BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN

BAB IV
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Awal Hasil Pengujian Baterai Alumunium Udara
Dari hasil pengujian baterai alumunium udara dalam pembuatan elektroda katoda
udara terlihat pada gambar 4.1 skema baterai alumunium udara jenis baterai koin dari
beberapa variasi karbon aktif yaitu tempurung kelapa lokal, tempurung kelapa impor
buatan Filipina dan karbon aktif penjernih air aquarium menggunakan variasi komposisi
0.198 gram, 0.196 gram dan 0.194 gram, katalis 0.002 gram, konsentrasi elektrolit NaCl
4.5 % sebanyak 0.0001 L menggunakan anoda baterai alumunium dari kaleng bekas
minuman ringan sample A, adapun hasil pengujian pengukuran melalui proses
elektrokimia dengan menggunakan Ampere Volt Ohm meter didapatkan hasil berupa
harga potensial (V) dan arus listrik (mA).
76
http://digilib.mercubuana.ac.id/
77
Gambar 4.1 Skema baterai alumunium udara jenis baterai koin.
Dari hasil pengujian desain dan pembuatan baterai alumunium udara menggunakan
variasi karbon aktif dengan variasi komposisi 0.198 gram, 0.196 gram dan 0.194 gram
didapatkan harga potensial (V) dan arus listrik (mA) yang optimal dengan komposisi
karbon aktif sebesar 0.198 gram seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1. Penelitian
desain dan pembuatan baterai alumunium udara menggunakan variasi karbon aktif
dilakukan pada komposisi 0.198 gram menggunakan tiga jenis variasi karbon aktif.
Pada komposisi 0.198 gram terlihat memiliki nilai arus optimal mencapai 2.620 mA.
Harga arus listrik yang dihasilkan menjadi keutamaan penelitian.
Tabel 4.1 Nilai rata-rata harga potensial tegangan dan arus variasi dan komposisi karbon
aktif pada baterai alumunium udara.
Variasi Karbon Aktif
Tempurung Kelapa Lokal
Tempurung Kelapa Impor
Buatan Filipina
Tempurung Kelapa
Penjernih Air Aquarium
Komposisi Tegangan
(gram)
(V)
0.198
0.854
0.196
0.868
0.194
0.847
0.198
0.836
0.196
0.817
0.194
0.838
0.198
0.944
0.196
0.933
0.194
0.949
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Arus
(mA)
0.074
0.164
0.074
2.620
2.198
1.420
0.106
0.122
0.412
Harga Optimal
V
mA
0.868
0.164
0.838
2.620
0.949
0.412
78
Syarat utama baterai mampu menghasilkan tegangan dari beda potensial kedua
elektroda dan arus listrik. Beda potensial terjadi karena perbedaan banyaknya jumlah
elektron yang di produksi dari proses elektrokimia. Sedangkan arus listrik adalah
banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan-pergerakan elektron yang
diproduksi dari reaksi elektrokimia, didapatkan harga arus listrik optimal rata-rata
sebesar 2.620 mA pada komposisi karbon aktif 0.198 gram. Karbon aktif merupakan
adsorben, adalah suatu padatan berpori yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon
bebas dan masing-masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan
karbon aktif bersifat non polar. Struktur pori merupakan faktor yang penting
diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil poripori karbon aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian
kecepatan adsorbsi bertambah.
4.2 Pengujian Energi Listrik Baterai Alumunium Udara Menggunakan Variasi
Karbon Aktif Terhadap Waktu
Hasil pengujian desain dan pembuatan baterai alumunium udara menggunakan
variasi dan komposisi karbon aktif didapatkan hasil data seperti yang terlihat pada tabel
4.2, gambar 4.2 dan 4.3. Dari hasil pengujian secara elektrokimia pada baterai
alumunium udara diperoleh bahwa perilaku tegangan rata-rata yang optimal pada dua
jam pertama menggunakan karbon aktif tempurung kelapa penjernih aquarium,
sedangkan arus rata-rata yang optimal pada 1 jam pertama menggunakan karbon aktif
tempurung kelapa impor buatan Filipina. Secara umum fenomena tegangan yang terjadi
setiap jamnya cenderung naik, tetapi harga arus yang dihasilkan cenderung menurun.
Hal ini disebabkan, karena untuk menghasilkan tegangan yang stabil membutuhkan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
79
waktu agar kesetimbangan elektromia berjalan dengan baik. Sedangkan penyebab harga
arus cenderung menurun disebabkan terjadinya korosi pada anoda dengan elektrolit
sehingga produksi ion untuk menghasilkan elektron berkurang setiap jamnya, masalah
lainnya yaitu berkurangnya komposisi elektrolit cair yang digunakan karena sudah
dikonsumsi untuk menghasilkan arus pada saat awal proes elektrokimia berjalan.
Penjelasan lebih detail akan dibahas dibawah ini.
Tabel 4.2 Karakteristik tegangan dan arus listrik menggunakan variasi karbon aktif
terhadap waktu.
Variasi Karbon Aktif
Tempurung Kelapa Lokal
Tempurung Kelapa Impor Buatan
Filipina
Tempurung Kelapa Penjernih Air
Aquarium
Variasi Karbon Aktif
Tempurung Kelapa Lokal
Tempurung Kelapa Impor Buatan
Filipina
Tempurung Kelapa Penjernih Air
Aquarium
Tegangan (V)
Jam Ke Jam Ke Jam Ke Jam Ke Jam Ke
1
2
3
4
5
0.717
0.678
0.854
0.833
0.843
0.663
0.798
0.836
0.701
0.828
0.853
0.944
0.911
0.928
0.840
Arus (mA)
Jam Ke Jam Ke Jam Ke Jam Ke Jam Ke
1
2
3
4
5
0.074
0.018
0.054
0.060
0.066
2.620
1.234
0.908
0.928
0.616
0.106
0.086
0.036
0.038
0.040
http://digilib.mercubuana.ac.id/
80
Gambar 4.2 Grafik karakteristik tegangan listrik variasi karbon aktif terhadap waktu.
