu baterai yang menjanjikan karena

densitas dan kapasitas energinya yang tinggi serta biaya produksi yang relatif

rendah. Baterai ini terdiri atas elektroda, separator dan elektrolit cair. Penggunaan

elektrolit cair dalam baterai dapat membahayakan kesehatan konsumen dan

lingkungan karena elektrolit tersebut berupa senyawa anorganik pekat yang rentan

terhadap kebocoran akibat dari laju korosi yang sangat tinggi terhadap logam

aluminium. Elektrolit cair pada baterai dapat digantikan oleh perpaduan filtrat

belimbing wuluh dengan material berbasis polimer berupa carboxymethyl cellulose

yang memiliki konduktivitas ionik tinggi, stabilitas termal yang baik dan ramah

lingkungan. Hidrogel dapat menampung jumlah elektrolit cair dalam jaringannya

sehingga mencegah kebocoran yang terjadi pada baterai aluminium. Penelitian ini

bertujuan untuk mengetahu pengaruh variasi konsentrasi CMC, jumlah

penambahan plasticizer, dan elektrolit belimbing wuluh terhadap nilai

konduktivitas ion hidrogel, tegangan dan kapasitas spesifik baterai yang dihasilkan.

Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah Carboxymethyl Cellulose

sebagai matrik pengikat dan pembentuk hidrogel, filtrat belimbing wuluh sebagai

larutan elektrolit dan Etilen Glikol sebagai plasticizer. Metode yang dilakukan

dalam pembuatan hidrogel ini adalah metode gelatinisasi dan plastisasi. Kondisi

terbaik pada penelitian ini diperoleh pada kombinasi CMC 2% pada penambahan

Plasticizer Etilen Glikol 15 ml dengan perbandingan elektrolit filtat belimbing

wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dengan nilai tertinggi untuk konduktivitas ion

hidrogelnya adalah 1,286x10-2 S/cm, tegangannya baterai yang dihasilkan adalah

1,4267 V serta kapasitas spesifiknya yang dapat dicapai adalah 1,363 mAh/gram.

Kata kunci: Baterai aluminium, carboxymethyl cellulose, etilena glikol, filtrat

belimbing wuluh, hidrogel


x

ABSTRACT

Aluminum-ion Battery (AlB) is a promising battery because of its high energy

density and capacity and relatively low production costs. This battery consists of

electrode, separator and liquid electrolyte. The use of liquid electrolytes in batteries

can harm the consumers’s health and the environment because these electrolytes

are concentrated inorganic compounds that the posibility of leakage and corrosion

rate is very high. The liquid electrolyte in the battery can be replaced by a

combination of starfruit filtrate with polymer-based material such as carboxymethyl

cellulose which has high ionic conductivity, good thermal stability and is

environmentally friendly. The hydrogel can accommodate the amount of liquid

electrolyte in its structute so as to prevent leakage that occurs in aluminum batteries.

This study aims to determine the effect of variations in the concentration of CMC,

the amount of plasticizer, and starfruit filtrate electrolyte addition on the hydrogel

ion conductivity, the voltage and the specific capacity of the fabricated battery. The

main component used in this research are carboxymethyl cellulose as a binder and

hydrogel-forming matrix, starfruit filtrate as an electrolyte solution and ethylene

glycol as a plasticizer. The method used in this research is the gelatinization and

plasticization methods. The best conditions in this study was obtained from the

combination of CMC 2% in the addition of 15 ml Ethylene Glycol Plasticizer with

a ratio of starfruit filtrate electrolyte to CMC 1: 1 solution with the highest hydrogel

ion conductivity is 1.286x10-2 S / cm, the voltage is 1,4267 V and a specific capacity

of 1,363 mAh/gram.

Keywords: Aluminum battery, carboxymethyl cellulose, ethylene glycol, starfruit

filtrate, hydrogel


xi

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

LEMBAR PENGESAHAN ii

KATA PENGANTAR iii

DEDIKASI v

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK ix

DAFTAR ISI xi

DAFTAR GAMBAR xiv

DAFTAR TABEL xvii

DAFTAR LAMPIRAN xviii

DAFTAR SINGKATAN xix

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 LATAR BELAKANG 1

1.2 PERUMUSAN MASALAH 3

1.3 TUJUAN PENELITIAN 4

1.4 MANFAAT PENELITIAN 4

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 BATERAI 6

2.1.1 Pengertian Baterai 6

2.1.2 Komponen Baterai 6

2.1.3 Jenis-Jenis Baterai 7

2.2 BATERAI ALUMINIUM 8

2.3 CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC) 10

2.3.1 Hidrogel Berbasis CMC 11

2.4 BELIMBING WULUH SEBAGAI ELEKTROLIT 13

2.5 UJI KARAKTERISTIK HIDROGEL 14

2.5.1 Uji Kadar Air 14

2.5.2 Uji Konduktivitas 14


xii

2.6 UJI TEGANGAN 15

2.7 UJI KAPASITAS SPESIFIK BATERAI 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 16

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 16

3.2 BAHAN DAN PERALATAN PENELITIAN 16

3.2.1 Bahan Penelitian 16

3.2.2 Peralatan Penelitian 16

3.3 PROSEDUR PENELITIAN 17

3.3.1 Preparasi Elektrolit Belimbing Wuluh 17

3.3.2 Pembuatan Katoda 17

3.3.3 Pembuatan Hidrogel 18

3.3.4 Pengemasan dengan Metode Sandwich 18

3.4 Uji Konduktivitas Hidrogel dan Uji Performa Baterai 19

3.4.1 Uji Kondukitvitas 19

3.4.2 Uji Performa Baterai 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 21

4.1 KONDUKTIVITAS ION HIDROGEL 21

4.1.1 Pengaruh Konsentrasi CMC Terhadap Konduktivitas Hidrogel 21

4.1.2 Pengaruh Jumlah Plasticizer Etilena Glikol 25

terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel

4.1.3 Pengaruh Perbandingan Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh 27

terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel

4.2 TEGANGAN (V) 30

4.2.1 Pengaruh Konsentrasi CMC terhadap Nilai Tegangan Baterai 30

4.2.1 Pengaruh Jumlah Plasticizer Etilena Glikol 32

terhadap Nilai Tegangan Baterai


terhadap Nilai Tegangan Baterai

4.3 KAPASITAS SPESIFIK BATERAI 39

4.3.1 Pengaruh Konsentrasi CMC terhadap 39

Kapasitas Spesifik Baterai Aluminium

4.3.2 Pengaruh Jumlah Plasticizer Etilena Glikol terhadap 41


xiii

Kapasitas Spesifik Baterai Aluminium


terhadap Kapasitas Baterai Aluminium

4.4 pH HIDROGEL 46

4.5 KADAR AIR HIDROGEL 46

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 47

5.1 KESIMPULAN 47

5.2 SARAN 48

DAFTAR PUSTAKA 49

LAMPIRAN A DATA PENELITIAN LA-1

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN LB-1

LAMPIRAN C DOKUMENTASI LC-1


xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Reaksi Disharge pada pengosongan Baterai Primer 7

Gambar 2.2 Reaksi charge dan discharge pada baterai Sekunder 8

Gambar 2.3 Reaksi pada sel baterai aluminium 9

Gambar 2.4 Struktur sel Baterai Ion Aluminium 10

Gambar 2.5 Struktur Kimia CMC 11

Gambar 3.1 Skema Pengemasan Baterai 19

Gambar 3.2 Skema Ohmic Cell 19

Gambar 4.1 Pengaruh konsentrasi CMC pada Penambahan Plasticizer 24

Etilena Glikol 15 ml terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel


Etilena Glikol 10 ml terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel


Etilena Glikol 5 mL terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel

Gambar 4.4 Pengaruh Jumlah Plasticizer Etilena Glikol pada Konsentrasi 27

CMC 2% terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel





Gambar 4.7 Pengaruh Jumlah Elektrolit Filtrat Belimbing wuluh pada 30

Konsentrasi CMC 2% terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel

Gambar 4.8 Pengaruh Jumlah Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh pada 30





Etilena Glikol 15 mL terhadap Tegangan Baterai Aluminium




xv



Gambar 4.13 Pengaruh Jumlah Penambahan Plasticizer Etilena Glikol pada 35

Konsentrasi CMC 2% terhadap Tegangan Baterai Aluminium






Penambahan Etilena Glikol 15 ml terhadap

Tegangan Baterai Aluminium


Penambahan Etilena Glikol 10 ml terhadap Tegangan

Baterai Aluminium


Penambahan Etilena Glikol 5 ml terhadap Tegangan

Baterai Aluminium

Gambar 4.19 Pengaruh Konsentrasi CMC pada penambahan Jumlah 39

Plasticizer Etilena Glikol 15 mL Kapasitas Baterai Aluminium





Gambar 4.22 Pengaruh Penambahan Jumlah Plasticizer Etilena Glikol 42

pada konsentrasi CMC 2% terhadap Kapasitas Baterai Aluminium





Gambar 4.25 Pengaruh Penambahan Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh 44

pada penambahan Plasticizer Etilena Glikol 15 terhadap

Kapasitas Baterai Aluminium


xvi

Gambar 4.26 Pengaruh Penambahan Elektrolit Filtrat Belimbing 45

Wuluh pada penambahan Plasticizer Etilena Glikol 10

terhadap Kapasitas Baterai Aluminium

Gambar 4.27 Pengaruh Penambahan Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh 45

pada penambahan Plasticizer Etilena Glikol 5 terhadap

Kapasitas Baterai Aluminium

Gambar C.1 Proses Pembuatan Hidrogel LC-1

Gambar C.2 Pembuatan Elektroda LC-2

Gambar C.4 Baterai Hidrogel-Aluminium LC-3

Gambar C.5 Pengujian Baterai LC-4


xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kandungan Senyawa Organik pada Buah Belimbing Wuluh 13

Tabel 4.1 Data Hasil Uji Kadar Air 43

Tabel A.1 Data Hasil Konduktivitas Ion Hidrogel LA-1

Tabel A.2 Data Hasil Pengukuran pH Hidrogel LA-3

Tabel A.3 Data Hasil Uji Kadar Air Hidrogel LA-5

Tabel A.4 Data Hasil Uji Tegangan Baterai Aluminium LA-7

Tabel A.5 Data Hasil Uji Kapasitas Baterai Aluminium LA-10

Tabel A.6 Keadaan Fisik Hidrogel yang dihasilkan pada berbagai variasi LA-12


xviii

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A DATA PENELITIAN LA-1

A.1 DATA KONDUKTIVITAS ION HIDROGEL LA-1

A.2 DATA pH HIDROGEL LA-2

A.3 DATA HASIL KADAR AIR HIDROGEL LA-3

(MOISTURE CONTENT)

A.4 DATA HASIL UJI TEGANGAN LA-4

BATERAI ALUMINIUM

A.5 DATA HASIL UJI KAPASITAS LA-5

BATERAI ALUMINIUM

A.6 KEADAAN FISIK HIDROGEL LA-6

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN LB-1

B.1 PERHITUNGAN KONDUKTIVITAS ION HIDROGEL LB-1

B.2 PERHITUNGAN KAPASITAS SPESIFIK BATERAI LB-5

B.3 PERHITUNGAN KADAR AIR LB-6

LAMPIRAN C DOKUMENTASI LC-1

C.1 PROSES PEMBUATAN ELEKTROLIT HIDROGEL LC-1

C.2 KONDISI FISIK HIDROGEL LC-2

C.3 PEMBUATAN ELEKTRODA LC-7

C.4 BATERAI ALUMINIUM LC-8

C.5 PENGUJIAN BATERAI LC-9


xix

DAFTAR SINGKATAN

AIB Aluminium Ion Batteries

Al Aluminium

Cm Centimeter

CMC Carboxymethyl Cellulose

HCl Hydrocloride Acid

KOH Kalium Hidroksida

LIB Lithium Ion Batteries

mAh Miliampere hours

NaOH Natrium Hidroksida

NH4Br Amonium Bromida

PDF Powder Diffraction File

PVDF Poliviniledene Fluoride

S Siemen

V Volt


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pemakaian baterai yang memiliki kapasitas spesifik energi yang tinggi,

aman, dan bekelanjutan mengalami peningkatan. Saat ini, Lithium Ion Battery

(LIB) merupakan jenis baterai yang tersebar luas dan menjanjikan untuk aplikasi

penyimpanan energi. Disamping itu, baterai ini memiliki kekurangan seperti

masalah pencemaran oleh elektrolit pada baterai dan kapasitas spesifik

penyimpanan energi yang terbatas, suhu dan tegangan dari baterai yang kurang

stabil serta metode pembuatan elektrolit yang rumit selama produksi

(Schnell et al., 2018). Sehingga, diperlukan perangkat penyimpanan energi yang

lebih baik dari segi keamanan dan dampak terhadap lingkungan, stabilitas, dan

metode produksi elektrolit yang lebih sederhana.

Penelitian tentang peningkatan kapasitas spesifik penyimpanan daya LIB

sudah dilakukan, namun pengaruhnya terhadap lingkungan menjadi pertimbangan

dalam pengembangan sistem penyimpanan dan konversi energi baru dengan

kapasitas spesifik penyimpanan yang tinggi dan memenuhi untuk aplikasi

penyimpanan energi di masa depan. Diantara sistem penyimpanan energi baru ini,

Aluminium-ion Battery (AlB) telah memperoleh minat besar karena densitas dan

kapasitas spesifik energinya yang tinggi, biaya produksi yang relatif rendah serta

suhu operasi dan tegangan yang dihasilkan konstan. Secara umum, komponen

Baterai Aluminium terdiri dari logam aluminium sebagai anoda, grafit sebagai

katoda, dan elektrolit berupa garam ionik, larutan asam maupun basa. Larutan

elektrolit dapat diklasifikasikan berdasarkan nilai pH nya, yaitu elektrolit basa

yang pH nya sebesar 8 - 13, elektrolit garam yang nilai pH nya sama dengan 7,

dan elektrolit asam yang nilai pH nya antara 2 - 6 (Liu et al., 2017).

