modifikasi grafit mesopori dengan … grafik hubungan arus listrik terhadap waktu pada grafit yang...
TRANSCRIPT
MODIFIKASI GRAFIT MESOPORI DENGAN PELAPISAN
POLIPIROL SEBAGAI ELEKTRODA PADA MICROBIAL
FUEL CELL SINGLE CHAMBER
YUDHA JATI WIRATMOKO
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifkasi Grafit
Mesopori dengan Pelapisan Polipirol Sebagai Elektroda pada Microbial Fuel Cell
Single Chamber adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun.
Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2014
Yudha Jati Wiratmoko
NIM G74100073
ABSTRAK
YUDHA JATI WIRATMOKO. Modifikasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan
Polipirol Sebagai Elektroda pada Microbial Fuel Cell Single Chamber. Dibimbing
oleh AKHIRUDDIN MADDU dan GUSTAN PARI.
Mikrobial Fuel Cell (MFC) merupakan suatu alat yang memanfaatkan
metabolisme mikroba dalam menghasilkan listrik. Keluaran yang dapat dipanen
dari MFC bergantung pada elektroda yang digunakan untuk menangkap elektron.
Perlakuan yang diberikan pada elektroda grafit berupa variasi konsentrasi KOH
pada saat aktivasi dan variasi tegangan pada saat elektropolimerisasi. Berdasarkan
hasil penelitian didapatkan bahwa elektroda grafit yang dimurnikan dengan
perbandingan KOH 1:6 dan dilapisi polipirol pada permukaannya dengan
tegangan 0.8 Volt menghasilkan tegangan 321 mVolt dengan kuat arus listrik
sebesar 170.4 μA. Besarnya tegangan dan arus listrik dipengaruhi oleh luas
permukaan elektroda dan pengaruh tegangan yang diberikan pada saat proses
pelapisan polipirol. Selain itu, metabolisme yang terjadi pada mikroba ikut serta
dalam mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan.
Kata kunci: Elektropolimerisasi, energi listrik, mikrobial fuel cell, polipirol
ABSTRACT
YUDHA JATI WIRATMOKO. Mesoporous Graphite Modification with
Coating Polypyrrole as Electrode on Microbial Fuel Cell Single Chamber. Guided
by AKHIRUDDIN MADDU and GUSTAN PARI.
Microbial Fuel Cell (MFC) is an instrument that utilizes the microbial
metabolism in generating electricity. Output of MFC is depend on the electrode
that used in capturing the electrons. The treatment given to the graphite electrode
are varying the KOH concentration during activation and varying of the applied
voltage during electropolymerization. Based on the research, a graphite electrode
that activated with the KOH ratio of 1:6 and polypyrrole coated at surface with
voltage applied of 0.8 Volts, generates a voltage of 321 mVolts with the electric
current of 170.4 μA. The amount of the voltage and electric current affected by
the surface area of the electrode and the effect of voltage applied during
polypyrrole coating process. Moreover, the microbial metabolism also has some
effect on the amount of electricity that obtained.
Keywords: Electrical energy, electropolymerization, microbial fuel cell,
polypyrrole.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
MODIFIKASI GRAFIT MESOPORI DENGAN PELAPISAN
POLIPIROL SEBAGAI ELEKTRODA PADA MICROBIAL
FUEL CELL SINGLE CHAMBER
YUDHA JATI WIRATMOKO
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Modifikasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan Polipirol Sebagai
Elektroda pada Microbial Fuel Cell Single Chamber
Nama : Yudha Jati Wiratmoko
NIM : G74100073
Disetujui oleh
Dr Akhirudin Maddu, M.Si
Pembimbing I
Prof (R) Dr Gustan Pari
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Kiagus Dahlan
Kepala Bagian Biofisika
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan pada Allah swt. yang telah memberikan
rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan usulan
penelitian dengan judul “Modifikasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan Polipirol
Sebagai Elektroda pada Pembangkit Listrik Berbasis Microbial Fuel Cell Single
Chamber” sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Dalam penulisan usulan penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai
pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dosen pembimbing Skripsi Dr Akhiruddin Maddu M.Si dan Prof (R)
Dr Gustan Pari yang telah memberikan ide dan masukan serta
bimbingan selama penelitian.
2. Dosen pembimbing akademik serta semua dosen dan staff
Departemen Fisika IPB.
3. Kedua orang tua Bapak Joko Sudarno dan Ibu Surati yang selalu
memberikan doa, nasehat, semangat dan motivasi kepada penulis.