Gambar 4.3 Grafik karakteristik arus listrik variasi karbon aktif terhadap waktu.
Menurut (Yugang, 2013) ion logam dari anoda bergerak melalui elektrolit dan
bereaksi dengan ion O22- atau O2- yang diperoleh dari reaksi reduksi O2 oleh katalis
pada permukaan katoda udara untuk membentuk suatu endapan oksida dari ion logam
anoda. O2 yang terlibat dalam sistem baterai logam udara berasal dari udara yang masuk
melalui pori-pori karbon pada yang terdapat pada katoda.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
81
Menurut (Jang dkk, 2011) endapan oksida dapat menutupi pori-pori dari karbon
pada katoda, sehingga oksigen dari udara tidak dapat masuk kedalam sistem baterai
logam udara. Kondisi ini akan menyebabkan turunnya densitas energi baterai logam
udara, karena reaksi elektrokimia dalam sistem baterai terhambat. Dalam pembuatan
baterai logam udara adalah munculnya masalah korosi dari logam anoda, terbentuknya
lapisan oksida dari penghasilan gas H2.
Menurut (Mohamad, 2008, Gelman dkk, 2014-2015, Vincenzo dkk, 2014) logam
anoda yang terkorosi akibat reaksi antara elektrolit dengan permukaan anoda baterai
logam udara, selain itu juga akan membentuk lapisan logam hidroksida. Hal ini
menyebabkan proses migrasi ion logam menuju katoda akan terhambat dan ini
menyebabkan densitas energi yang menurun dan masa hidup baterai menjadi singkat.
Menurut (Sheng, 2007) dan (Yugang, 2013) gas H2O, O2, CO2, N2 serta gas
lainnya yang mungkin eksis berada di udara.
Menurut (Rio dkk, 2014) semakin banyak pori yang terdapat pada karbon aktif
akan mempercepat reaksi elektrokimia, tetapi mengurangi hasil reaksi elektrokimia.
Persentase porositas yang terlalu rendah akan mengurangi jumlah reaksi, karena bidang
kontak reaksi pada sel ini akan semakin berkurang sehingga dapat mengurangi
tegangan.
Menurut (Jang dkk, 2011) ukuran partikel karbon yang terlalu kecil kurang sesuai
digunakan sebagai matriks pembuatan katoda udara. Hal ini karena, dengan ukuran
partikel karbon yang kecil, maka ketika terjadi penyusunan partikel-partikel karbonnya
akan membentuk pori-pori yang lebih kecil dan rapat. Kondisi ini menyebabkan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
82
kemampuan oksigen untuk masuk ke dalam sistem baterai logam udara melalui katoda
akan turun. Idealnya ukuran partikel karbon adalah sekitar 30 nm.
Menurut (Zheng dkk, 2008) jika partikel karbon terlalu besar, memang akan
membentuk pori-pori yang lebih besar, yang secara teoritis akan memudahkan
masuknya oksigen kedalam sistem baterai logam udara. Namun pada aplikasinya,
terutama untuk baterai logam udara dengan sistem akues, justru akan menyebabkan
densitas energi baterai menurun. Fenomena ini terjadi karena, dengan semakin
banyaknya oksigen yang masuk ke dalam sistem baterai logam udara, maka kecepatan
reaksi elektrokimia yang terjadi juga semakin cepat, sehingga proses pembentukan
endapan dan korosi pada permukan anoda akan berlangsung cepat.
1. Hasil Pengujian Karbon Aktif Tempurung Kelapa Lokal
Seperti yang terlihat pada tabel 4.2, gambar 4.2 dan 4.3 yang disajikan diatas.
Terlihat data harga tegangan dan arus rata-rata untuk variasi karbon aktif tempurung
kelapa lokal dilakukan pengukuran selama 5 jam diperoleh hasil potensial tegangan
optimal pengukuran pada jam ke tiga sebesar 0.854 V dan arus yang optimal didapat
pengukuran pada jam pertama sebesar 0.074 mA. Untuk lebih jelasnya nilai rata-rata
tegangan dan arus hasil pengujian dapat dilihat pada gambar 4.4 dan 4.5.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
83
Gambar 4.4 Grafik karakteristik tegangan terhadap waktu variasi karbon aktif
tempurung kelapa lokal.
Gambar 4.5 Grafik karakteristik arus terhadap waktu variasi karbon aktif tempurung
kelapa lokal.
Ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa lokal yang terlalu kecil menyebabkan
penyerapan gas oksigen secara adsorbsi menjadi berkurang karena ketika terjadi
penyusunan partikel-partikel karbonnya akan membentuk pori-pori yang lebih kecil dan
rapat. Semakin banyak pori yang terdapat pada karbon aktif akan mempercepat reaksi
http://digilib.mercubuana.ac.id/
84
elektrokimia, tetapi mengurangi hasil dari reaksi elektrokimia yang terjadi pada baterai
alumunium udara. Kondisi ini menyebabkan kemampuan oksigen untuk masuk ke
dalam sistem baterai alumunium udara melalui katoda karbon aktif akan turun. Jika
ukuran partikel karbon terlalu besar, akan membentuk pori-pori yang lebih besar, secara
teoritis akan memudahkan masuknya oksigen ke dalam sistem baterai logam udara.
Namun pada aplikasinya akan menyebabkan densitas energi baterai menurun.