Penggunaan elektrolit cair pada baterai dapat meningkatkan nilai

konduktivitas ionik dan mempercepat perpindahan ion atau elektron dari anoda ke

katoda, sehingga menghasilkan sejumlah besar listrik yang dapat diberikan atau

disimpan dalam sumber daya kimia per unit waktu. Akan tetapi, elektrolit cair

juga memiliki banyak kelemahan. Penggunaan cairan elektrolit dalam baterai


2

dapat membahayakan kesehatan pengguna maupun bagi lingkungan karena

tumpahan elektrolit tersebut berbentuk senyawa anorganik pekat (asam dan basa)

jika terjadi kebocoran dan tidak dikelola dengan benar (Osińska et al., 2015).

Keberadaan elektrolit cair dalam baterai ini perlu digantikan dengan material yang

lebih ramah terhadap lingkungan serta dapat meminimalisir kebocoran yang

terjadi dalam baterai.

Penelitian Samsudin dan Isa (2015) melaporkan bahwa elektrolit cair pada

baterai dapat digantikan dengan elektrolit berbahan dasar polimer seperti kitosan,

selulosa, dan lain-lain yang memiliki konduktivitas ionik tinggi, stabilitas termal

yang baik dan keselamatan operasional yang tinggi. Carboxymethyl Cellulose

(CMC) digunakan sebagai matriks dan NH4Br sebagai larutan elektrolit serta

etilen karbonat sebagai plasticizer. Untuk meningkatkan nilai konduktivitas ion

elektrolit berbahan polimer, beberapa metode telah dilakukan seperti melakukan

pencampuran polimer dengan larutan elektrolit garam dan kopolimerisasi dengan

melakukan proses plastisisasi dalam larutan elektrolit berbasis polimer. Plastisasi

adalah dispersi molekul plasticizer ke dalam polimer. Plastisisasi dilakukan untuk

meningkatkan konduktivitas ion elektrolit. Plasticizer berperan membantu

penguraian dan disosiasi garam, sehingga meningkatkan sifat transpor elektrolit

polimer. Penambahan etilen karbonat 8% (b/v) sebagai plasticizer telah

meningkatkan nilai konduktivitas ion dari 0,0001 S/cm menjadi 0,005 S/cm.

Selain itu, penambahan plasticizer pada elektrolit berbasis polimer juga

meningkatkan kandungan amorf suatu bahan, dengan demikian sifat elektrisitas

dari baterai akan semakin baik. Struktur dari kombinasi material CMC, elektrolit

dan plasticizer merupakan material elektrolit berbasis polimer yang disebut

sebagai hidrogel. Hidrogel adalah gel polimer berwujud film yang berbentuk

solid, tetapi mengandung elektrolit cair hingga 70 persen. Hidrogel memiliki

berbagai bentuk fisik, mulai dari bubuk padat, partikel mikro, hingga film atau

membran (Osińska et al., 2015).

Penambahan elektrolit asam pada polimer memberikan stabilitas tegangan

baterai yang lebih baik dibandingkan dengan elektrolit garam dan basa. Hal ini

diperkuat dengan penelitian yang dilakukan oleh Migliardini et al. (2019). Larutan

HCl digunakan sebagai elektrolit yang dipadukan dengan polimer seperti Xanthan


3

sebagai matriks, sehingga diperoleh tegangan yang stabil ketika baterai diuji.

Akan tetapi penggunaan asam klorida meningkatkan laju korosi aluminium

sehingga menurunkan efektivitas anoda baterai. Selain itu, asam kuat juga

berpotensi membahayakan lingkungan dan masyarakat jika terjadi kebocoran.

Mokhtar et al. (2014) telah mengkaji mengenai perbandingan laju dan

fenomena korosi antara elektrolit kuat seperti asam Klorida, natrium klorida dan

natrium hidroksida dengan elektrolit lemah seperti asam asetat pada konsentrasi

yang sama terhadap AlB. Dengan menggunakan media asam lemah, korosi yang

terjadi adalah pitting corrosion yang tidak mengakibatkan pengikisan terhadap

logam. Sedangkan pada media asam kuat, basa kuat dan garam, korosi yang

terjadi adalah pitting corrosion dan erosion corrosion yang mengakibatkan

pengikisan terhadap logam dan berkurangnya massa logam juga mengakibatkan

penurunan tegangan pada AlB. Oleh karena itu, elektrolit yang merupakan asam

organik menjadi solusi yang tepat untuk menekan laju korosi dan meningkatkan

ketahanan dari AIB. Asam organik yang dapat digunakan sebagai elektrolit

diantaranya adalah asam asetat dan asam sitrat yang terdapat pada belimbing

wuluh (Averrhoa bilimbi). Belimbing wuluh memiliki kandungan asam oksalat

dan asam sitrat sebesar 7% dari berat buah (Suryaningsih, 2016).

Berdasarkan penjelasan di atas, maka perlu dilakukan penelitian

mengenai “Penyediaan Hydrogel Aluminium Battery Berbasis Carboxymethyl

Cellulose dengan Elektrolit Belimbing Wuluh”. Penelitian ini diharapkan

mendapatkan produk baterai aluminium yang lebih berkualitas, melalui analisis

konduktivitas ion hidrogel yang dihasilkan dan karakter elektrisitas baterai yang

dihasilkan.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang di atas, maka perumusan masalah dalam

penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi konsentrasi CMC, jumlah

plasticizer, dan jumlah penambahan elektrolit belimbing wuluh terhadap nilai

konduktivitas ion hidrogel, tegangan dan kapasitas spesifik baterai yang

dihasilkan.


4

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui:

1. Pengaruh variasi konsentrasi CMC, jumlah penambahan plasticizer, dan

elektrolit belimbing wuluh terhadap nilai konduktivitas ion hidrogel yang

dihasilkan.

2. Pengaruh variasi konsentrasi CMC, jumlah penambahan plasticizer, dan

elektrolit belimbing wuluh terhadap nilai tegangan dan kapasitas spesifik

baterai yang dihasilkan.

1.4 MANFAAT PENELITIAN

Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat diperoleh teknik pembuatan

hidrogel untuk baterai aluminium dan produk baterai aluminium yang ramah

lingkungan.

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Fisika dan Laboratorium Kimia

Organik, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera

Utara. Bahan baku utama yang digunakan adalah Carboxymethyl Cellulose

(CMC) dan filtrat belimbing wuluh.

2. Pembuatan elektrolit aluminium baterai

a. Variabel Tetap

Temperatur reaksi = 60oC (Han et al., 2018)

Temperatur pengeringan di dalam oven = 70oC (Han et al., 2018)

Volume aquadest = 100 ml

b. Variabel bebas

Konsentrasi larutan CMC = 2%, 3%, dan 4% (b/v)

Plasticizer = 5, 10, 15 ml etilen glikol.

Rasio elektrolit belimbing wuluh = 0,5:1 ; 0,75:1 ; 1:1 (v/v)

terhadap larutan CMC


5

3. Karakterisasi Hidrogel:

a. Uji Kadar Air

b. Uji Konduktivitas

4. Uji Performa Baterai Aluminium yang dihasilkan:

a. Uji Tegangan

b. Uji Kuat Arus


6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 BATERAI

2.1.1 Pengertian Baterai

Baterai adalah suatu perangkat yang dapat mengubah energi kimia menjadi

energi listrik melalui reaksi reduksi-oksidasi elektrokimia (redoks). Energi kimia

akan dikonversi menjadi listrik dengan suatu sistem elektrokimia (sel volta).

Listrik yang dihasilkan oleh baterai disebabkan oleh adanya perbedaan potensial

antara anoda dan katoda dan aliran elektron dari elektrolit pada baterai

Pada umumnya, baterai ada dua jenis, baterai primer dan baterai sekunder.

baterai primer, yang memanfaatkan energi kimia hingga terjadi kejenuhan dalam

reaksi atau baterai yang hanya dapat digunakan dalam sekali pengosongan, dan

kemudian dibuang. Yang kedua, baterai sekunder, yang dapat diisi ulang dan

digunakan kembali. Dengan baterai sekunder, proses pengisian melibatkan

penyerapan listrik dan konversi bahan kimia kembali ke bentuk aslinya, sehingga

dapat digunakan secara berulang. Sistem ini disebut dengan proses elektrolisis

yang menyangkut siklus charge (pengisian) dan discharge (pengosongan)

(Linden dan Reddy, 2002).

2.1.2 Komponen Baterai

Sel baterai adalah unit terkecil dari suatu sistem proses elektrokimia yang

terdiri dari elektroda, elektrolit, separator, wadah terminal/current collector.

Komponen terpenting dari sel baterai adalah sebagai berikut (Liu et al., 2017):

1. Anoda/Elektroda negatif yaitu elektroda yang melepaskan elektron ke

rangkaian luar hingga kembali ke katoda, dan tempat terjadinya oksidasi

selama proses elektrokimia berlangsung.

2. Katoda/Elektroda positif yaitu elektroda yang menerima elektron dari

rangkaian luar dan tempat terjadinya reduksi selama proses elektrokimia

berlangsung.

3. Elektrolit, yaitu senyawa yang dapat terionisasi menghasilkan elektron.

Larutan elektrolit dapat diklasifikasikan berdasarkan nilai pH nya yaitu


7

elektrolit basa yang memiliki pH sebesar 8 - 13, elektrolit dengan nilai pH

sama dengan 7 dan elektrolit asam yang memiliki nilai pH antara 2 – 6

4. Separator adalah material berpori yang diletakkan diantara anoda dan

katoda, yang dapat mencegah terjadinya gesekan antara kedua elektroda

tersebut yang dapat menyebabkan arus pendek

2.1.3 Jenis - Jenis Baterai

Berdasarkan kemampuannya untuk dikosongkan (dischargerd) dan diisi

ulang (rechargered), baterai dibagi menjadi dua, yaitu Baterai primer dan Baterai

sekunder.

1. Baterai Primer

Baterai ini tidak dapat diisi ulang secara dengan mengalirkan arus listrik,

oleh Karena itu, baterai hanya dapat dipakai sekali dan tidak dapat digunakan lagi.

Banyak sel primer di mana elektrolit terkandung oleh bahan penyerap atau

pemisah (tidak ada elektrolit bebas atau cair) disebut "sel kering". Baterai primer

adalah sumber daya dengan kemasan produk yang nyaman, biasanya murah,

ringan untuk portabel. Biasanya, baterai primer banyak digunakan pada perangkat

elektronik dan listrik, penerangan, peralatan fotografi, mainan, cadangan memori,

dan sejumlah aplikasi lain. Keuntungan umum dari baterai primer adalah umur

simpan yang baik, kepadatan energi yang tinggi dan kemudahan dalam

penggunaan. Beberapa contoh baterai primer, yaitu baterai alkaline, baterai

mangan oksida, baterai litium primer dan lain-lain.

Ion litium akan tereduksi pada katoda sehingga menghasilkan ion dan

larutan garam ionik akan teroksidasi pada anoda, sehingga reaksi akhir akan

membentuk garam litium. Berikut reaksi yang terjadi selama proses discharge

atau pengosongan baterai adalah seperti persamaan pada Gambar 2.1

(Linden dan Reddy, 2002).

Reaksi : xLi + AzBy LixAzBy

discharge

Gambar 2.1 Reaksi Disharge pada pengosongan Baterai Primer


8

2. Baterai Sekunder

Baterai ini dapat diisi ulang dengan mengalirkan arus listrik pada baterai,

setelah dilakukan pengisian ulang, maka baterai akan mengkonversi kembali

energi kimia sehingga dihasilkan kembali daya dari hasil konversi energy kimia

yang terbentuk. Contohnya adalah aki atau akumulator, baterai litium ion, baterai

metal ion, baterai aluminium dan lain-lain. Baterai sekunder dicirikan (selain

kemampuannya untuk diisi ulang) oleh kepadatan daya tinggi, laju pelepasan

tinggi dan stabilitas suhu yang baik. Kerapatan energinya umumnya lebih rendah

daripada baterai primer. Biaya produksi mereka juga lebih buruk daripada baterai

kebanyakan, meskipun kapasitas spesifik baterai sekunder yang hilang saat berdiri

dapat dikembalikan dengan mengisi ulang. Baterai sekunder diaplikasikan dalam

dua kategori, yaitu (Linden dan Reddy, 2002) :

a. Sebagai alat penyimpan energi. Umumnya baterai jenis ini tersambung

dengan jaringan listrik permanen dan tersambung dengan jaringan listrik

primer saat digunakan.

b. Sebagai sumber energi listrik pada portable devices pengganti baterai

primer, seperti aki

Berikut reaksi yang terjadi selama proses charge (pengisian) dan

discharge (pengosongan) baterai ditunjukkan pada Gambar 2.2 (Linden dan

Reddy, 2002).

disharge

Reaksi : xLi + AzBy LixAzBy

charge

Gambar 2.2 Reaksi charge dan discharge pada baterai Sekunder

2.2 BATERAI ALUMINIUM

Baterai aluminium adalah jenis baterai yang memanfaatkan reaksi oksidasi

logam dengan oksigen untuk menghasilkan listrik. Jenis baterai cukup beragam

dari lithium-air, zinc-air, aluminium-air, berilium-air, iron-air, magnesium-air,

dan titanium-air. Jenis baterai ini menjanjikan selain karena ramah lingkungan

dan murah, jenis ini juga menghasilkan baterai dengan densitas energi yang sangat

besar dibandingkan dengan baterai primer sebelumnya. Dengan densitas energi


9

yang besar, baterai ini berpotensi untuk diaplikasikan ke alat transportasi seperti

sumber energi mobil dan sumber energi listrik pesawat ulang-alik

(Choi dan Aurbach, 2016).

