Pengembangan Komposit dari Kombinasi Kulit Singkong sebagai Anoda Baterai Lithium

Dewasa ini, kebutuhan energi di dunia terus mengalami peningkatan. Menurut data EIA, konsumsi energi bahan bakar fosil diprediksi akan meningkat sebesar 177 BTUs pada tahun 2040 (Kumar dkk., 2018). Perlu diketahui bahwa ketersediaan bahan bakar fosil di dunia akan semakin menipis. Untuk mengurangi dampak penggunaan sumber energi fosil dapat dilakukan transisi energi ke energi terbarukan (Auliya dkk., 2022).

Energi terbarukan menjadi jawaban dari berbagai persoalan energi yang tengah dihadapi saat ini. Pemerintah juga telah menetapkan target kontribusi EBT dalam Bauran Energi Primer Nasional minimal 25 persen pada tahun 2025 dan 36 persen pada tahun 2050 (Lestari, 2021).

Indonesia memiliki kekayaan alam yang berpotensi besar untuk menghasilkan energi listrik dan bersifat terbarukan. Namun sayang, tingginya potensi tersebut tidak diimbangi oleh alat penyimpanannya. Hal ini dikarenakan energi baru terbarukan sangat rentan terhadap perubahan iklim (Gielen dkk., 2019) dan memerlukan penyimpanan energi yang efisien untuk menyimpan energi saat tersedia (Nita dkk., 2020). Hal tersebut dapat diatasi melalui penyimpanan energi menggunakan baterai.

Baterai merupakan salah satu sumber energi listrik yang sangat diandalkan untuk mengoperasikan peralatan elektronik yang bersifat portable (Nasution, 2021). Salah satu jenis baterai adalah baterai lithium (Li) yang memiliki energi kepadatan tinggi dan aplikasi yang luas. Pada umumnya, baterai Li memiliki jenis anoda yang bisa digunakan yaitu silikon (Si) (Gong dkk., 2022). Namun, anoda tersebut memiliki kelemahan yakni ICE rendah, konduktivitas listrik rendah, dan difusi ion kinetiknya lambat sehingga memerlukan upaya untuk meningkatkan kinerja baterai Li (Sun dkk., 2022).

Salah satu upaya yang digunakan untuk meningkatkan kinerja baterai Li yaitu dengan penggunaan material anoda karbon aktif dari biomassa seperti kombinasi karbon aktif kulit singkong dan ampas kopi. Menurut Badan Pusat Statistik (2016), produksi singkong di Indonesia mencapai 27 juta ton tiap tahunnya, dengan setiap bobot singkong akan menghasilkan kulit singkong sebesar 16 persen yang terbuang menjadi limbah (Permatasari dkk., 2014).

Ampas kopi juga memiliki potensi untuk dijadikan karbon aktif dimana bersifat alami dan tidak beracun (Chiu dan Lin, 2019). Menurut data produksi kopi di Indonesia, kopi menjadi salah satu komoditas penting bagi perekonomian beberapa provinsi tetapi ampas kopi dianggap sebagai limbah dengan jumlah 45 persen dari total produksi (Pangihutan dkk., 2017). Padahal, jika diteliti lebih lanjut, kulit singkong dan ampas dapat digunakan dalam industri produksi karbon berpori aktif pada baterai karena memiliki konduktivitas yang tinggi, ketersediaan melimpah, dan biayanya relatif rendah (Ospino dkk., 2022). Melihat permasalahan tersebut, maka dilakukan inovasi pembuatan anoda karbon aktif dari kombinasi kulit singkong dan ampas kopi terdoping ganda N/S yang dapat digunakan dalam aplikasi baterai Li-C/S.

Pembahasan

Umbi singkong dapat menghasilkan limbah sekitar 80-150 kg kulit singkong. Komposisi kulit singkong didominasi oleh unsur karbon hingga mencapai 59,31 persen. Berikut adalah komposisi penyusun kulit singkong.

Kulit singkong yang mengandung unsur elektrolit seperti C, H, O, N, S berpotensi untuk menghasilkan energi listrik. Berdasarkan hal ini, kulit singkong berpotensi sebagai bahan baku pengganti anoda berupa karbon aktif pada baterai Lithium (Li).

Secara umum, pemanfaatan ampas kopi sebagai anoda karbon pada baterai Lithium dipilih karena banyaknya kedai kopi yang tersebar disetiap provinsi di Indonesia yang menghasilkan ampas kopi dan belum dimanfaatkan (Mariana dkk., 2018). Selain itu, secara teoritis ampas kopi juga mengandung karbohidrat (38–42 persen), melanoidin (23 persen), lipid (11–17 persen), dan komponen lainnya. Senyawa ini sangat cocok dijadikan sebagai sumber pembuatan karbon aktif sebagai anoda baterai Lithium (Esquivel dan Jimenez, 2012).