Fenomena ini terjadi karena, dengan semakin banyaknya oksigen seperti gas H2O, O2,
CO2, N2 serta gas lainnya yang mungkin berada di udara yang masuk ke dalam sistem
baterai logam udara, maka kecepatan reaksi elektrokimia yang terjadi juga semakin
cepat, sehingga proses pembentukan endapan dan korosi pada permukan anoda akan
berlangsung cepat. Persentase porositas karbon aktif tempurung kelapa lokal yang
terlalu rendah akan mengurangi jumlah reaksi, karena bidang kontak reaksi pada sel ini
akan semakin berkurang sehingga dapat mengurangi tegangan baterai yang dihasilkan,
permasalahan yang terjadi tersebut sesuai dengan pernyataan dari Jang dkk, 2011, Rio
dkk, 2014, Zheng dkk, 2008, Sheng, 2007 dan Yugang, 2013.
Permasalahan-permasalahan tersebut yang menyebabkan densitas energi baterai
alumunium udara menjadi tidak stabil. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu
disesuaikan ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa lokal untuk mengendalikan
gas oksigen yang diserap oleh karbon aktif untuk masuk kedalam sistem sel baterai.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
85
Reaksi Redoks Baterai Alumunuium Udara Variasi Karbon Aktif Tempurung
Kelapa Lokal.
Anoda : Al(s) + 3OH−(aq) → Al(OH)3(s) + 3e−
×4
Eo = −0.85 V
Katoda : O2(g) + 2H2O(l) + 4e− → 4OH−(aq)
×3
Eo = +0.40 V
4Al(s) + 12OH−(aq) → 4Al(OH)3(s) + 12e−
3O2(g) + 6H2O(l) + 12e− → 12OH−(aq)
Total
: 4Al(s) + 12OH−(aq) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Al(OH)3(s) + 12OH−(aq)
: 4Al(s) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Al(OH)3(s)
GGL (Sel) = Eo (Sel) = E° Katoda – E° Anoda
= 0.40 V – (–0.85 V)
= 1.25 V
2. Hasil Pengujian Karbon Aktif Tempurung Kelapa Impor Buatan Filipina
Seperti yang terlihat pada tabel 4.2, gambar 4.2 dan 4.3 yang disajikan diatas.
Terlihat data harga tegangan dan arus rata-rata untuk variasi karbon aktif tempurung
kelapa impor buatan Filipina dilakukan pengukuran selama 5 jam diperoleh hasil
potensial tegangan optimal pengukuran pada jam ke tiga sebesar 0.836 V dan arus yang
optimal didapat pengukuran pada jam pertama sebesar 2.620 mA. Untuk lebih jelasnya
nilai rata-rata tegangan dan arus hasil pengujian dapat dilihat pada gambar 4.6 dan 4.7.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
86
Gambar 4.6 Grafik karakteristik tegangan terhadap waktu variasi karbon aktif
tempurung kelapa impor buatan Filipina.
Gambar 4.7 Grafik karakteristik arus terhadap waktu variasi karbon aktif tempurung
kelapa impor buatan Filipina.
Ukuran partikel karbon terlalu besar, memang akan membentuk pori-pori yang lebih
besar, yang secara teoritis akan memudahkan masuknya oksigen kedalam sistem baterai
logam udara. Namun pada aplikasinya, terutama untuk baterai alumunium udara
menyebabkan densitas energi baterai menurun. Fenomena ini terjadi karena, dengan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
87
semakin banyaknya oksigen yang masuk ke dalam sistem baterai alumunium udara,
maka kecepatan reaksi elektrokimia yang terjadi juga semakin cepat, sehingga proses
pembentukan endapan dan korosi pada permukan anoda akan berlangsung cepat. Jika
ukuran partikel karbon yang terlalu kecil kurang sesuai digunakan dalam pembuatan
katoda udara. Hal ini karena, dengan ukuran partikel karbon yang kecil, maka ketika
terjadi penyusunan partikel-partikel karbonnya akan membentuk pori-pori yang lebih
kecil dan rapat. Kondisi ini menyebabkan kemampuan oksigen untuk masuk ke dalam
sistem baterai alumunium udara melalui katoda akan turun. Ukuran partikel karbon aktif
impor buatan Filipina yang tidak menjadi perhatian menjadi penyebab tegangan yang
dihasilkan pada baterai alumunium udara tidak stabil. Untuk mengatasi masalah tersebut
perlu disesuaikan ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina
untuk mengendalikan gas oksigen yang diserap oleh karbon aktif. Ion logam dari anoda
bergerak melalui elektrolit dan bereaksi dengan ion O22- atau O2- yang diperoleh dari
reaksi reduksi O2 oleh katalis pada permukaan katoda udara untuk membentuk suatu
endapan oksida dari ion logam anoda. O2 yang terlibat dalam sistem baterai alumunium
udara berasal dari udara yang masuk melalui pori-pori karbon aktif yang terdapat pada
katoda. Endapan oksida dapat menutupi pori-pori dari karbon pada katoda, sehingga
oksigen dari udara tidak dapat masuk kedalam sistem baterai logam udara. Kondisi ini
akan menyebabkan turunnya densitas energi baterai logam udara, karena reaksi
elektrokimia dalam sistem baterai terhambat. Dalam pembuatan baterai logam udara
adalah munculnya masalah korosi dari logam anoda, terbentuknya lapisan oksida dari
penghasilan gas H2, H2O, O2, CO2, N2 serta gas lainnya yang mungkin berada di udara.
Logam anoda yang terkorosi akibat reaksi antara elektrolit dengan permukaan anoda
baterai logam udara, selain itu juga akan membentuk lapisan logam hidroksida. Hal ini
http://digilib.mercubuana.ac.id/
88
menyebabkan proses migrasi ion logam menuju katoda akan terhambat dan ini
menyebabkan densitas energi yang menurun dan masa hidup baterai menjadi singkat,
permasalahan yang terjadi tersebut sesuai dengan pernyataan dari Zheng dkk, 2008,
Jang dkk, 2011, Sheng, 2007, Yugang, 2013, Mohammad, 2008, Gelman dkk, 20142015 dan Vicenzo dkk, 2014.