Baterai aluminium-air adalah jenis baterai yang paling banyak dipelajari

karena dianggap jenis baterai menjanjikan di masa depan. Saat ini perusahaan

phinergy sudah mengaplikan baterai ini pada mobil buatannya Citroen C1 yang

diklaim mampu berjalan hingga 1800 km dengan hanya mengandalkan 100 kg

baterai aluminium-air. Kelemahan dari baterai metal-air adalah baterai ini tidak

dapat diisi ulang sehingga harus diganti ketika habis layakya baterai primer.

Namun, kelemahan ini dapat diimbangi oleh kapasitas spesifik baterai yang besar

sehingga dapat mengurangi frekuensi pengganian baterai. Selain itu jenis baterai

ini dapat dengan mudah didaur ulang sepenuhnya (Elia et al., 2016)

Aluminium-air adalah jenis baterai yang memiliki kapasitas spesifik energi

yang sangat besar, yaitu mencapai 8140 mAh yang jauh lebih besar dari baterai

alkaline yang hanya memiliki densitas energi 204 mAh. Baterai ini berkerja

berdasarkan reaksi oksidasi aluminium dengan udara seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.3 (Liu et al, 2017).

Anoda : Al Al3+ + 3e- Eo = -1,66 V

Katoda : 4e- + 4H+ + O2 2H2O Eo = 1,229 V

Reaksi sel : 4Al + 6H2O + 3O2 3Al3++2H2O EoSel= -2,889V

Gambar 2.3 Reaksi pada sel baterai aluminium

Berdasarkan wujudnya, elektrolit pada baterai aluminium terbagi atas dua,

yaitu elektrolit cair (larutan) dan elektrolit yang bukan larutan, baik itu berupa

padatan, hidrogel maupun membran atau disebut dengan elektrolit polimer

(Liu et al., 2017). Telah banyak kajian dan penelitian yang berkontribusi pada

perkembangan baterai aluminium, seperti penelitian Corbo et al. (2017) yang

melaporkan bahwa matriks polimer xanthan dan KOH 1 M dikombinasikan

menjadi hidrogel dan dapat digunakan sebagai elektrolit pada baterai aluminium

primer. Kapasitas spesifik yang dapat ditampung baterai yang telah dipabrikasi

adalah sebesar 35 mAh/gram dengan tegangan 1,5-1,7 volt.


10

Struktur baterai aluminium pada umumnya hampir sama dengan baterai

konvensional yang berbentuk prisma, hanya saja bentuk dari AIB adalah petak

dengan wadah bertipe pouch. Struktur baterai aluminium adalah komposit seperti

sandwich dengan susunan seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.4

(Han et al., 2018).

Gambar 2.4 Struktur sel Baterai Ion Aluminium

2.3 CARBOXYMETHYL CELLULOSE (CMC)

Carboxymethyl Cellulose adalah turunan dari selulosa dan sering dipakai

dalam industri makanan untuk mendapatkan tekstur yang baik. CMC memiliki

sifat biokompatibilitas, biodegradabilitas, dan stabilitas kimia yang sangat baik.

Beberapa fungsi CMC yaitu sebagai pengental, stabilisator, pembentuk gel,

sebagai pengemulsi dan dalam beberapa hal dapat meratakan penyebaran

antibiotik. CMC dibentuk oleh reaksi antara natrium hidroksida dan asam

kloroasetat yang memiliki sejumlah kelompok natrium karboksimetil

(CH2COONa), yang dimasukkan ke dalam molekul selulosa, yang meningkatkan

kelarutan dalam air (Ali et al., 2015).

CMC terdiri dari residu glukopiranranosa b-linked dengan gugus hidroksil

parsial yang disubstitusi dengan gugus karboksimetil (-CH2COO-). CMC

memiliki sifat yang spesial yaitu memiliki membran berpori ketika larut di dalam

pelarut. Membran berpori menampilkan konduktivitas ionik tinggi termostabilitas

tinggi dan sifat mekanik yang baik yang merupakan standar yang cukup baik

untuk menggantikan material baterai. Kinerja elektrokimia sebagai matriks

polimer membentuk gel polimer untuk baterai Membran berpori yang terbentuk


11

ketika berbentuk gel mudah disiapkan, ekonomis dan ramah lingkungan, dan

sangat berpotensi untuk aplikasi penyimpanan energi masa depan

(Zhu et al., 2015). Struktur kimia CMC dapat dilihat pada Gambar 2.5

(Winarno, 1995).

Gambar 2.5 Struktur Kimia CMC

2.4 HIDROGEL BERBASIS CMC

Elektrolit polimer terbukti memiliki kemampuan untuk menghindari

kebocoran, peningkatan stabilitas elektrokimia pada tegangan tinggi dan

peningkatan stabilitas termal (Liu et al., 2017). Penelitian Samsudin dan Isa

(2015) melaporkan bahwa elektrolit cair pada baterai dapat digantikan dengan

elektrolit berbahan dasar polimer seperti kitosan, selulosa, dan lain-lain yang

memiliki konduktivitas ionik tinggi, stabilitas termal yang baik dan keselamatan

operasional yang tinggi. Karbon grafit digunakan sebagai katoda yang direkatkan

dengan Poliviniledene Fluoride (PVDF), logam aluminium sebagai anooda,

Carboxymethyl Cellulose (CMC) digunakan sebagai matriks, dan NH4Br sebagai

larutan elektrolit serta etilen karbonat sebagai plasticizer. Struktur dari kombinasi

material CMC, elektrolit, dan plasticizer merupakan material elektrolit berbasis

polimer yang disebut sebagai hidrogel. Hidrogel adalah gel polimer berwujud film

yang berbentuk solid, tetapi mengandung elektrolit cair hingga 70 persen.

Hidrogel memiliki berbagai bentuk fisik, mulai dari bubuk padat, partikel mikro

hingga film atau membran. (Osińska et al., 2015).

Metode yang dilakukan dalam pembuatan hidrogel ini adalah metode

gelatinisasi. Gelatinisasi pati adalah sebuah proses pemutusan ikatan

antarmolekul antara molekul amilosa dan amilopektin pada solid state

(butiran) ketika dipanaskan. Gelatinisasi merupakan suatu proses ketika CMC


12

dipanaskan dengan air yang cukup sehingga terjadi pengembangan granula

dan menghasilkan cairan yang kental untuk memberikan kualitas produk

yang diinginkan (Rohaya dkk., 2013). Proses ini terjadi pemecahan ikatan

intermolekuler dari pati dengan adanya panas dan air yang diberikan

(Daomukda dkk., 2011). Panas dan air yang digunakan dalam proses

gelatinisasi menyebabkan pembengkakan granula yang tinggi dan amilosa

mampu berdifusi keluar dari granula (Harper, 1981). Penyerapan air pada daerah

amorf menyebabkan granula kehilangan kestabilan struktur kristalinnya

(Ratnayake dan Jackson, 2006).

Untuk meningkatkan nilai konduktivitas ion elektrolit berbahan polimer,

dilakukan proses plastisasi pada hidrogel. plastisasi adalah dispersi molekul

plasticizer ke dalam polimer. Jika mempunyai gaya interaksi dengan polimer,

proses dispersi akan berlangsung dalam skala molekul dan terbentuk larutan

polimer plasticizer. Penambahan etilen karbonat 8% (b/v) sebagai plasticizer

telah meningkatkan nilai konduktivitas ion naik dari 0,0001 S/cm menjadi 0,005

S/cm. Tegangan yang diperoleh dari perakitan baterai aluminium ini adalah 1,48

volt dan kuat arus mencapai 0,025 A pada kondisi temperatur kamar

(Samsudin dan Isa, 2016).

Selain itu, penambahan plasticizer pada elektrolit berbasis polimer juga

meningkatkan kandungan amorf, jika semakin amorf suatu bahan, maka sifat

elektrisitas dari baterai akan semakin baik. Mekanisme perpindahan ion terjadi

dengan efektif jika polimer berada pada jika polimer berada pada fase amorf. Pada

matriks polimer berfasa amorf terdapat lebih banyak ruang kosong yang

memungkinkan lebih banyak pergerakan ion jika dibandingkan dengan matriks

polimer berfasa kristal. Dalam fasa padatan kristal, penyusunan teratur rantai-

rantai polimer mengurangi peluangnya perpindahan ion sehingga konduktivitas

ionik menjadi sangat rendah. Dengan demikian, untuk mendapatkan konduktivitas

ionik yang tinggi maka matriks polimer yang dibuat harus pada fasa amorf.

Dengan bertahannya keadaan amorf, maka konduktivitas polimer bertambah yang

ditunjukkan dengan naiknya kapasitas dari baterai (Wigayati et al., 2018)

Modifikasi elektrolit hidrogel berbasis polimer ini meningkatkan stabilitas

dan keamanan dari baterai yang diproduksi. Elektrolit polimer dapat menampung


13

jumlah elektrolit cair dalam jaringannya sehingga mencegah kebocoran yang

terjadi pada baterai aluminium (Liu et al., 2017)

2.5 BELIMBING WULUH SEBAGAI ELEKTROLIT

Zakaria et al. (2007) melaporkan bahwa buah belimbing wuluh

mengandung golongan senyawa oksalat, minyak menguap, fenol,

flavonoid dan pektin. Susunan kimia yang terkandung dalam belimbing

wuluh yaitu asam amino, asam sitrat, fenolat, ion kalium, gula serta vitamin

dan mineral, juga terdiri dari serat, abu dan air. Dalam buah belimbing wuluh

terkandung sekitar 6 mg/kg total senyawa volatil. Belimbing wuluh

mengandung senyawa asam organik yang ditampilkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Kandungan Senyawa Organik pada Buah Belimbing Wuluh

Asam Organik Jumlah (mEq/100 g total padatan)

Asam Asetat 1,6-1,9

Asam Sitrat 92,6-133,8

Asam Format 0,4-0,9

Asam Laktat 0,4-1,2

Asam Oksalat 5,5-8,9

Sumber: Suryaningsih (2016)

Elektrolit berperan sebagai media transfer ion antara anoda dan katoda

dalam sel. Kinerja baterai dicirikan oleh berbagai faktor kinerja elektrokimia,

yang ditentukan oleh sifat intrinsik dari anoda, katoda dan bahan elektrolit

yang digunakan sertateknik yang terlibat dalam perancangan dan pembuatan

baterai tersebut. Secara prinsip, jika kedua elektroda dihubungkan dengan sebuah

konduktor elektronik, aliran electron dimulai dari elektroda negatif (dengan

densitas elektron tinggi) ke elektroda positif. Elektron dilepaskan oleh anoda

(teroksidasi) dan pada saat yang sama katoda menerima elektron. Setiap elektron

yang mengalir dalam sirkuit luar dari negatif ke elektroda positif, sehingga

listrik dapat terbentuk. Ion negatif dalam elektrolit berdifusi ke elektroda

negatif dan ion positif berdifusi ke elektroda positif. Rangkaian listrik


14

berhenti beroperasi jika tidak ada pergerakan ion kembali, sehingga tidak

ada arus yang terbentuk lagi (Linden and Reddy, 2002).

2.6 UJI KARAKTERISTIK HIDROGEL

2.6.1 Uji Kadar Air

Penentuan kadar air dengan cara pengeringan prinsipnya yaitu

menguapkan air yang ada dalam bahan dengan pemanasan. Kemudian dilakukan

penimbangan terhadap bahan hingga berat konstan yang mengindikasikan bahwa

semua air yang terkandung dalam bahan sudah teruapkan semua. Penentuan kadar

air dengan cara ini relative mudah, dan ekonomis. Uji kadar air dilakukan

menggunakan oven pada suhu 105oC selama 24 jam. Kadar air hidrogel dapat

dihitung dengan Persamaan 2.1 (Purwanti, 2010).

Kadar air (%) = x100% (2.1)

2.6.2 Uji Konduktivitas Ion Hidrogel

Konduktivitas adalah kemampuan yang menyatakan seberapa efektif ion

dapat berpindah dari anoda ke katoda oleh elektrolit. Konduktivitas ion dari

hideogel dapat diukur menggunakan metode Ohmic Heating Cell. Ohmic Heating

Cell didasarkan pada aliran arus listrik bolak-balik (AC) melalui film hidrogel

yang berfungsi sebagai hambatan listrik di mana panas dihasilkan. Tegangan AC

diterapkan ke elektroda di kedua ujung sisi film (Science, 1994).

Faktor yang paling mempengaruhi konduktivitas adalah perubahan

temperatur. Konduktivitas meningkat dengan kenaikan suhu, menunjukkan bahwa

ohmic heating cell menjadi lebih efektif seiring kenaikan suhu. mekanisme

elektroporasi dapat terjadi selama operasi ohmik beroperasi pada frekuensi rendah

(50–60 Hz) yang memungkinkan pengisian dan pembentukan muatan listrik pori

di dinding sel. Hukum ohm digunakan dalam metode ini dimana data elektrisitas

yang diperoleh setelah proses pemanasan ohmik adalah tegangan dan kuat arus

(Samprovalaki et al., 2007). Adapun hubungannya dengan hukum Ohm dapat

dilihat pada Persamaan 2.2 (Science, 1994).

I

VR (2.2)


15

Nilai konduktivitas dapat diperoleh dari Perasamaan 2.3 (Science, 1994).