Prosedur pembuatan karbon aktif kulit singkong dan ampas kopi dimulai dengan pengeringan yang selanjutnya dilakukan proses karbonasi dan aktivasi. Karbon kulit singkong dan ampas kopi yang telah diaktivasi kemudian dicampur. Campuran kedua karbon kemudian dilakukan doping ganda dengan Nitrogen/Sulfur (N/S) dengan cara dicampur dengan thiourea dan pelarut etanol kemudian dioven. Proses ini menghasilkan serbuk kering yang selanjutnya dikalsinasi hingga diperoleh karbon terdoping N/S (Rahmawati dkk., 2021). Doping ganda N/S berfungsi meningkatkan polaritas permukaan, kemampuan adsorpsi, dan konduktivitas listrik (Zhang dkk., 2021).

Karbon aktif kombinasi kulit singkong dan ampas kopi yang telah terdoping N/S kemudian dikompositkan dengan cara sulfur dan N/S karbon kombinasi kulit singkong dan ampas kopi dicampur dengan cara pemanasan. Komposit C/S kulit singkong dan ampas kopi diperoleh dengan mendinginkannya hingga suhu kamar (Takahashi dkk., 2015). Komposit C/S dilapiskan ke aluminium foil sekitar dan dikeringkan. Padatan kering yang dihasilkan adalah anoda dalam coin cell baterai Li-C/S (Wen dkk.,2019).

Gambar 1. Skema pembuatan anoda karbon baterai lithium

Apabila anoda berupa komposit karbon aktif kulit singkong terdoping ganda N/S dan lembaran komponen lain dari baterai telah siap kemudian disusun menjadi sel baterai utuh. Jumlah material aktif yang digunakan dalam satu sel baterai tergantung dari kapasitas baterai yang diinginkan. Penyusunan komponen sel baterai dapat dilakukan dalam bentuk coin cell.

Baca juga : Perkuat Kelembagaan, Kemenhub Rombak Balitbanghub Jadi Baketrans

Gambar 2. Susunan baterai Li-C/S bentuk coin cell

Inovasi baterai ini oleh penulis diberi nama baterai Li-C/S dikarenakan menggunakan basis utama kinerja baterai Lithium-ion dengan anoda baterai terbuat dari karbon aktif kombinasi kulit singkong dan ampas kopi dengan doping ganda N/S dan pengkompositan menggunakan unsur sulfur. Baterai Li-C/S merupakan salah satu jenis baterai sekunder (rechargeable battery) yang dapat diisi ulang, ramah lingkungan, stabilitas penyimpanan energi sangat baik, energi densitas tinggi, tidak ada memori efek, serta memiliki berat yang relatif lebih ringan.

Gambar 3. Proses charge-discharge pada baterai Li-C/S

Baterai Li-C/S ini menjadi baterai yang sangat dibutuhkan untuk kebutuhan energi listrik pada perangkat elektronik. Selain itu, apabila dikembangkan lebih lanjut maka baterai Li-C/S bisa digunakan untuk kendaraan yang sumber energinya dari energi listrik (electric vehicle). Dengan strategi pembuatan baterai Li-C/S dari kombinasi kulit singkong dan ampas kopi diharapkan tujuan pengelolaan energi baru dan energi terbarukan dalam mewujudkan ketahanan energi nasional untuk mendukung pembangunan nasional dapat tercapai dan berkelanjutan dalam arti dapat menjamin penyediaan energi dan pemanfaatan energi untuk generasi sekarang dan yang akan datang. Inovasi baterai Li-C/S ini juga menjadi salah satu kontributor bidang teknologi untuk menyukseskan program Indonesia Emas 2045.

Penutup

Baterai Li-C/S adalah salah satu jenis baterai sekunder (rechargeable battery) yang ramah lingkungan dan dapat menyimpan energi dalam waktu lama. Penggunaan baterai Li-C/S akan menjadi solusi pengelolaan energi untuk mengurangi krisis energi di masa depan dan mewujudkan ketahanan energi nasional. Selain itu, penggunaan kulit singkong dan ampas kopi dapat meningkatkan nilai guna bahan tersebut dan secara tidak langsung dapat meningkatkan perekonomian dan pastinya dapat membantu pemerintah menyukseskan program Indonesia Emas 2045 bidang pengembangan teknologi penyimpan energi listrik. 

Oni Susilowati, Mahasiswa Universitas Sebelas Maret

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.