Permasalahan tersebut menjadi penyebab arus yang dihasilkan pada baterai
alumunium udara menjadi turun. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu
menyesuaiakan ukuran partikel karbon aktif dan mengendalikan udara yang diserap
masuk melalui karbon aktif dengan cara membuat membran untuk menyerap gas O2
murni yang masuk melalui karbon aktif. Berdasarkan pengujian adsorbsi menggunakan
metode visual pada gambar 4.10, karbon aktif impor buatan Filipina memiliki sifat
adsorbsi yang paling baik sehingga menghasilkan arus rata-rata paling optimal.
Reaksi Redoks Baterai Alumunuium Udara Variasi Karbon Aktif Tempurung
Kelapa Impor Buatan Filipina.
Anoda : Al(s) + 3OH−(aq) → Al(OH)3(s) + 3e−
×4
Eo = −0.83 V
Katoda : O2(g) + 2H2O(l) + 4e− → 4OH−(aq)
×3
Eo = +0.40 V
4Al(s) + 12OH−(aq) → 4Al(OH)3(s) + 12e−
3O2(g) + 6H2O(l) + 12e− → 12OH−(aq)
Total
: 4Al(s) + 12OH−(aq) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Al(OH)3(s) + 12OH−(aq)
: 4Al(s) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Al(OH)3(s)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
89
GGL (Sel) = Eo (Sel) = E° Katoda – E° Anoda
= 0.40 V – (–0.83 V)
= 1.23 V
3. Hasil Pengujian Karbon Aktif Tempurung Kelapa Penjernih Air Aquarium
Seperti yang terlihat pada tabel 4.2, gambar 4.2 dan 4.3 yang disajikan diatas.
Terlihat data harga tegangan dan arus rata-rata untuk variasi karbon aktif tempurung
kelapa penjernih air aquarium dilakukan pengukuran selama 5 jam diperoleh hasil
potensial tegangan optimal pengukuran pada jam ke dua sebesar 0.944 V dan arus yang
optimal didapat pengukuran pada jam pertama sebesar 0.106 mA. Untuk lebih jelasnya
nilai rata-rata tegangan dan arus hasil pengujian dapat dilihat pada gambar 4.8 dan 4.9.
Gambar 4.8 Grafik karakteristik tegangan terhadap waktu variasi karbon aktif
tempurung kelapa penjernih air aquarium.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
90
Gambar 4.9 Grafik karakteristik arus terhadap waktu variasi karbon aktif tempurung
kelapa penjernih air aquarium.
Ukuran partikel karbon terlalu besar, memang akan membentuk pori-pori yang lebih
besar, yang secara teoritis akan memudahkan masuknya oksigen kedalam sistem baterai
logam udara. Namun pada aplikasinya, terutama untuk baterai alumunium udara
menyebabkan densitas energi baterai menurun. Fenomena ini terjadi karena, dengan
semakin banyaknya oksigen yang masuk ke dalam sistem baterai alumunium udara,
maka kecepatan reaksi elektrokimia yang terjadi juga semakin cepat, sehingga proses
pembentukan endapan dan korosi pada permukan anoda akan berlangsung cepat. Jika
ukuran partikel karbon yang terlalu kecil kurang sesuai digunakan dalam pembuatan
katoda udara. Hal ini karena, dengan ukuran partikel karbon yang kecil, maka ketika
terjadi penyusunan partikel-partikel karbonya akan membentuk pori-pori yang lebih
kecil dan rapat. Kondisi ini menyebabkan kemampuan oksigen untuk masuk ke dalam
sistem baterai alumunium udara melalui katoda akan turun. Ukuran partikel karbon aktif
penjernih air aquarium yang tidak menjadi perhatian menjadi penyebab tegangan yang
dihasilkan pada baterai alumunium udara tidak stabil. Untuk mengatasi masalah tersebut
http://digilib.mercubuana.ac.id/
91
perlu disesuaikan ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa penjernih aquarium
untuk mengendalikan gas oksigen yang diserap oleh karbon aktif. Ion logam dari anoda
bergerak melalui elektrolit dan bereaksi dengan ion O22- atau O2- yang diperoleh dari
reaksi reduksi O2 oleh katalis pada permukaan katoda udara untuk membentuk suatu
endapan oksida dari ion logam anoda. O2 yang terlibat dalam sistem baterai alumunium
udara berasal dari udara yang masuk melalui pori-pori karbon aktif yang terdapat pada
katoda. Endapan oksida dapat menutupi pori-pori dari karbon pada katoda, sehingga
oksigen dari udara tidak dapat masuk kedalam sistem baterai logam udara. Kondisi ini
akan menyebabkan turunnya densitas energi baterai logam udara, karena reaksi
elektrokimia dalam sistem baterai terhambat. Dalam pembuatan baterai logam udara
adalah munculnya masalah korosi dari logam anoda, terbentuknya lapisan oksida dari
penghasilan gas H2, H2O, O2, CO2, N2 serta gas lainnya yang mungkin berada di udara.
Logam anoda yang terkorosi akibat reaksi antara elektrolit dengan permukaan anoda
baterai logam udara, selain itu juga akan membentuk lapisan logam hidroksida. Hal ini
menyebabkan proses migrasi ion logam menuju katoda akan terhambat dan ini
menyebabkan densitas energi yang menurun dan masa hidup baterai menjadi singkat,
permasalahan yang terjadi tersebut sesuai dengan pernyataan dari Zheng dkk, 2008,
Jang dkk, 2011, Sheng, 2007, Yugang, 2013, Mohammad, 2008, Gelman dkk, 20142015 dan Vicenzo dkk, 2014.