RA

L (2.3)

Dimana,

Konduktivitas Ion (S/cm)

L = Tebal Film Hidrogel (cm)

R = Hambatan (ohm)

A = Luas Permukaan Film Hidrogel (cm2)

2.7 UJI TEGANGAN

Kuat arus, tegangan, dan hambatan merupakan karakteristik listrik yang

paling dasar dalam elektrisitas. Listrik arus searah atau biasa disebut dengan

Direct Current (DC) merupakan listrik yang arusnya berjalan searah dari kutub

positif menuju kutub negatif. Tegangan biasanya diukur dengan Voltmeter, yaitu

alat yang dapat mengukur tegangan listrik atau benda yang dialiri listrik. Pada alat

ukur voltmeter ini biasanya ditemukan tulisan voltmeter (V), milivoltmeter (mV),

mikrovoltmeter (mV), dan kilovolt (kV). Voltmeter memiliki batas ukur tertentu,

yakni nilai tegangan maksimum yang dapat diukur oleh voltmeter tersebut. Jika

tegangan yang diukur oleh voltmeter melebihi batas ukur, voltmeter akan rusak.

(Sibarani et al., 2017).

2.8 UJI KAPASITAS SPESIFIK BATERAI

Kapasitas Baterai dapat diperoleh dari hubungan antara kuat arus, waktu

dan massa dari hidrogel sebagai elektrolit. Kuat arus dapat diukur dengan

amperemeter dan Multimeter. Alat ukur ini juga dapat dipakai untuk mengukur

tegangan listrik dan hambatan (resistansi). Nilai kapasitas spesifik baterai dapat

diperoleh dari persamaan 2.4 (Sibarani et al., 2017).

Kapasitas Spesifik BateraiHidrogelMassa

Ixt (2.4)


16

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Fisika dan Laboratorium

Kimia Organik, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara. Penelitian dilakukan selama tiga bulan.

3.2 BAHAN DAN PERALATAN

3.2.1 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain

Carboxymethyl Cellulose (CMC) komersial yang diperoleh dari UD. Rudang Jaya

Sumatera Utara yang berfungsi sebagai matriks pembentuk hidrogel, Belimbing

Wuluh yang diperoleh dari pekarangan Musholla Teknik, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara sebagai Elektrolit, Aquadest (H2O) yang diperoleh

dari UD. Rudang Jaya Sumatera Utara yang berfungsi sebagai pelarut, karbon

aktif dan polivinil alkohol (PVA) yang diperoleh dari UD. Rudang Jaya Sumatera

Utara yang berfungsi sebagai material konduktif dan perekat pada pembuatan

elektroda baterai. Serbuk grafit yang diperoleh dari Alibaba Grup Tiongkok

sebagai material aktif pada pembuatan elektroda baterai, dan Etilen Glikol dari

Merck yang berfungsi sebagai plasticizer.

3.2.2 Peralatan

Peralatan yang digunakan untuk pembuatan baterai antara lain:

1. Alat pengemas- Impulse sealer PFS- 200

2. Aluminium foil

3. Tembaga foil

4. Beaker glass

5. Blender

6. Cawan Petri

7. Gelas Ukur

8. Hot Plate


17

9. Oven

10. Sendok/spatula

11. Stirrer

12. Timbangan digital

13. Mixer

14. AC Power Supply

15. Multimeter UNI T61E

3.3 PROSEDUR PENELITIAN

3.3.1 Preparasi Elektrolit Belimbing Wuluh

Tahap preparasi elektrolit merupakan tahap penghancuran belimbing

wuluh sehingga filtratnya dapat diambil dan digunakan sebagai larutan elektrolit.

Adapun prosedur preparasi elektrolit belimbing wuluh adalah sebagai berikut:

1. Sebanyak 1000 gram belimbing wuluh yang segar disortir dan dipisahkan

antara buah dengan tangkainya.

2. Belimbing wuluh dihancurkan dengan blender dan disaring dengan kertas

saring sehingga diperoleh filtrat dan residu dibuang ke tempat

pembuangan sampah organik.

3. Filtrat yang diperoleh diukur pH-nya menggunakan kerta pH indikator.

4. Filtrat kemudian disimpan dalam wadah yang tertutup rapat dan bebas dari

kontak udara untuk mencegah mikroba masuk.

3.3.2 Pembuatan Katoda

Prosedur pembuatan katoda adalah sebagai berikut:

1. Sebanyak 1 gram PVA dilarutkan dalam HCl 1M sambil dipanaskan di

atas hotplate pada suhu 90oC hingga terbentuk hidrogel.

2. Sebanyak 1 gram grafit ditambahkan ke dalam hidrogel sambil diaduk

hingga slurry homogen.

3. Permukaan aluminium foil (bertindak sebagai anoda) dan copper foil

(bertindak sebagai katoda) dilapisi dengan slurry, kemudian dikeringkan

di atas hotplate pada suhu 150oC .


18

3.3.3. Pembuatan Hidrogel

Prosedur pembuatan larutan CMC adalah sebagai berikut:

1. Sebanyak 100 ml aquadest dituang ke dalam beaker glass dan diletakkan

di atas hotplate sambil dipanaskan.

2. Carboxymethyl Cellulose (CMC) ditimbang sebanyak 2%, 3%, dan 4%

(b/v) dari aquadest.

3. Larutan elektrolit disiapkan dengan perbandingan filtrat belimbing wuluh

terhadap volume larutan CMC 0,5:1 ; 0,75:1, dan 1:1 (v:v).

4. Plasticizer berupa Ethylene Glycol disiapkan sebanyak 5, 10 dan 15 ml.

5. CMC ditambahkan ke dalam aquadest sambil diaduk dengan

menggunakan mixer.

6. Setelah larutan CMC sudah merata, ditambahkan larutan elektrolit

sebanyak sesuai dengan variasi yang telah disediakan.

7. Plasticizer ditambahkan ke dalam larutan, lalu diaduk hingga temperatur

larutan mencapai 60oC.

8. Pengadukan dihentikan jika temperature reaksi telah tercapai dimana

larutan sudah mengental secara merata.

9. Beaker glass berisi larutan kemudian didinginkan sebelum dicetak dan

diukur pH larutan tersebut.

10. Larutan dituangkan ke dalam cawan petri dan dikeringkan di dalam oven

dengan suhu 80oC selama 4 jam.

11. Cawan dikeluarkan dari oven dan dimasukkan ke dalam desikator selama

3 jam.

12. Hidrogel yang terbentuk dilepas dari cawan petri dan siap untuk dianalisis

kadar air, dan konduktivitasnya.

3.3.4 Pengemasan dengan Metode Sandwich

Wadah baterai merupakan sebuah kemasan dengan dimensi 4x5 cm.

Baterai dibuat menjadi komposit sandwich dengan urutan anoda-hidrogel-katoda.

Kemudian komposit tersebut dimasukkan ke dalam wadah pouch dan disegel

dengan sealer. Susunan komponen baterai dapat ditampilkan pada Gambar 3.1

(Han et al., 2018).


19

Gambar 3.1 Skema Pengemasan Baterai

3.4 UJI KONDUKTIVITAS ION HIDROGEL DAN UJI PERFORMA

BATERAI

3.4.1 Uji Konduktivitas

Hidrogel yang diperoleh dikarakterisasi sesuai karakter fisik hidrogel

meliputi uji kadar air dan uji konduktivitas. Prosedur pengukuran konduktivitas

ion hidrogel adalah sebagai berikut:

1. Hidrogel dipotong dengan ukuran 3x3 cm (spesimen) dan diukur

ketebalannya sebagai L.

2. Elektroda titanium direkatkan pada kabel tembaga yang masing-masing

menghubungkan kutub positif dan negatif arus listrik.

3. Hidrogel diletakkan di antara dua elektroda tersebut dan termometer

bersentuhan dengan film hidrogel untuk memperoleh profil suhu, skema

ohmic heating cell dapat dilihat pada Gambar 3.2

(Samprovalaki et al., 2007).

Gambar 3.2 Skema Ohmic Heating Cell


20

4. Multimeter UNI T61E dihubungkan ke komputer yang telah terpasang

software perekaman data dari multimeter. Data yang terekam adalah

tegangan dan kuat arus yang dapat dilalui terhadap hidrogel.

5. AC Power Supply dihidupkan dan perekaman data dilakukan otomatis oleh

komputer. Perubahan temperatur dicatat setiap dua detik.

6. AC power supply dimatikan dan dilakukan pengolahan data. Data yang

diperoleh adalah tegangan (V) dan kuat arus (I). Hukum ohm digunakan

untuk memperoleh hambatan (R) pada Persamaan 3.1.

I

VR (3.1)

7. Nilai R kemudian digunakan untuk memperoleh nilai konduktivitas Ion

hidrogel pada Persamaan 3.2.

RA

L

(3.2)

3.4.2 Uji Baterai

Untuk mengetahui performa dari baterai, dilakukan uji tegangan dan kuat

arus. Tegangan dan kuat arus dapat diperoleh dengan menggunakan multimeter

UNI T61E. Berdasarkan data kuat arus yang diperoleh, maka dapat ditentukan

kapasitas spesifik baterai menggunakan Persamaan 3.3:

Kapasitas Spesifik BateraiHidrogelMassa

Ixt (3.3)

Dimana t = 1 (jam) dan I adalah kuat arus. Kapasitas spesifik baterai dalam satuan

mAh/gram.


21

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 KONDUKTIVITAS IONIK HIDROGEL

Kajian yang paling penting dalam elektrolit berbasis polimer gel adalah

pengukuran konduktivitas ioniknya. Konduktivitas ion yang ditunjukkan oleh

suatu matriks elektrolit polimer adalah hasil dari penambahan elektrolit dan

plasticizer ke dalam matriks polimer tersebut. Elektrolit yang digunakan adalah

filtrat belimbing wuluh dengan rasio 0,50:1, 0,75:1, dan 1:1 antara elektrolit filtrat

belimbing wuluh terhadap larutan CMC, sedangkan plasticizer yang digunakan

adalah Etilena Glikol dengan variasi 5, 10, dan 15 mL. Konduktivitas adalah

ukuran seberapa kuat suatu larutan, partikel atau senyawa dapat menghantarkan

listrik. Konduktivitas ionik pada elektrolit polimer umumnya dipengaruhi oleh

jumlah ion yang bergerak dan pergerakan dari ion tersebut

(Osman et al., 2001).

Elektrolit harus memiliki konduktivitas ionik yang baik tetapi tidak

menjadi konduktif secara elektrik, karena akan menyebabkan short current, tidak

reaktif dengan bahan elektroda, sedikit perubahan pada sifat terhadap perubahan

suhu, aman dan biaya rendah. Konduktivitas spesifik standar untuk elektrolit

polimer adalah antara 10-7 S/cm hingga 10-3 S/cm, sedangkan standar untuk

elektrolit organik adalah 10-3 hingga 10-2 S/cm (Linden dan Reddy, 2002)

4.1.1 Pengaruh Konsentrasi CMC Terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel

Carboxymethyl cellulose merupakan senyawa turunan selulosa yang

bersifat anionik karena memiliki gugus fungsi OH-. CMC dapat larut dalam air

dan dapat menghidrasi air dalam jumlah besar (Ergun et al., 2015). CMC

memiliki sifat yang spesial yaitu memiliki membran berpori ketika larut di dalam

pelarut. Membran berpori menampilkan konduktivitas ionik tinggi

(Zhu et al., 2015).

Gambar 4.1 menunjukkan bahwa semua nilai konduktivitas pada

penambahan Etilena Glikol 15 ml menurun pada saat kenaikan konsentrasi CMC

dari 2% menjadi 3% dan naik kembali pada saat konsentrasi CMC 4%, baik pada


22

rasio penambahan elektrolit terhadap larutan CMC 0,50:1, 0,75:1 maupun 1:1.

Nilai konduktivitas ion dari suatu material elektrolit dapat dipengaruhi oleh

kerapatan mobilitas ion (jumlah pembawa ion) dalam material, waktu tumbukan

ion, muatan ion, dan massa ion (Handayani, 2008). Ketika konsentrasi CMC

semakin tinggi, maka kerapatan ion akan semakin rendah sehingga konduktivitas

ion juga semakin rendah. Akan tetapi, pada variasi CMC 4%, konduktivitas ion

lebih tinggi dibandingkan variasi CMC 4%. Keadaan fisik hidrogel yang tidak

baik pada kombinasi CMC 3% dengan penambahan Etilen Glikol 15 ml

mengakibatkan nilai konduktivitas variasi CMC 4% lebih baik dibandingkan

variasi CMC 3%. Hal ini disebabkan karena kombinasi dari CMC 3% dan Etilena

Glikol 15 ml cenderung mengakibatkan gelembung udara terperangkap dalam

larutan elektrolit-polimer, sehingga rapat elektron menjadi renggang dan

menghambat pergerakan atau mobilitas ion tersebut. Keadaan fisik hidrogel pada

berbagai variasi dapar dilihat pada Tabel A.6. Nilai konduktivitas terbaik pada

penambahan Etilena Glikol 15 ml adalah 1,286x10-2 S/cm pada kombinasi CMC

2% dengan perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC

0,1:1. sedangkan konduktivitas terendah pada penambahan Etilena Glikol 15 ml

adalah 2,18310-3 S/cm pada kombinasi CMC 3% dengan rasio penambahan

elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1.

Gambar 4.2 menunjukkan bahwa nilai konduktivitas pada penambahan

Etilena Glikol 10 ml turun pada kenaikan konsentrasi CMC dari 2% menjadi 3%

dan naik kembali pada konsentrasi CMC 4%, baik pada variasi perbandingan

elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1 maupun 1:1. Akan tetapi, saat perbandingan

elektrolit terhadap larutan CMC 0,75:1, terjadi kenaikan konduktivitas yang tidak

terlalu signifikan. Hal ini berkaitan dengan kondisi fisik hidrogel yang dihasilkan,

keadaan fisik hidrogel pada berbagai variasi dapat dilihat pada Tabel A.6. Pada

konsentrasi CMC 2% dan 4 % dengan penambahan elektrolit belimbing wuluh

dengan perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 1:1 dan Etilena Glikol 10

ml, hidrogel yang dihasilkan sangat padat dan kenyal serta hanya sedikit udara

yang terperangkap dalam hidrogel. Sedangkan untuk variasi CMC 3% dengan

perbandingan penambahan elektrolit terhadap larutan CMC 0,1:1, ada gelembung

udara yang terperangkap dalam hidrogel. Hal yang sama juga terjadi pada


23

kombinasi CMC 2% dan 3% dengan perbandingan elektrolit terhadap larutan

CMC 0,5:1 dan 0,75:1. Hal ini dapat menyebabkan kerapatan ion menjadi

menurun yang berpengaruh terhadap nilai konduktivitas. Nilai konduktivitas ion

dari suatu material elektrolit dapat dipengaruhi oleh kerapatan mobilitas ion dalam

material, waktu tumbukan ion, muatan ion dan massa ion (Handayani, 2008).

Beda halnya pada konsentrasi CMC 3% dengan perbandingan elektrolit terhadap

larutan CMC 0,75:1, hidrogel yang terbentuk sedikit lebih baik dibandingkan

konsentrasi CMC 2% dan 3% dengan rasio penambahan elektrolit yang sama.

Gelembung udara yang terperangkap dalam hidrogel lebih dapat diminimalisir

pada kombinasi tersebut. Nilai konduktivitas terbaik pada penambahan Etilena

Glikol 10 ml adalah 6,009x10-3 S/cm pada kombinasi CMC 4% dengan

perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1. Sedangkan konduktivitas

terendah pada penambahan Etilena Glikol 10 ml adalah 3,171x10-3 S/cm pada

kombinasi CMC 3% dengan perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1.

Gambar 4.3 menunjukkan bahwa konduktivitas pada penambahan Etilena

Glikol 5 ml dan penambahan elektrolit dengan perbandingan elektrolit terhadap

larutan CMC 0,5:1 naik seiring dengan kenaikan konsentrasi CMC yang

digunakan. Sedangkan pada penambahan Etilena Glikol dengan perbandingan

elektrolit terhadap larutan CMC 0,75:1 dan 1:1, turun ketika konsentrasi CMC 3%

dan naik kembali pada konsentrasi CMC 4%. Hal ini berkaitan dengan kondisi

fisik hidrogel yang dihasilkan. Keadaan fisik hidrogel pada berbagai variasi dapat

dilihat pada Tabel A.6. Hidrogel yang dihasilkan pada variasi penambahan Etilena

Glikol 5 ml relatif sangat tipis pada konsentrasi CMC 2% dan 3%, sedangkan

pada konsentrasi CMC 4% hidrogel yang dihasilkan masih relatif tebal.

Konduktivitas berbanding lurus dengan ketebalan film hidrogel (Samprovalaki et

al., 2007) Nilai konduktivitas terbaik pada penambahan Etilena Glikol 5 ml adalah

5,590x10-3 S/cm pada kombinasi CMC 2% pada perbandingan elektrolit terhadap

larutan CMC 0,50:1. Sedangkan konduktivitas terendah pada penambahan Etilena

Glikol 5 ml adalah 2,183x0-3 S/cm pada kombinasi CMC 3% dengan

perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC.


24

Gambar 4.1 Pengaruh konsentrasi CMC pada Penambahan Plasticizer Etilena

Glikol 15 ml terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel


Glikol 10 ml terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel


Glikol 5 mL terhadap Konduktivitas Ion Hidrogel

0,010

0,010

Perbandingan Elektrolit

Filtrat Belimbing Wuluh

terhadap Larutan CMC

(V 0,50:1

0,75:1

1:1

0,010


25

Penambahan elektrolit dan plasticizer dengan persentase optimum akan

menghasilkan elektrolit polimer dengan konduktivitas ionik paling tinggi. Jumlah

elektrolit dan plasticizer yang paling baik tergantung pada polimer yang

digunakan, begitu juga dengan jumlah atau konsentrasi dari polimer yang

digunakan (Putri, 2009). Kombinasi atau kadar elektrolit dan plasticizer yang

tepat terhadap polimer akan menghasilkan konduktivitas yang tinggi karena

dispersi ion yang baik akan menciptkan mobilitas yang baik pula dan sebaliknya.

Hal ini karena host polimer memiliki kemampuan yang berbeda dalam melarutkan

ion elektrolit (Buraidah et al., 2010).

Wujud fisik dari permukaan hidrogel juga sangat mempengaruhi nilai

konduktivitas ion hidrogel yang dihasilkan. Kondisi fisik hidrogel ditampilkan

pada Gambar C2. Perlu dilakukan penyisihan gelembung udara pada hidrogel

dengan udara vakum sebelum hidrogel dituang untuk dikeringkan agar udara tidak

mempengaruhi kepadatan dari hidrogel sehingga konduktivitas ion hidrogel yang

diperoleh lebih baik. Konduktivitas ion yang dihasilkan dari variasi CMC 2%, 3%

dan 4% ada pada rentang 10-3 hingga 10-2 S/cm. Nilai konduktivitas elektrolit

polimer adalah 10-7 hingga 10-3 S/cm sedangkan nilai konduktivitas ion elektrolit

organik adalah 10-3 hingga 10-2 S/cm. Sehingga hidrogel yang dihasilkan masuk

dalam golongan elektrolit polimer dan elektrolit organik.

4.1.2 Pengaruh Jumlah Plasticizer Etilena Glikol Terhadap Konduktivitas

Ion Hidrogel

Plastisasi adalah dispersi molekul plasticizer ke dalam polimer.

Penambahan plasticizer ke dalam matriks polimer akan meningkatkan fasa amorf

polimer serta dapat meningkatkan fleksibilitas dan dissosiasi asam menjadi

pasangan kation dan anion bebas sehingga pergerakan ion dalam matriks polimer

menjadi lebih bebas. Jika mempunyai gaya interaksi dengan polimer, proses

dispersi akan berlangsung dalam skala molekul dan terbentuk larutan polimer-

plasticizer (Yulianti, 2014). Plasticizer cenderung memisahkan pasangan ion

menjadi anion dan kation bebas, jadi jumlah ion yang bergerak ke dalam sistem

meningkat. Penambahan Etilena Glikol dapat meningkatkan nilai konduktivitas

ionik yang tinggi karena nilai konstanta dielektrik yang tinggi (ε = 41). Nilai


26

konstanta dielektrik yang tinggi akan melemahkan gaya Columbic antara kation

dan anion dari hidrogel; karena itu lebih banyak ion dapat berpindah

(Ahmad, 2014)

Gambar 4.4 menunjukkan bahwa konduktivitas ion hidrogel pada CMC

dengan konsentrasi 2% meningkat seiring penambahan jumlah plasticizer Etilena

Glikol baik pada perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1, 0,75:1

maupun 1:1. Konduktivitas ionik terbaik yang diperoleh pada penggunaan CMC

2% adalah 1,286 x10-2 S/cm pada penambahan Etilena Glikol 15 ml pada

perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 1:1 sedangkan konduktivitas ion

terendah pada variasi CMC 2% adalah 2,398 x10-3 S/cm dengan perbandingan

elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1 dan penambahan Etilena Glikol 5 ml.

Gambar 4.5 menunjukkan konduktivitas ion hidrogel pada penggunaan

CMC 3% naik pada penambahan Etilena Glikol 10 ml dan turun kembali pada

saat penambahan Etilena Glikol 15 ml. Untuk CMC 3 %, jumlah Etilena Glikol

yang optimum adalah 10 ml. Penambahan Etilena Glikol yang berlebih atau

melebihi batas plastisasi akan menyebabkan molekul pemlastis yang berlebih

berada pada fase tersendiri diluar fase hidrogel (Harsunu,2008). Hidrogel yang

terbentuk pada variasi CMC 3% dengan penambahan plasticizer 15 ml tidak

terlalu kompak karena keberadaan CMC yang menggumpal atau tidak larut dan

udara yang terperangkap pada lembaran hidrogel. Keadaan tersebut

mengakibatkan penurunan gaya intermolekul antar rantai (Kemalsari, 2010).

Konduktivitas ion terbaik pada penggunaan CMC 3% adalah 4,194 x10-3 S/cm

pada penambahan Etilena Glikol 10 ml dengan perbandingan elektrolit terhadap

larutan CMC 1:1, sedangkan konduktivitas ion terendah pada penggunaan CMC

3% berdasarkan pengaruh plasticizer adalah 2,183x10-3 S/cm pada penambaan

Etilena Glikol 5 ml dan dengan perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC

0,5:1.

Gambar 4.6 menunjukkan konduktivitas ion hidrogel pada kombinasi

CMC 4% dengan perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1, naik pada

penambahan Etilena Glikol 10 ml dan turun kembali pada saat penambahan

Etilena Glikol 15 ml, hal ini terjadi karena kondisi fisik pada kombinasi 15 ml

Etilen Glikol dan perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1 terdapat


27

rongga udara yang menyebabkan kerapatan dan mobilitas ion yang menurun.

Untuk perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 0,75:1 terjadi penurunan

seiring pertambahan Etilena Glikol. Begitu juga untuk perbandingan elektrolit

terhadap larutan CMC 1:1, konduktivitas ion menurun pada penambahan Etilen

Glikol 10 ml. Hal ini berkaitan dengan kondisi fisik hidrogel yang dihasilkan.

Keadaan fisik hidrogel pada berbagai variasi dapat dilihat pada Tabel A.6. Pada

penggunaan CMC 4%, kondisi fisik hidrogel pada penambahan 5 ml Etilen Glikol

relatif tebal dan padat, sedangkan pada penambahan Etilen Glikol 10 ml dan 15

ml, terdapat rongga berisi udara yang mengakitbakan kerapatan ion dan mobilitas

ion semakin menurun. Sehingga konduktivitas ion hirogel dengan penambahan

Etilen Glikol 10 dan 15 ml lebih rendah dari variasi Etilen Glikol 5 ml. Nilai

konduktivitas ion dari suatu material elektrolit dapat dipengaruhi oleh kerapatan

mobilitas ion dalam material, waktu tumbukan ion, muatan ion dan massa ion

(Handayani, 2008). Kehadiran gelembung udara pada fisik hidrogel secara

langsung juga menghambat mobilitas ion dan menurunkan kerapatan ion sehingga

konduktivitas ion juga lebih kecil. Konduktivitas ion terbaik pada variasi CMC

4% adalah 7,085 x10-3 S/cm pada perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC

1:1 dan Etilena Glikol 15 ml, sedangkan konduktivitas ion terendah pada CMC

4% berdasarkan pengaruh plasticizer adalah 2,980 x10-3 S/cm pada penambahan

Etilena Glikol 15 ml dan perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 0,5:1.

Gambar 4.4 Pengaruh Jumlah Plasticizer Etilena Glikol pada Konsentrasi


0,010


28





Kondisi fisik suatu hidrogel dapat mempengaruhi nilai konduktivitas ion

hidrogel itu sendiri. Kondisi fisik hidrogel ditampilkan pada Gambar Tabel A.6

Perlu dilakukan penyisihan gelembung udara pada hidrogel dengan udara vakum

sebelum hidrogel dituang untuk dikeringkan agar udara tidak mempengaruhi

kepadatan dari hidrogel sehingga konduktivitas ion hidrogel yang diperoleh lebih

baik.

4.1.3 Pengaruh Perbandingan Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh terhadap

Larutan CMC pada Nilai Konduktivitas Ion Hidrogel

Elektrolit berperan sebagai media transfer ion antara anoda dan katoda

dalam sel. Belimbing Wuluh mengandung golongan senyawa oksalat yang

0,010

0,010


29

merupakan elektrolit lemah. Asam oksalat adalah senyawa kimia yang memiliki

rumus H2C2O4 dengan nama sistematis asam etanadioat, merupakan asam organik

yang relatif kuat bahkan 10.000 kali lebih kuat daripada asam asetat

(Mutakin, 2015). Oksalat merupakan asam lemah yang memiliki valensi asam

sebanyak dua H+, anionnya disebut sebagai oksalat, yang berperan sebagai agen

pereduktor (Merck, 2017).

Gambar 4.7 menunjukkan bahwa penambahan elektrolit meningkatkan

konduktivitas ion dari hidrogel, baik pada penambahan plasticizer 5 ml, 10 ml dan

15 ml. Pada penggunaan CMC 2% dengan penambahan 15 ml Etilen Glikol,

hidrogel yang dihasilkan sangat padat dan kenyal, untuk penambahan Etilen

Glikol 15 ml terdapat rongga udara pada hidrogel, sedangkan dengan penambahan

Etilen Glikol 5 ml, hidrogel yang dihasilkan sangat tipis. Ketebalan hidrogel juga

berpengaruh terhadap konduktivitas ion, dimana ketebalan hidrogel berbanding

lurus dengan nilai konduktivitas ion (Samprovalaki et al., 2007). Konduktivitas

ion tertinggi pada variasi konsentrasi CMC 2% adalalah 1,286x10-2 S/cm dengan

perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 1:1 dan penambahan 15 ml Etilena

Glikol, sedangkan konduktivitas ion terendah yang diperoleh adalah 2,398 x10-3

S/cm.

Dari Gambar 4.8 dapat dilihat bahwa penambahan elektrolit meningkatkan

konduktivitas ion dari hidrogel, baik pada penambahan plasticizer 5 ml, 10 ml dan

15 ml. Konduktivitas ionik tertinggi pada variasi konsentrasi CMC 3% adalah

4,194x10-3 S/cm pada penambahan Etilena Glikol 10 ml dan dengan

perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 1:1 sedangkan konduktivitas ion

terendah yang diperoleh adalah 2,183 x10-3 S/cm pada penambahan Etilen Glikol

5 ml dan perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 0,50:1.