Permasalahan tersebut menjadi penyebab arus yang dihasilkan pada baterai
alumunium udara menjadi turun. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu
menyesuaiakan ukuran partikel karbon aktif dan mengendalikan udara yang diserap
masuk melalui karbon aktif dengan cara membuat membran untuk menyerap gas O2
murni yang masuk melalui karbon aktif.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
92
Reaksi Redoks Baterai Alumunuium Udara Variasi Karbon Aktif Tempurung
Kelapa Penjernih Aquarium.
Anoda : Al(s) + 3OH−(aq) → Al(OH)3(s) + 3e−
×4
Eo = −0.94 V
Katoda : O2(g) + 2H2O(l) + 4e− → 4OH−(aq)
×3
Eo = +0.40 V
4Al(s) + 12OH−(aq) → 4Al(OH)3(s) + 12e−
3O2(g) + 6H2O(l) + 12e− → 12OH−(aq)
Total
: 4Al(s) + 12OH−(aq) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Al(OH)3(s) + 12OH−(aq)
: 4Al(s) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Al(OH)3(s)
GGL (Sel) = Eo (Sel) = E° Katoda – E° Anoda
= 0.40 V – (–0.94 V)
= 1.34 V
4.3 Pengujian Adsorbsi Karbon Aktif Menggunakan Metode Visual
Karbon aktif yang merupakan adsorben, adalah suatu padatan berpori yang
sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berikatan secara
kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain komposisi
dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur
pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori arang aktif,
mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorbsi
bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorbsi, dianjurkan agar menggunakan
arang aktif yang telah dihaluskan. Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya
serap.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
93
Adsorbsi merupakan peristiwa penyerapan suatu adsorbat pada permukaan
adsorben. Adsorbat adalah zat (molekul, atom, atau
ion) yang diserap sedangkan
adsorben adalah zat yang menyerap. Adsorben yang sering digunakan untuk
menurunkan konsentrasi logam berat adalah arang aktif, karena lebih mudah didapatkan
secara komersil. Adsorben yang sering digunakan untuk menurunkan konsentrasi logam
berat adalah arang aktif, karena lebih mudah didapatkan secara komersil.
Adsorbsi adalah suatu proses penyerapan yang terjadi pada suatu bidang
permukaan. Saat dua fasa saling berkontak komposisi fasa yang dekat dengan daerah
batas fasa akan berbeda dengan yang terdapat pada bulk fasa tersebut (Vladimir Ponec,
1974).
Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorbsi antara lain:
a) Sifat fisik dan kimia adsorben dan adsorbat.
b) Sifat fasa cair (pH, suhu).
c) Sifat fasa gas (Suhu, tekanan).
d) Konsentrasi adsorbat.
e) Waktu kontak adsorben dan adsorbat.
Untuk mengetahui keunggulan dari ketiga variasi karbon aktif digunakan pengujian
dengan metode sederhana untuk adsorbsi penyerapan warna pada air dengan variabel
tetap karbon aktif 5 gram, air 0.1 L, pewarna 0.0005 L dan dilihat sifat penyerapannya
selama 2 jam, 4 jam dan 6 jam.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
94
(a)
(b)
(c)
2 Jam
(a)
(b)
(c)
4 Jam
(a)
(b)
(c)
6 Jam
Gambar 4.10 (a) Karbon aktif tempurung kelapa buatan lokal, (b) karbon aktif
tempurung kelapa impor buatan Filipina, (c) karbon aktif tempurung kelapa penjernih
air aquarium.
Dari hasil pengujian adsorbsi (penyerapan) warna pada air selama 6 jam karbon
aktif impor buatan Filipina mempunyai sifat penyerapan yang paling baik dibandingkan
dengan karbon aktif tempurung kelapa buatan lokal dan karbon aktif tempurung kelapa
penjernih air aquarium. Karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina memiliki
sifat adsorbsi yang paling optimal. Hasil pengujian adsorbsi warna membuktikan karbon
aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina memiliki sifat adsorbsi udara yang paling
optimal sehingga meghasilkan harga arus yang paling optimal dibandingkan dengan
karbon aktif tempurung kelapa buatan lokal dan penjernih air aquarium.
4.4 Pengujian Electrochemical Impedance Spectroscopy Baterai Alumunium
Udara Menggunakan Variasi Karbon Aktif
Impedansi adalah ukuran penolakan terhadap arus bolak balik. Satuannya adalah
ohm. Jumlah seluruh hambatan serta impedansi seluruh induktor dan kapasitor yang
akan memberikan jumlah penolakan yang bervariasi terhadap arus tergantung pada
perubahan arus. Impedansi di lambangkan dengan simbol Z dan memiliki satuan Ohm
(Ω). Impedansi dapat mengukur impedansi rangkaian atau komponen elektrik apapun.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
95
Hasil pengukurannya akan memberi informasi seberapa besar rangkaian tersebut
menghambat aliran elektron (arus). Ada dua variabel berbeda yang memperlambat laju
arus, yaitu resistansi (R) atau hambatan adalah perlambatan arus yang disebabkan oleh
bahan dan bentuk dari komponen. Variabel ini paling besar terdapat di resistor, meski
seluruh komponen pasti memiliki setidaknya sedikit hambatan. Reaktansi (X) adalah
perlambatan arus dikarenakan bidang elektrik dan magnetis yang menolak perubahan
arus atau tegangan. Variabel reaktansi paling signifikan terhadap kapasitor dan induktor.
Variabel resistansi dan reakstansi berkontribusi terhadap impedansi. Data pada gambar
4.11-4.14 didapat dari lampiran tabel 5.4-5.6 dan gambar 5.1-5.3.
Gambar 4.11 Grafik hasil pengujian electrochemical impedance spectroscopy
variasi karbon aktif tempurung kelapa lokal.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
96
Gambar 4.12 Grafik pengujian electrochemical impedance spectroscopy variasi
karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina.
Gambar 4.13 Grafik pengujian electrochemical impedance spectroscopy variasi
karbon aktif tempurung kelapa penjernih air aquarium.
Tabel 4.3 Data arus dan electrochemical impedance spectroscopy variasi karbon aktif
pada komposisi 0.198 gram.
Variasi Karbon Aktif
Tempurung Kelapa Lokal
Tempurung Kelapa Impor
Tempurung Kelapa Penjernih Air Aquarium
Arus (mA)
0.074
2.620
0.106
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Impedansi (Ω)
6.390
20.800
12.500
97
Gambar 4.14 Grafik hubungan arus dengan electrochemical impedance
spectroscopy variasi karbon aktif.
Seperti yang terlihat pada gambar 4.14 didapatkan hubungan arus dengan
impedansi variasi karbon aktif dapat dikaitkan dengan teori statistik korelasi dan regresi
linier sederhana. Regresi merupakan suatu alat ukur yang dapat digunakan untuk
mengukur ada atau tidaknya korelasi antar variabel. Jika ada dua variabel atau lebih
maka sudah selayaknya mempelajari bagaimana variabel-variabel tersebut berhubungan
atau dapat diramalkan. Analisis regresi berguna untuk mendapatkan hubungan
fungsional antara dua variabel atau lebih. Selain itu analisis regresi berguna untuk
mendapatkan pengaruh antar variabel prediktor terhadap variabel kriteriumnya (Usman
dan Akbar, 2006). Dari gambar 4.14 didapat R2 = 0.8299, maka √R2 = √0.8299 = 0.91.
0.91 masuk ke dalam range (0.8-1) dalam hubungan korelasi dan regresi linier
sederhana yaitu, hubungan cukup. Data hubungan arus dengan impedansi variasi karbon
aktif memiliki keakuratan data sebesar 82.99 % yang didapat dari R2 × 100 = 0.8299 ×
100 = 82.99 %. Kesimpulannya semakin rendah nilai impedansi maka akan semakin
http://digilib.mercubuana.ac.id/
98
baik konduktivitas suatu bahan dalam menghantarkan aliran elektron (arus), begitupun
sebaliknya. Ukuran partikel, kandungan mineral dan kemampuan adsorbsi karbon aktif
menjadi penyebab hasil pengujian impedansi.
Ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa lokal lebih kecil dan seragam
seperti tepung dan ukuran partikelnya seragam seperti yang terlihat pada gambar 4.15,
nilai impedansi (Z) 6.390 Ω, hambatan (Rs) 6.000 Ω dan reaktansi (X) 2.200 Ω. Pada
tabel 4.4 hasil pengujian SEM kandungan mineral selain karbon sebanyak 1.74 %
memiliki konduktivitas paling baik dari karbon aktif impor buatan Filipina dan
penjernih air aquarium, tetapi kemampuan adsorbsinya paling buruk dari hasil
pengujian arus listrik, hal tersebut dapat dibuktikan dari hasil pengujian adsorbsi
menggunakan metode visual pada gambar 4.10.
Ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina lebih besar
dan tidak seragam dibandingkan tempurung kelapa lokal seperti yang terlihat pada
gambar 4.16, nilai impedansi (Z) 20.800 Ω, hambatan (Rs) 18.900 Ω dan reaktansi (X)
8.790 Ω. Pada tabel 4.5 hasil pengujian SEM kandungan mineral selain karbon
sebanyak 3.19 % memiliki konduktivitas paling buruk dari karbon aktif lokal dan
penjernih air aquarium, tetapi kemampuan adsorbsinya paling baik dari hasil pengujian
arus listrik, hal tersebut dapat dibuktikan dari hasil pengujian adsorbsi menggunakan
metode visual pada gambar 4.10.
Ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa penjernih air aquarium lebih besar
dan tidak seragam dibandingkan tempurung kelapa lokal seperti yang terlihat pada
gambar 4.17, nilai impedansi (Z) 12.500 Ω, hambatan (Rs) 10.700 Ω dan reaktansi (X)
6.360 Ω. Pada tabel 4.6 hasil pengujian SEM kandungan mineral selain karbon
sebanyak 5.35 % memiliki konduktivitas dan kemampuan absorbsinya diantara karbon
http://digilib.mercubuana.ac.id/
99
aktif lokal dan impor buatan Filipina, Hal tersebut dapat dibuktikan dari hasil pengujian
adsorbsi menggunakan metode visual pada gambar 4.10.
Gambar 4.15 Ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa lokal.
Gambar 4.16 Ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina.
Gambar 4.17 Ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa penjernih air
aquarium.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
100
Ukuran partikel mempengaruhi nilai impedansi yang dihasilkan, semakin kecil
ukurannya maka nilai impedansinya pun semakin kecil. Jika ukuran partikel seragam
maka mineral yang terkandung pada karbon aktif memiliki kemampuan konduktivitas
yang baik juga.
1. Hasil Pengujian Impedansi Variasi Karbon Aktif Tempurung Kelapa Lokal
Seperti yang terlihat pada lampiran tabel 5.4, gambar 4.11 yang disajikan diatas,
didapat dari hasil pengujian impedansi karbon aktif tempurung kelapa lokal. Dari hasil
pengujian impedansi karbon aktif tempurung kelapa lokal memiliki nilai impedansi (Z)
sebesar 6.39E+03 = 6.390 Ω, hambatan (Rs) sebesar 6.00E+03 = 6.000 Ω dan reaktansi
(X) sebesar 2.20E+03 = 2.200 Ω. Semakin rendah nilai impedansi maka akan semakin
baik konduktivitas suatu bahan dalam menghantarkan aliran elektron (arus). Karbon
aktif tempurung kelapa lokal memiliki partikel lebih kecil seperti serbuk tepung,
mineral yang terkandung di dalam karbon aktif dapat dilihat pada tabel 4.4. Mineral
yang memiliki sifat konduktivitas lebih banyak dibandingkan dengan variasi karbon
aktif tempurung kelapa impor dan penjernih air aquarium. Kemampuan konduktivitas
karbon aktif tempurung kelapa lokal paling baik dibandingkan variasi karbon aktif
tempurung kelapa impor dan penjernih air aquarium.