Pada Gambar 4.9, kenaikan konduktivitas ionik pada hidrogel dipengaruhi

oleh jumlah elektrolit yang ditambahkan. Konduktivitas ionik tertinggi pada

variasi konsentrasi CMC 4% adalalah 7,085x10-3 S/cm dengan perbandingan

elektrolit terhadap larutan CMC 1:1 dan penambahan 15 ml Etilena Glikol,

sedangkan konduktivitas ion terendah yang diperoleh adalah 2,98 x10-3 S/cm

pada kombinasi Etilena Glikol 15 ml dan perbandingan elektrolit terhadap larutan

CMC 0,50:1.


30

Gambar 4.7 Pengaruh Perbandingan Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh terhadap

Larutan CMC pada Konsentrasi CMC 2% terhadap Konduktivitas

Ion Hidrogel



Ion Hidrogel



Ion Hidrogel

0,25:1 0,50:1 0,75:1 1:1

0,010

0,010

0,010


31

Gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 menunjukkan bahwa penambahan elektrolit sangat

berpengaruh pada kenaikan konduktivitas ion hidrogel. Hal ini terjadi karena pada

konsentrasi CMC 2% dengan perbandingan elektrolit terhadap larutan CMC 1:1

dan plasticizer 15 ml, dispersi elektrolit terjadi sangat merata pada jaringan atau

pada struktur CMC, sehingga elektron dapat bergerak sangat teratur selama proses

elektrisasi.

Salah satu mekanisme transpor muatan dalam elektrolit polimer adalah

perpindahan ion (umumnya kation atau ion positif) akibat relaksasi segmental dari

rantai polimer. Relaksasi segmental menyebabkan terlepasnya ion dari satu

segmen rantai polimer dan pindah ke segmen lainnya. Peristiwa ini berpengaruh

langsung pada proses difusi kation yang akhirnya menentukan konduktivitas

ionik. Konduktivitas polimer elektrolit gel bergantung pada pergerakan ion antar

rantai polimer. Semakin banyak pergerakan ion yang berpindah dari rantai

polimer ke rantai polimer yang lain, maka konduktivitasnya akan semakin

meningkat ( Chee Lip Chew, 2005 ).

Konduktivitas ion yang dihasilkan dari semua variasi penelitian adalah

rentang 10-3 hingga 10-2 S/cm. Sehingga hidrogel yang dihasilkan masuk dalam

golongan elektrolit polimer dan elektrolit organik. Hal ini dapat disebabkan oleh

suspensi pada elektrolit filtrat belimbing wuluh yang ikut tersebar ke dalam

jaringan polimer sehingga suspensi tersebut juga ikut berperan dalam peningkatan

konduktivitas ion sebagai filler. Seperti yang dilaporkan oleh Ghufira et al.,

(2013) Keberadaan filler dapat meningkatkan konduktivitas ionik dari suatu

elektrolit hidrogel.


32

4.2 TEGANGAN (V)

Proses transfer elektron pada baterai melibatkan transfer elektron melalui

suatu media yang bersifat konduktif dari dua elektroda (anoda dan katoda)

sehingga menghasilkan arus listrik dan beda tegangan. Prinsip kerja baterai

menggunakan prinsip elektrokimia dengan memanfaatkan proses reduksi-oksidasi

yaitu elektroda negatif (anoda) akan mengalami reaksi oksidasi sehingga elektron

yang berada pada permukaan anoda akan terlepas dan dibawa oleh ion elektrolit

menuju elektroda positif (katoda). Transfer elektron oleh ion elektrolit ini

kemudian akan menghasilkan beda tegangan dan arus listrik jika dihubungkan

atau dirangkaikan dengan komponen elektronika (Kartawidjaja et al., 2008).

Uji tegangan atau beda potensial dapat dilakukan dengan multimeter.

Tegangan listrik atau beda potensial listrik adalah perbedaan potensial listrik

antara dua titik dalam rangkaian listrik. Tegangan listrik merupakan ukuran beda

potensial yang mampu membangkitkan medan listrik sehingga menyebabkan

timbulnya arus listrik dalam sebuah konduktor listrik (Wold, 2011).

4.2.1 Pengaruh Konsentrasi CMC terhadap Nilai Tegangan Baterai

Gambar 4.10 menunjukkan bahwa tegangan baterai aluminium menurun

secara signifikan seiring dengan konsentrasi CMC hidrogel, baik pada

perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 0,50:1,

0,75:1 maupun 1:1. Nilai tegangan terbaik pada variasi Etilena Glikol 15 ml

adalah 1,4267V dengan konsentrasi CMC 2% pada perbandingan elektrolit filtrat

belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1. Sedangkan nilai tegangan terendah

adalah 1,354V dari kombinasi Etilena Glikol 15 ml pada konsentrasi CMC 4%

dan perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 0,50:1.

Gambar 4.11 menunjukkan bahwa tegangan baterai aluminium pada variasi

penambahan Etilena Glikol 10 ml menurun secara signifikan seiring dengan

konsentrasi CMC hidrogel, baik perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh

terhadap larutan CMC 0,50, 0,75:1 maupun 1:1. Nilai tegangan terbaik pada

variasi Etilena Glikol 15 ml adalah 1,3775V dengan konsentrasi CMC 2% dan

pada perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1.

Sedangkan nilai tegangan terendah adalah 1,1728 V dari kombinasi Etilena Glikol


33

15 ml pada konsentrasi CMC 4% dengan perbandingan elektrolit filtrat belimbing

wuluh terhadap larutan CMC 0,50:1.

Gambar 4.12 menunjukkan bahwa tegangan baterai aluminium pada variasi

penambahan 5 ml Etilena Glikol menurun secara signifikan seiring dengan

konsentrasi CMC hidrogel, baik perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh

terhadap larutan CMC 0,50:1, 0,75:1 maupun 1:1. Nilai tegangan terbaik pada

variasi Etilena Glikol 5 ml adalah 1,299 V dengan konsentrasi CMC 2% pada

perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1.

Sedangkan nilai tegangan terendah adalah 0,9885 V dari kombinasi Etilena Glikol

5 ml pada konsentrasi CMC 4% perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh

terhadap larutan CMC 0,50:1.


Glikol 15 mL terhadap Tegangan Baterai Aluminium




34



Tegangan dan karakteristik listrik dari suatu material elektrolit dapat

dipengaruhi oleh kerapatan mobilitas ion (jumlah pembawa ion) dalam material,

waktu tumbukan ion, muatan ion dan massa ion (Handayani, 2008). Semakin

banyak jumlah CMC yang ditambahkan dalam elektrolit polimer, maka kerapatan

mobilitas ionnya semakin kecil karena lebih banyak jaringan CMC yang mengisi

polimer. Jika dilihat dari Gambar 4.10, 4.11 dan 4.12, maka dapat disimpulkan

bahwa pengaruh penambahan CMC dapat menurunkan karakterisitik listrik dari

elektrolit.

4.2.2 Pengaruh Jumlah Plasticizer Etilena Glikol terhadap Nilai Tegangan

Baterai

Gambar 4.13 menunjukkan bahwa tegangan baterai aluminium pada

konsentrasi CMC 2% meningkat seiring dengan jumlah Etilena Glikol yang

ditambahkan. Nilai tegangan terbaik pada variasi konsentrasi CMC 2% adalah

1,4267 V pada penambahan 15 ml Etilena Glikol dengan perbandingan elektrolit

filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1. Sedangkan nilai tegangan

terendah adalah 1,2408 V dari kombinasi penambahan 5 ml Etilena Glikol pada

perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 0,5:1.






35


terendah adalah 1,2212 V dari kombinasi CMC 3% dengan penambahan 5 ml

Etilena Glikol pada perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap

larutan CMC 0,5:1.






terendah adalah 0,9885 V dari kombinasi penambahan 5 ml Etilena Glikol pada


Gambar 4.13 Pengaruh Jumlah Penambahan Plasticizer Etilena Glikol pada





36



Plasticizer cenderung memisahkan pasangan ion menjadi anion dan kation

bebas, jadi jumlah ion yang bergerak ke dalam sistem meningkat. Penambahan

Etilena Glikol dapat meningkatkan nilai karakteristik elektrisitas dari elektrolit

(Ahmad, 2014). Jika dilihat pada Gambar 4.13, 4.14 dan 4.15 penambahan Etilena

Glikol meningkatkan tegangan dari baterai, karena dispersi elektron dari elektrolit

yang merata dalam jaringan CMC mempengaruhi muatan ion yang mengalir

sehingga tegangan akan naik jika diberikan plasticizer hingga pada batas

optimum.

4.2.3 Pengaruh Perbandingan Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh terhadap

larutan CMC pada Nilai Tegangan Baterai


konsentrasi CMC 2% meningkat seiring dengan Penambahan jumlah elektrolit

filtrat belimbing wuluh. Nilai tegangan terbaik pada variasi konsentrasi CMC 2%

adalah 1,3715V pada penambahan 15 ml Etilena Glikol dengan perbandingan

elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1. Sedangkan nilai

tegangan terendah adalah 1,2408 V dari kombinasi penambahan 5 ml Etilena

Glikol dan perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC

0,50:1.

Gambar 4.17 menunjukkan bahawa tegangan baterai aluminium pada




37

adalah 1,3715V pada penambahan 15 ml Etilena Glikol dengan perbandingan




0,50:1.




adalah 1,3715 V pada penambahan 15 ml Etilena Glikol dengan perbandingan




0,50:1.

Gambar 4.16 Pengaruh Rasio Penambahan Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh

terhadap larutan CMC dengan Penambahan Etilena Glikol 15 ml

terhadap Tegangan Baterai Aluminium


38







Gambar 4.16, 4.17 dan 4.18 semua menunjukkan bahwa penambahan

elektrolit filtrat belimbing wuluh pada elektrolit polimer juga meningkatkan

tegangan pada baterai. Tegangan dan karakteristik listrik dari suatu material

elektrolit dapat dipengaruhi oleh kerapatan mobilitas ion (jumlah pembawa ion)

dalam material, waktu tumbukan ion, muatan ion dan massa ion (Handayani,

2008). Semakin banyak elektrolit yang ditambahkan, maka jumlah muatan dan

kerapatan ion pada jaringan polimer semakin banyak sehingga meningkatkan nilai

dari tegangan baterai aluminium.


39

4.3 KAPASITAS SPESIFIK BATERAI

4.3.1 Pengaruh Konsentrasi CMC terhadap Kapasitas Spesifik Baterai

Aluminium

Gambar 4.19 menjukkan bahwa kapasitas spesifik baterai aluminium yang

dihasilkan menurun seiring dengan konsentrasi CMC hidrogel, baik pada

perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 0,50:1,

0,75:1 maupun 1:1. Kapasitas spesifik baterai terbaik pada variasi Etilena Glikol

15 ml adalah 1,363 mAh/gram dengan konsentrasi CMC 2% dan perbandingan

elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1. Sedangkan kapasitas

spesifik terendah yang dapat tercapai dalam variasi Etilena Glikol 15 ml adalah

0,889 mAh/gram dari kombinasi Etilena Glikol 15 ml pada konsentrasi CMC 4%

dengan perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC

0,50:1.

Gambar 4.20 menunjukkan bahwa kapasitas spesifik baterai aluminium

yang dihasilkan turun terhadap peningkatan penggunaan konsentrasi CMC

hidrogel, baik pada perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap

larutan CMC 0,50:1, 0,75:1 maupun 1:1. kapasitas spesifik baterai terbaik pada

variasi Etilena Glikol 10 ml adalah 0,510 mAh/gram dengan konsentrasi CMC 2%

pada perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1.

Sedangkan kapasitas spesifik terendah yang dapat tercapai dalam variasi Etilena

Glikol 15 ml adalah 0,103 mAh/gram dari kombinasi Etilena Glikol 10 ml pada

konsentrasi CMC 4% dengan perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh

terhadap larutan CMC 0,50:1.


menurun seiring dengan konsentrasi CMC hidrogel, baik pada perbandingan

elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 0,50:1, 0,75:1 maupun

1:1. kapasitas spesifik baterai terbaik pada variasi Etilena Glikol 15 ml adalah

0,161 mAh/gram dengan konsentrasi CMC 2% pada perbandingan elektrolit filtrat

belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1. Sedangkan kapasitas spesifik

terendah yang dapat tercapai dalam variasi Etilena Glikol 5 ml adalah 0,0142

mAh/gram dari kombinasi Etilena Glikol 5 ml pada konsentrasi CMC 4% dengan



40

Gambar 4.19 Pengaruh Konsentrasi CMC pada penambahan Jumlah Plasticizer

Etilena Glikol 15 mL Kapasitas spesifik Baterai Aluminium






41

Kapasitas spesifik baterai yang dapat ditampung dapat dipengaruhi oleh

elektroda dan elektrolitnya. Pada penelitian ini, hal yang dikaji adalah

performance dari baterai akibat elekrolit yang telah difabrikasi. Karakteristik

listrik dari suatu material elektrolit dapat dipengaruhi oleh kerapatan mobilitas ion

(jumlah pembawa ion) dalam material, waktu tumbukan ion, muatan ion dan

massa ion (Handayani, 2008). Semakin tinggi konsentrasi CMC dalam pembuatan

polimer elektrolit, maka semakin rendah kapasitas spesifik yang dapat dihasilkan

baterai karena konsentrasi CMC membuat kerapatan ion semakin kecil.