2. Hasil Pengujian Impedansi Variasi Karbon Aktif Tempurung Kelapa Impor
Buatan Filipina
Seperti yang terlihat pada lampiran tabel 5.5, gambar 4.12 yang disajikan diatas,
didapat dari hasil pengujian impedansi karbon aktif tempurung kelapa impor buatan
Filipina. Dari hasil pengujian impedansi karbon aktif tempurung kelapa impor buatan
Filipina memiliki nilai impedansi (Z) sebesar 2.08E+04 = 20.800 Ω, hambatan (Rs)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
101
sebesar 1.89E+04 = 18.900 Ω dan reaktansi (X) sebesar 8.79E+03 = 8.790 Ω. Semakin
rendah nilai impedansi maka akan semakin baik konduktivitas suatu bahan dalam
menghantarkan aliran elektron (arus). Karbon aktif tempurung kelapa impor buatan
Filipina memiliki partikel lebih besar dibandingkan dengan tempurung kelapa lokal,
mineral yang terkandung di dalam karbon aktif dapat dilihat pada tabel 4.5. Mineral
yang memiliki sifat konduktivitas lebih sedikit dibandingkan dengan variasi karbon
aktif tempurung kelapa lokal dan penjernih air aquarium. Kemampuan konduktivitas
karbon aktif tempurung kelapa impor paling buruk dibandingkan variasi karbon aktif
tempurung kelapa lokal dan penjernih air aquarium.
3. Hasil Pengujian Impedansi Variasi Karbon Aktif Tempurung Kelapa Penjernih
Air Aquarium
Seperti yang terlihat pada lampiran tabel 5.6, gambar 4.13 yang disajikan diatas,
didapatkan data hasil pengujian impedansi baterai alumunium udara menggunakan
variasi karbon aktif tempurung kelapa penjernih air aquarium. Dari hasil pengujian
impedansi karbon aktif tempurung kelapa penjernih air aquarium memiliki nilai
impedansi (Z) sebesar 1.25E+04 = 12.500 Ω, hambatan (Rs) sebesar 1.07E+04 = 10.700
Ω dan reaktansi (X) sebesar 6.36E+03 = 6.360 Ω. Semakin rendah nilai impedansi maka
akan semakin baik konduktivitas suatu bahan dalam menghantarkan aliran elektron
(arus). Karbon aktif tempurung kelapa penjernih air aquarium memiliki partikel lebih
besar dibandingkan dengan tempurung kelapa lokal, mineral yang terkandung di dalam
karbon aktif dapat dilihat pada tabel 4.6. Mineral yang memiliki sifat konduktivitas
lebih sedikit dari karbon aktif tempurung kelapa impor. Kemampuan konduktivitas
http://digilib.mercubuana.ac.id/
102
karbon aktif tempurung kelapa penjernih air aquarium diantara variasi karbon aktif
tempurung kelapa lokal dan impor.
4.5 Pengujian Morfologi Variasi Karbon Aktif Dengan Scanning Electrone
Microscope
Scanning electrone microscope atau mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop
yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang
menggunakan elektrostatik dan elektromagnetik untuk mengontrol pencahayaan dan
tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh
lebih bagus dari miksroskop cahaya, mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih
banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop
cahaya. Untuk mengetahui morfologi dari variasi karbon aktif yang digunakan dalam
pembuatan baterai alumunium udara maka digunakan pengujian menggunakan
mikroskop elektron.
1. Hasil Pengujian Scanning Electrone Microscope Karbon Aktif Tempurung
Kelapa Lokal
Dari hasil pengujian SEM karbon aktif tempurung kelapa lokal yang dilakukan
sebanyak 3 kali pengujian didapatkan beberapa informasi mineral yang terkandung di
dalam karbon aktif tempurung kelapa lokal. Informasi tersebut tersedia pada tabel 4.4
dan gambar 4.18-4.4.20 dibawah ini. Untuk lebih jelasnya data SEM tersedia pada
lampiran 4.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
103
Tabel 4.4 Kandungan mineral karbon aktif tempurung kelapa lokal.
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Kandungan Mineral
C
Si
Ca
Fe
P
K
Cu
Ag
Au
%
98.26
0.14
0.16
0.02
0.06
0.73
0.50
0.03
0.06
Gambar 4.18 Pengujian SEM pertama karbon aktif tempurung kelapa lokal.
Gambar 4.19 Pengujian SEM kedua karbon aktif tempurung kelapa lokal.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
104
Gambar 4.20 Pengujian SEM ketiga karbon aktif tempurung kelapa lokal.
Dari hasil pengujian SEM seperti yang terlihat pada gambar 4.18-4.20, terlihat
ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa lokal lebih seragam dan membentuk
pori-pori yang rapat tetapi sebagian partikel karbon aktif tertutup mineral yang
terkandung, secara teoritis semakin kecil ukuran partikel karbon aktif akan semakin baik
dalam kemampuan adsorbsinya, tetapi jika ukuran partikel karbon aktif yang terlalu
kecil, ketika terjadi penyusunan partikel-partikel karbonnya akan membentuk pori-pori
yang lebih kecil dan rapat. Kondisi ini menyebabkan kemampuan oksigen untuk masuk
ke dalam sistem sel baterai alumunium udara melalui katoda akan menurun dan
menyebabkan arus listrik yang dihasilkan pun sedikit, karena oksigen yang digunakan
untuk menjalankan reaksi elektrokimia pun sedikit yang masuk ke pori-pori karbon
aktif. Hal tersebut dapat dibuktikan dari hasil pengujian pada gambar 4.5 pengaruh arus
terhadap waktu karbon aktif tempurung kelapa lokal. Permasalahan tersebut sesuai
dengan pernyataan Jang dkk, 2011.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
105
2. Hasil Pengujian Scanning Electrone Microscope Karbon Aktif Tempurung
Kelapa Impor Buatan Filipina
Dari hasil pengujian SEM karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina yang
dilakukan sebanyak 3 kali pengujian didapatkan beberapa informasi mineral yang
terkandung di dalam karbon aktif tempurung kelapa lokal. Informasi tersebut tersedia
pada tabel 4.5 dibawah ini. Untuk lebih jelasnya data SEM tersedia pada lampiran 4.