4.3.2 Pengaruh Jumlah Plasticizer Etilena Glikol terhadap terhadap

Kapasitas spesifik Baterai Aluminium


yang dihasikan meningkat seiring dengan penambahan jumlah Etilena Glikol pada

hidrogel, baik pada penambahan Etilena Glikol 5, 10 dan 15. kapasitas spesifik

baterai terbaik pada CMC 2% adalah 1,363 mAh/gram dengan perbandingan

elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dan penambahan 15

ml Etilena Glikol. Sedangkan kapasitas spesifik terendah yang dapat tercapai

dalam variasi Etilena Glikol 5 ml adalah 0,112 mAh/gram dari kombinasi Etilena

Glikol 5 ml dengan perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap

larutan CMC 0,50:1


yang dihasilkan meningkat seiring seiring dengan penambahan jumlah Etilena

Glikol pada hidrogel, baik pada penambahan Etilena Glikol 5, 10 dan 15. Hal

tersebut juga terjadi pada variasi perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh

terhadap larutan CMC 0,50:1, 0,75:1 dan 1:1. kapasitas spesifik baterai terbaik

pada CMC 3% adalah 1,052 mAh/gram pada perbandingan elektrolit filtrat

belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dan 15 ml Etilena Glikol. Sedangkan

kapasitas spesifik terendah yang dapat tercapai dalam variasi Etilena Glikol 5 ml

adalah 0,075 mAh/gram dari kombinasi Etilena Glikol 5 ml pada perbandingan

elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 0,50:l.

Pada Gambar 4.24 dapat dilihat bahwa kapasitas spesifik baterai aluminium



42

Glikol pada hidrogel, baik pada penambahan Etilena Glikol 5, 10 dan 15. Hal

tersebut juga terjadi pada variasi perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh

terhadap larutan CMC 0,50:1, 0,75:1 dan 1:1. Kapasitas spesifik baterai terbaik

pada CMC 4% adalah 1,011 mAh/gram dengan perbandingan elektrolit filtrat

belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dan penambahan 15 ml Etilena

Glikol. Sedangkan kapasitas spesifik terendah yang dapat tercapai dalam variasi

Etilena Glikol 5 ml adalah 0,014 mAh/gram dari kombinasi Etilena Glikol 5 ml

pada perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC

0,50:1.

Gambar 4.22 Pengaruh Penambahan Jumlah Plasticizer Etilena Glikol pada

konsentrasi CMC 2% terhadap Kapasitas spesifik Baterai

Aluminium


konsentrasi CMC 3% terhadap Kapasitas spesifik Baterai

Aluminium


43


Konsentrasi CMC 4% terhadap Kapasitas spesifik Baterai

Aluminium

Plasticizer Etilena Glikol berperan untuk mendispersi elektrolit filtrat

belimbing wuluh. Semakin banyak Etilena Glikol atau hingga kondisi optimum

yang ditambahkan, maka dispersi elektron semakin merata dan membuat rapat ion

semakin tinggi. Karakteristik listrik dari suatu material elektrolit dapat

dipengaruhi oleh kerapatan mobilitas ion (jumlah pembawa ion) dalam material,

waktu tumbukan ion, muatan ion dan massa ion (Handayani, 2008). Dengan

demikian, penambahan Etilena Glikol dapat meningkatkan kapasitas spesifik arus

baterai aluminium yang dihasilkan.

4.3.3 Pengaruh Jumlah Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh terhadap

Kapasitas spesifik Baterai Aluminium



Glikol pada hidrogel, baik pada perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh

terhadap larutan CMC 0,50:1, 0,75:1 dan 1:1 pada konsentrasi CMC 2%, 3% dan

4%. Kapasitas spesifik baterai terbaik pada penambahan Etilena Glikol 15 ml

adalah 1,363 mAh/gram pada kombinasi 2% CMC dengan perbandingan elektrolit

filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dan penambahan 15 ml Etilena

Glikol. Sedangkan kapasitas spesifik terendah yang dapat tercapai adalah 0,889

mAh/gram dari kombinasi CMC 4% dengan Etilena Glikol 15 ml dengan



44




terhadap larutan CMC 0,50:1, 0,75:1 dan 1:1 pada konsentrasi CMC 2%, 3% dan

4%. Kapasitas spesifik baterai terbaik pada penambahan Etilena Glikol 10 ml

adalah 0,51 mAh/gram pada kombinasi 2% CMC dengan perbandingan elektrolit

filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dan 10 ml Etilena Glikol.

Sedangkan kapasitas spesifik terendah yang dapat tercapai adalah 0,102

mAh/gram dari kombinasi CMC 4% dengan Etilena Glikol 10 ml dan





terhadap larutan CMC 0,50:1, 0,75:1, 1:1 pada konsentrasi CMC 2%, 3% dan 4%.

Kapasitas spesifik baterai terbaik pada penambahan Etilena Glikol 5 ml adalah

0,161 mAh/gram pada kombinasi 2% CMC dengan perbandingan elektrolit filtrat

belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dan penambahan 15 ml Etilena

Glikol. Sedangkan kapasitas spesifik terendah yang dapat tercapai adalah 0,014

mAh/gram dari kombinasi CMC 2% dengan Etilena Glikol 5 ml dan


Gambar 4.25 Pengaruh Perbandingan Elektrolit Filtrat Belimbing Wuluh

terhadap Larutan CMC pada penambahan Plasticizer Etilena

Glikol 15 ml terhadap Kapasitas Spesifik Baterai Aluminium


45







Penambahan elektrolit filtrat belimbing wuluh meningkatkan nilai kapasitas

spesifik baterai aluminium yang dihasilkan. Peningkatan kapasitas spesifik baterai

terhadap jumlah elektrolit berkaitan dengan adanya peningkatan jumlah ion

pembawa muatan dan reaksi ion tersebut di dalam rantai polimer (Idris, 2005).

Penambahan jumlah elektrolit akan meningkatkan jumlah ion dan kerapatan ion

pada jaringan polimer. Dengan demikian, semakin banyak muatan yang dapat

dibawa dan disimpan selama proses elektrokimia.


46

4.4 pH HIDROGEL

Larutan elektrolit dapat diklasifikasikan berdasarkan nilai pH-nya yaitu

elektrolit basa, yang memiliki pH sebesar 8 - 13, elektrolit dengan nilai pH sama

dengan 7, dan elektrolit asam yang memiliki nilai pH antara 2 – 6. Standar pH

untuk elektrolit larutan maupun hidrogel adalah 2-6. Jika lebih kecil dari 2, maka

laju korosi pada anoda sangat tinggi dan dapat membentuk senyawa lain seperti

karbonat di dalam baterai sehingga kerap menimbulkan kebocoran pada baterai

(Liu et al., 2017).

Pada penelitian ini, pH elektrolit filtrat belimbing wuluh yang diperoleh

adalah 1, sedangkan pH hidrogel yang dihasilkan adalah 3. pH elektrolit filtrat

belimbing wuluh dan hidrogel ditampilkan pada Tabel A.2. pH elektrolit berupa

hidrogel telah memenuhi standar elektrolit untuk aplikasi baterai, dimana batas pH

untuk elektrolit bersifat asam adalah 2 ≤ pH ≤ 6.

4.5 KADAR AIR

Hidrogel dapat memiliki bentuk fisik yang beragam, mulai dari padat,

mikropartikel, film, dan membran hingga padat. Hidrogel terbuat dari rantai

polimer yang saling berhubungan dalam berbagai macam cara sehingga

membentuk struktur yang dikenal sebagai polimer jaringan. Namun, komponen

utama hidrogel adalah air merupakan 40% hingga 99% dari total massa

(Osińska et al., 2015). Hasil uji kadar air elektrolit hidrogel dapat dilihat pada

Tabel A.3.

Dari Tabel A.3 terlihat bahwa kadar air hidrogel berada pada rentang 70-

95%. Kadar air tertinggi adalah 94,14% dari kombinasi CMC 2% dengan

perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dan

Etilen Glikol 10 ml, sedangkan kadar air terendah adalah 73,95% dari kombinasi

CMC 2% dengan perbandingan elektrolit filtrat belimbing wuluh terhadap larutan

CMC 0,5:1 dan Etilena Glikol 5 ml. Dari hasil penelitian ini, kadar air untuk

semua variasi dapat disebut sebagai hidrogel karena telah memenuhi rentang

kadar air hidrogel.


47

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini, yaitu:

1. Elektrolit flitrat belimbing wuluh mengandung padatan yang tersuspensi

sehingga bahan organik tersebut tersebar ke jaringan polimer dan dapat

meningkatkan nilai konduktivitas ionik suatu hidrogel. Konduktivitas ion

yang diperoleh dari penelitian ini berkisar antara 10-3 -10-2 S/cm, sedangkan

standar nilai konduktivitas ion untuk elektrolit polimer adalah 10-7 -10-3 S/cm.

2. Semakin banyak jumlah elektrolit yang ditambahkan, maka jumlah muatan

dan kerapatan ion pada jaringan polimer semakin banyak sehingga

meningkatkan nilai konduktivitas ion, tegangan dan kapasitas spesifik baterai

aluminium.

3. Penambahan Etilen Glikol berperan dalam peningkatan konduktivitas ion

hidrogel, tegangan dan kapasitas spesifik karena dapat menguraikan anion

dan kation asam sehingga ion yang terdispersi lebih banyak.

4. Peningkatan konsentrasi CMC dapat menurunkan nilai konduktivitas ion

hidrogel, tegangan, dan kapasitas spesifik baterai aluminium karena

menurunkan kerapatan ion dari elektrolit sehingga menghambat mobilitas ion

selama reaksi elektrokimia.

5. Kondisi terbaik pada penelitian ini diperoleh pada kombinasi CMC 2% pada

penambahan Plasticizer Etilen Glikol 15 ml dengan perbandingan elektrolit

filtrat belimbing wuluh terhadap larutan CMC 1:1 dengan nilai tertinggi

untuk konduktivitas ion hidrogelnya adalah 1,286x10-2 S/cm, tegangannya

1,4267 V dan kapasitas spesifik 1,363 mAh/gram.


48

5.2 SARAN

Beberapa saran yang dapat diberikan untuk kesempurnaan penelitian ini

adalah:

1. Perlunya dilakukan kajian lebih lanjut untuk memproduksi elektroda yang

digunakan pada baterai aluminium karena efektivitas elektroda

mempengaruhi dari kinerja dan performa baterai yang dihasilkan.

2. Perlunya dilakukan penuangan elektrolit secara vakum agar gelembung udara

yang terkurung dalam hidrogel dapat dihilangkan dan tidak mempengaruhi

nilai konduktivitas ionik hidrogel.

3. Perlunya dikaji pengaruh suspensi pada larutan elektrolit filtrat belimbing

wuluh terhadap konduktivitas ion hidrogel.

4. Perlunya ditambahkan PVA pada larutan CMC agar meningkatkan porositas

CMC sehingga ion dapat lebih leluasa bergerak dan meningkatkan

konduktivitas ion hidrogel serta meningkatkan performa dari baterai yang

dihasilkan.


49

DAFTAR PUSTAKA

Ali, H. E., A. Atta, and M. M. Senna. 2015. Physico-Chemical Properties of

Carboxymethyl Cellulose (CMC)/ Nanosized Titanium Oxide (TiO2)

Gamma Irradiated Composite. Arab Journal of Nuclear Science and

Applications 48(4): 44–52.

Bunaciu, A. A., E. Udriştioiu, Gabriela and H. Y. Aboul-Enein. 2015. X-Ray

Diffraction: Instrumentation and Applications. Critical Reviews in

Analytical Chemistry 45(4): 289–299.

Buraidah, M. H. and A.K. Arof. 2009. Characterization of chitosan/PVA blended

electrolyte doped with NH4I. Journal of Non-Crystalline Solids 357: 3261–

3266.

Buraidah, M. H., L. P. Teo, S.R. Majid, R. Yahya, R. Taha, A.K. Arof. 2010.

Charaterizations of chitosan-based polymer electrolyte photovoltaic cells.

International Journal of Photoenergy 1-7.

Chee L. C. 2005. Kajian Kekonduksian Ionik Terhadap Adunan Elektrolit Polimer

PVC-Getah Asli Terepoksi dan PVDF-Getah Asli Terepoksi. Thesis. Fakulti

Sains. Universiti Teknologi Malaysia.

Choi, J. W., and Aurbach, D. 2016. Promise and reality of post-lithium-ion

batteries with high energy densities, 1(1), 1-16.

Pradan D. K., B.K. Samantaray, R.N.P. Choudary, A.K. Thakur. Journal of Power

Sources 139 (2005) 384-393

Elia, G. A., K. Marquardt, K. Hoeppner, S. Fantini, R. Lin, E. Knipping,

W. Peters, J. F. Drillet, S. Passerini,and R. Hahn. 2016. An Overview and

Future Perspectives of Aluminum Batteries, 28(35) 7564-7579

Ergun, R., J. Guo, & B. Huebner-Keese. 2015. Cellulose. Encyclopedia of Food

and Health 694–702.

Gulrez, S. N., K.H. , S. Al-Assaf, and G.O. Phillips. 2011. Hydrogels: Methods

of Preparation, Characterisation and Applications. Progress in Molecular

and Environmental. Bioengineering-From Analysis and Modeling to

Technology Applications. Carpi, A.In Tech : 646.

Han, Q., X. Chi, S. Zhang, Y. Liu, B. Zhou, J. Yanga and Y. Liu. (2018). Durable,

flexible self-standing hydrogel electrolytes enabling high-safety


50

rechargeable solid-state zinc metal batteries. Royal Society of Chemistry.

Journal of Materials Chemistry 6(45): 23046–23054.

Lee, S. I., U. H. Jung, Y. S. Kim, M. H. Kim, D. J. Ahn, and H. S. Chun. 2002.

A Study of Electrochemical Kinetics of Lithium Ion In Organic Electrolytes.

Korean Journal of Chemical Engineering 19(4): 638-644.

Linden, D., and Reddy, T. B. (2002) Introduction, Linden´s Handbook of

Batteries. Third edition. McGraw-Hill books, inc. New York

Liu, Y., Q. Sun, W. Li, R. Keegan, Adair, J. Li, and X. Sun. 2017.