Tabel 4.5 Kandungan mineral karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina.
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Kandungan Mineral
C
Na
Mg
Al
Si
P
K
Ca
%
96.81
0.07
0.05
0.17
0.89
0.02
1.76
0.07
Gambar 4.21 Pengujian SEM pertama karbon aktif tempurung kelapa impor buatan
Filipina.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
106
Gambar 4.22 Pengujian SEM kedua karbon aktif tempurung kelapa impor buatan
Filipina.
Gambar 4.23 Pengujian SEM ketiga karbon aktif tempurung kelapa impor buatan
Filipina.
Dari hasil pengujian SEM seperti yang terlihat pada gambar 4.21-4.23, terlihat
ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina tidak seragam dan
membentuk pori-pori yang cukup besar dibandingkan dengan pori-pori karbon aktif
tempurung kelapa lokal tetapi sebagian partikel karbon aktif tertutup mineral yang
terkandung, secara teoritis semakin kecil ukuran partikel karbon aktif akan semakin baik
dalam kemampuan adsorbsinya, tetapi jika ukuran partikel karbon aktif yang terlalu
http://digilib.mercubuana.ac.id/
107
kecil, ketika terjadi penyusunan partikel-partikel karbonnya akan membentuk pori-pori
yang lebih kecil dan rapat. Jika partikel karbon terlalu besar, akan membentuk pori-pori
yang lebih besar, secara teoritis akan memudahkan masuknya oksigen kedalam sistem
baterai alumunium udara. Kondisi ini menyebabkan kemampuan oksigen untuk masuk
ke dalam sistem sel baterai alumunium udara melalui katoda akan meningkat dan
menyebabkan arus listrik yang dihasilkan pun banyak. Perlu disesuaikan ukuran partikel
karbon aktif yang sesuai untuk digunakan dalam pembuatan baterai alumunium udara.
Hal tersebut dapat dibuktikan dari hasil pengujian pada gambar 4.7 pengaruh arus
terhadap waktu karbon aktif tempurung kelapa impor buatan Filipina. Permasalahan
tersebut sesuai dengan pernyataan Jang dkk, 2011 dan Zheng dkk, 2008.
3. Hasil Pengujian Scanning Electrone Microscope Karbon Aktif Tempurung
Kelapa Penjernih Aquarium
Dari hasil pengujian SEM karbon aktif tempurung kelapa penjernih aquarium yang
dilakukan sebanyak 3 kali pengujian didapatkan beberapa informasi mineral yang
terkandung di dalam karbon aktif tempurung kelapa lokal. Informasi tersebut tersedia
pada tabel 4.6 dibawah ini. Untuk lebih jelasnya data SEM tersedia pada lampiran 4.
Tabel 4.6 Kandungan mineral karbon aktif tempurung kelapa penjernih air aquarium.
No
1
2
3
4
5
6
7
Kandungan Mineral
C
Na
Mg
Al
Si
Cl
K
http://digilib.mercubuana.ac.id/
%
94.65
0.51
0.13
0.36
0.96
0.21
3.14
108
Gambar 4.24 Pengujian SEM pertama karbon aktif tempurung kelapa penjernih air
aquarium.
Gambar 4.25 Pengujian SEM kedua karbon aktif tempurung kelapa penjernih air
aquarium.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
109
Gambar 4.26 Pengujian SEM ketiga karbon aktif tempurung kelapa penjernih air
aquarium.
Dari hasil pengujian SEM seperti yang terlihat pada gambar 4.24-4.26, terlihat
ukuran partikel karbon aktif tempurung kelapa penjernih air lebih besar dan tidak
seragam serta membentuk pori-pori yang cukup besar tetapi hampir keseluruhan partikel
karbon aktif tertutup mineral yang terkandung. Secara teoritis semakin kecil ukuran
partikel karbon aktif akan semakin baik dalam kemampuan adsorbsinya, tetapi jika
ukuran partikel karbon aktif yang terlalu kecil, ketika terjadi penyusunan partikelpartikel karbonnya akan membentuk pori-pori yang lebih kecil dan rapat. Jika partikel
karbon terlalu besar, akan membentuk pori-pori yang lebih besar, secara teoritis akan
memudahkan masuknya oksigen kedalam sistem baterai alumunium udara. Kandungan
mineral yang terlalu tinggi menyebabkan partikel karbon aktif tertutup dan kemampuan
adsorbsi oksigen untuk masuk ke dalam sistem sel baterai alumunium udara melalui
katoda akan menurun dan menyebabkan arus listrik yang dihasilkan pun tidak banyak
dan cenderung menurun. Perlu disesuaikan ukuran partikel karbon aktif yang sesuai
untuk digunakan dalam pembuatan baterai alumunium udara. Hal tersebut dapat
dibuktikan dari hasil pengujian pada gambar 4.9 pengaruh arus terhadap waktu karbon
http://digilib.mercubuana.ac.id/
110
aktif tempurung kelapa penjernih air aquarium. Permasalahan tersebut sesuai dengan
pernyataan Jang dkk, 2011 dan Zheng dkk, 2008.
http://digilib.mercubuana.ac.id/