A comprehensive review on recent progress in aluminum–air batteries.

Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences. Green

Energy and Environment 2(3): 246–277.

Handayani, S. 2008. Membran Elektrolit Berbasis Polieter-Eter Keton tersulfonasi

untuk Direct Methanol Fuel Cell Suhu Tinggi. Disertasi. Program

Pascasarjana Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Imperiyka, M., A. Ahmad, S. A. Hanifah, N. S Mohamed, and M. Y. A. Rahman.

2014. Investigation of Plasticized UV-Curable Glycidyl Methacrylate Based

Solid Polymer Electrolyte for Photoelectrochemical Cell (PEC) Application.

International Journal of Hydrogen Energy 39(6): 3018-3024.

Migliardini, F., T. M. D. Palmaa, M. F. Gaele, P. Corboa. 2019. Cell voltage

analysis of a 6 kW polymeric electrolyte fuel cell stack designed for hybrid

power systems. Materials Today: Proceedings. Elsevier Ltd, 10, 393–399.

Mokhtar, M. and E. H. Majlan. 2014. Development of Aqueous Electrolytes and

Corrosion Inhibitors in Aluminium-Air Battery. Malaysia, Handbook on the

Emerging Trends in Scientific Research. Proceedings Book of ICETS : 634-

657

Osińska-Broniarz, M. M Monika, R. Sierczyńska, A. Kopczyk, and Maciejet.

2015. Hydrogel alkaline electrolytes for Ni-MH batteries. Chemik, 69(12):

852–861.

Samsudin, A. S. and M. I. N. Isa. 2016. Conductivity study on plasticized solid

bio-electrolytes CMC-NH4Br and application in solid-state proton batteries.

Jurnal Teknologi 78(6–5): 43–48.


51

Samprovalaki, K., S. Bakalis, and P. J. Fryer. 2007. Ohmic heating: models and

measurements. Heat Transfer in Food Processing 13: 159–186.

Schnell, J., T. Günther, T. Knoche, C. Vieider , L. Köhler, A. Just, M. Keller, S.

Passerini, and G. Reinhart. 2018. All-solid-state lithium-ion and lithium

metal batteries – paving the way to large-scale production. Journal of Power

Sources 382(2): 160–175.

Suka, I.G., W. Simanjuntak, dan E.L. Dewi. 2010. Pembuatan Membran Polimer

Elektrolit berbasis Polistiren Akronitril (SAN) untuk Aplikasi Direct

Methanol Fuel Cell. Jurnal Nature of Indonesia 13(1): 3-6.

Suryaningsih, S. 2016. Belimbing Wuluh (Averrhoa Bilimbi) sebagai Sumber

Energi Dalam Sel Galvani. Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA)

6(1): 11.

Wigayati, E. M., I. Purawiardi, and Q. Sabrina. 2018. Karakteristik Morfologi

Permukaan Pada Polimer PVdF-LiBOB-ZrO2 dan Potensinya untuk

Elektrolit Baterai Litium. Jurnal Kimia Dan Kemasan 40(1): 1.

Zhu, Y. S., S.Y. Xiao, M.X Li, Z. Chang, F.X Wang, J. Gao, and Y.P Wu. 2015.

Natural macromolecule based carboxymethyl cellulose as a gel polymer

electrolyte with adjustable porosity for lithium ion batteries. Journal of

Power Sources 288: 368–375.


LA-1

LAMPIRAN A

DATA PENELITIAN

A.1 DATA KONDUKTIVITAS ION HIDROGEL

Tabel A.1 Data Hasil Konduktivitas Ion Hidrogel

Run Keterangan Konduktivitas

(S/cm)

1 CMC 2%+ Rasio Penambahan Elektrolit terhadap

larutan CMC 0,5:1+15 mL Etilen Glikol

0,01071



0,01192


larutan CMC 1:1+15 mL Etilen Glikol

0,01286



0,00218



0,00328



0,00388



0,00298



0,00320


larutan CMC 1:1 +15 mL Etilen Glikol

0,00709



0,00317



0,00347


LA-2

Tabel A.1 (Lanjutan)


(S/cm)



0,005562



0,003115



0,003593



0,004194



0,006009



0,003645



0,004871



0,002398



0,002695



0,003439



0,002639



0,002709



0,002749



LA-3


(S/cm)



0,004108



0,005305



0,005590

A.2 DATA HASIL PENGUKURAN pH HIDROGEL

Tabel A.2 Data Hasil Pengukuran pH Hidrogel

Run Keterangan pH



3



3



3



3



3



3



3



3


Run Keterangan pH


LA-4



3



3



3



3



3



3



3



3



3



3



3



3



3


Run Keterangan pH



3


LA-5



3



3



3



3

A.3 DATA HASIL KADAR AIR HIDROGEL (MOISTURE CONTENT)

Tabel A.3 Data Hasil Uji Kadar Air Hidrogel

Run Keterangan Kadar Air (%)



78,64



78,56



82,62



84,77



89,34



92,88





88,14



92,85


LA-6


larutan CMC +15 mL Etilen Glikol

93,97



76,02



78,27



79,48



76,36



77,53



82,25



89,45



90,95



94,14



73,95





75,67



76,96



79,24


LA-7



83,63



83,38



87,33



88,56



89,60

A.4 DATA HASIL UJI TEGANGAN BATERAI ALUMINIUM

Tabel A.4 Data Hasil Uji Tegangan Baterai Aluminium

Run Keterangan Tegangan (V)



1,3993



1,4079



1,4267





1,3699



1,3896



1,3901



1,3540


LA-8



1,3698



1,3715



1,3463



1,3504



1,3775



1,2784



1,2807



1,3719



1,1728





1,2306



1,2933



1,2408



1,2581



1,299


LA-9



1,2212



1,2303



1,2518



0,9885



1,0269



1,1593

A.5 DATA HASIL UJI KAPASITAS BATERAI ALUMINIUM

Tabel A.5 Data Hasil Uji Kapasitas Baterai Aluminium

Run Keterangan Kapasitas Spesifik

Baterai (mAh/gram)



0,918



1,317



1,363



0,914



1,018


LA-10



1,053



0,889



0,951



1,011



0,339



0,506



0,510



Baterai (mAh/gram)



0,215



0,225



0,289



0,103



0,136



0,183


LA-11



0,091



0,091



0,161



0,075



0,078



0,139



0,014



Baterai (mAh/gram)



0,015



0,072

A.6 KEADAAN FISIK HIDROGEL

Tabel A.6 Keadaan Fisik Hidrogel yang dihasilkan pada berbagai variasi

Run Keterangan Keadaan Fisik



Padat dan kenyal



Padat dan kenyal


LA-12



Padat dan kenyal



Udara terperangkap



Udara terperangkap



Udara terperangkap



Tebal dan padat



Tebal, sedikit

gumpalan





Tebal dan padat



Ada udara yang

terperangkap



Ada udara yang

terperangkap



Ada udara yang

terperangkap



Ada gelembung udara



Ada gelembung udara



Ada gelembung udara



Tebal


LA-13



Tebal, sedikit

gumpalan



Tebal, sedikit rongga

udara



Tipis dan ada

gumpalan



Tipis dan ada

gumpalan



Tipis dan ada

gumpalan





Tipis



Tipis



Tipis



Tebal



Tebal



Tebal


LB-1

LAMPIRAN B

CONTOH PERHITUNGAN

B.1 PERHITUNGAN KONDUKTIVITAS ION

Konduktivitas ion diperoleh dengan metode Ohmic Heating Cell dengan

mengalirkan arus AC pada lembaran hidrogel, kemudian dua probe multitester di

hubungkan ke hidrogel untuk merekam karakteristis data tegangan dan current yang

diperoleh akibat hambatan dari hidrogel. Karakterisitik listik yang diberikan 2A,

4volt. Data yang diperoleh pada Uji Konduktivitas Ion dapat dilihat pada tabel B.1:

Tabel B.1 Data Uji Konduktivitas Ion Hidrogel

Run Tegangan (V) Kuat Arus (A) R (ohm)

1 1,567 0,302 5,189

2 1,524 0,327 4,661

3 1,521 0,352 4,321

4 1,608 0,386 4,167

5 1,551 0,229 6,772

6 1,421 0,368 3,861

7 1,823 0,326 5,592

8 1,657 0,191 8,676

9 1,529 0,390 3,921

10 1,589 0,363 4,379

11 1,848 0,289 6,394

12 2,112 0,423 4,994

13 1,506 0,352 4,279

14 1,915 0,344 5,565

15 2,077 0,392 5,298

16 1,372 0,371 3,698

17 1,9142 0,314 6,096

18 1,715 0,376 4,562

19 1,890 0,408 4,633

20 2,193 0,485 4,535

21 1,407 0,363 3,877

22 1,591 0,315 5,052

23 1,363 0,277 4,921

24 1,969 0,406 4,849

25 1,506 0,464 3,246

26 1,5733 0,626 2,513

27 1,596 0,669 2,385


LB-2

Contoh perhitungan konduktivitas ion dari hidrogel

Diketahui pada Run III :

Tegangan = 1,521 V

Kuat Arus = 0,352 A

RA

L (B.1)

Dimana A adalah luas permukaan hidrogel yang merupakan spesimen berukuran

3x3 cm dan L adalah ketebalannya. R adalah nilai hambatan listrik sesuai Hukum

Ohm yang dapat diperoleh dari persamaan B.2.

I

VR (B.2)

Maka 4321,0352,0

521,1R

L = 0,5 cm

A = 9 cm2

Konduktivitas ion =RA

L =

9321,4

5,0

x = 0,01286 S/cm

B.2 PERHITUNGAN KADAR AIR

Uji kadar air dilakukan menggunakan oven pada suhu 105oC selama 24 jam.

Contoh perhitungan kadar air pada hidrogel adalah sebagai berikut:

Diketahui:

Berat cawan kosong = 48,26 gram

Berat hidrogel sebelum pengeringan = 59,31 gram

Berat hideogel setelah pengeringan 24 jam = 50,18 gram

Kadar air (%) = 𝑊𝑜−𝑊𝑘

𝑊𝑜x100%

Wo = 59,31-48,26 = 11,05 gram

Wk = 50,18-48,26 = 1,92 gram

Maka, kadar air (%) = %10005,11

92,105,11x

= 82,62%


LB-3

B.3 PERHITUNGAN KAPASITAS SPESIFIK BATERAI

Kuat arus dapat diperoleh dengan menggunakan multimeter UNI T61E. Nilai

kuat arus berhubungan dengan kapasitas baterai yang dihasilkan. Contoh

perhitungan kapasitas baterai aluminium yang dihasilkan:

Diketahui:

I = 13,391 mA

t = 1 jam (abs)

massa hidrogel = 9,82 gram

maka, kapasitas Spesifik baterai adalah:

Kapasitas Spesifik Baterai = m

Ixt

=82,9

1391,13 x

= 1,364 mAh/gram


LC-1

LAMPIRAN C

DOKUMENTASI PENELITIAN

C.1 PROSES PEMBUATAN ELEKTROLIT HIDROGEL

Proses pembuatan elektrolit hidrogel dapat dilihat pada Gambar C.1.

(a) (b) (c)

(d) (e)

Gambar C.1 Proses Pembuatan Elektrolit Hidrogel (a) Larutan Carboxymethyl

Cellulose (b) Larutan Elektrolit Polimer (c) Pengeringan Hidrogel

di dalam oven (d) Pendinginan Hidrogel yang Kering di Desikator

(e) Elektrolit Hidrogel


LC-2

C.2 KONDISI FISIK HIDROGEL

Kondisi Fisik hidrogel yang dihasilkan ditampilkan pada Tabel C.1.

Run Hidrogel Keterangan

1

Padat dan kenyal

2

Padat dan kenyal

3

Padat dan kenyal

4

Udara terperangkap


LC-3

Tabel C.1 (Lanjutan)


5

Udara terperangkap

6

Udara terperangkap

7

Tebal dan padat

8

Tebal, sedikit gumpalan


LC-4



9

Tebal dan padat

10

Ada udara yang terperangkap

11


12



LC-5



13

Ada gelembung udara

14

Ada gelembung udara

15

Ada gelembung udara

16

Tebal


LC-6



17

Tebal, sedikit gumpalan

18

Tebal, sedikit rongga udara

19

Tipis dan ada gumpalan

20



LC-7



21


22

Tipis

23

Tipis

24

Tipis


LC-8



25

Tebal

26

Tebal

27

Tebal


LC-9

C.3 PEMBUATAN ELEKTRODA

Proses pembuatan elektroda baterai aluminium dapat dilihat pada Gambar

C.2.

(a) (b)

Gambar C.2 Proses Pembuatan Elektroda (a) Anoda Baterai Aluminium

(b) Katoda Baterai Aluminium

C.4 BATERAI ALUMINIUM

Baterai Hydrogel aluminium yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar C.3.

Gambar C.3 Baterai Hidrogel-Aluminium


LC-10

C.5 PENGUJIAN BATERAI

Beberapa pengujian yang dilakukan pada Hydrogel Aluminium Battery dapat

dilihat pada Gambar C.4.

(a)

(a) (c)

Gambar C.4 Pengujian Baterai (a) Uji Konduktivitas dengan Metode Ohmic

Heating Cell (b) Uji Tegangan Baterai Hidrogel-Aluminium

(c) Uji Kuat Arus Baterai Hidrogel-Aluminium


PENYEDIAAN HYDROGEL ALUMINIUM BATTERY - TEKNIK KIMIA pdf/160405053.pdf · Mahasiswa Teknik Kimia,...

Documents

Transcript of PENYEDIAAN HYDROGEL ALUMINIUM BATTERY - TEKNIK KIMIA pdf/160405053.pdf · Mahasiswa Teknik Kimia,...