4. Retno Jati Sekarini yang selalu memberikan semangat kepada penulis.
5. Ervina Marviana yang selalu memberikan masukan, semangat, dan
perhatian.
6. Rekan kerja penelitian Ribut Wahidin yang saling membantu selama
penelitian.
7. Teman-teman fisika 47 yang selalu memberikan semangat dan
motivasi kepada penulis.
8. Warga wisma J-camp (ka wede, bang ucok, mas don, dan juna) yang
selalu membantu penulis dalam mencari inspirasi.
Selanjutnya, penulis menyadari bahwa usulan penelitian ini masih jauh
dari sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis
harapkan demi kemajuan penelitian ini.
Bogor, September 2014
Yudha Jati Wiratmoko
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
TINJAUAN PUSTAKA
Mikrobial Fuel Cell 2
Grafit 3
Substrat 4
Polipirol 4
Elektropolimerisasi 5
METODE 6
Waktu dan Tempat 6
Bahan 6
Alat 6
Metode Penelitian 7
HASIL DAN PEMBAHASAN 8
SIMPULAN DAN SARAN 18
Simpulan 18
Saran 18
DAFTAR PUSTAKA 19
LAMPIRAN 20
RIWAYAT HIDUP 27
DAFTAR TABEL
1 Karakteristik Grafit 3 2 Hasil Pengujian Daya Jerap Iod 9 3 Hasil Karakterisasi BET 10 4 Kombinasi Perlakuan Grafit 10
DAFTAR GAMBAR
1 Skema Mikrobial Fuel Cell 3 2 Elektroda Grafit 4 3 Larutan Pirol 5 4 Susunan Elektroda Pada Elektropolimerisasi 6 5 Design Sedimen MFC 8 6 Grafik Hubungan Konduktansi dengan Frekuensi 11 7 Grafik Hubungan Tegangan Output MFC terhadap Waktu 12 8 Grafik Hubungan Tegangan Terhadap Waktu pada Grafit yang
Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:3 13 9 Grafik Hubungan Arus Listrik Terhadap Waktu pada Grafit yang
Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:3 13 10 Grafik Hubungan Tegangan Terhadap Waktu pada Grafit yang
Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:6 14 11 Grafik Hubungan Arus Listrik Terhadap Waktu pada Grafit yang
Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:6 14 12 Grafik Hubungan Rapat Daya pada Elektroda MFC Terhadap Waktu 15 13 Grafik Hubungan Rapat Arus pada Elektroda MFC Terhadap Waktu 16 14 Grafik Perkembangbiakan Mikroba 16
DAFTAR LAMPIRAN
1 Penghitungan Pengujian Daya Jerap Iod 20 2 Hasil Tegangan Output MFC 21 3 Hasil Kuat Arus Listrik Output MFC 22 4 Hasil Rapat Daya Elektroda MFC 23 5 Hasil Rapat Arus Elektroda MFC 24 6 Nilai Konduktansi Elektroda 25
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia merupakan negara berkembang yang memanfaatkan minyak dan
gas bumi sebagai sumber energi konvensional paling utama. Penggunaan minyak
dan gas bumi yang berlebihan dapat memicu permintaan terhadap barang tersebut.
Keadaan ini memaksa pengeksploitasian secara besar-besaran terhadap minyak
dan gas bumi untuk memenuhi kebutuhan. Pada Handbook Energy and Economic
Statistic of Indonesia tahun 2008 menyatakan Saat ini cadangan minyak bumi di
Indonesia diperkirakan sebesar 9 miliar barel, dengan tingkat produksi rata-rata
0.5 milyar barel per tahun, maka cadangan tersebut dapat habis dalam waktu
sekitar 18 tahun. Selain itu, cadangan batubara Indonesia yang diperkirakan
mencapai 57 miliar ton, saat ini baru tereksplorasi 19.3 miliar ton dengan
kapasitas penambahan produksi 131.72 juta ton per tahun. Tentunya apabila tidak
ada penambahan eksplorasi cadangan, maka batubara tersebut akan bertahan
selama 147 tahun dan semakin menyusut bila ada lonjakan permintaan 1. Hal ini
akan mengakibatkan terjadinya krisis energi di dalam negeri.
Penduduk bumi menggunakan energi sekitar 13.5 TW untuk kebutuhan
industri dan rumah tangga. Bahan dasar yang digunakan berupa minyak, batu bara,
dan olahan metana. Tetapi apabila menggunakan sumber energi tersebut, akan
dihasilkan gas buang berupa CO2. Melimpahnya kadar CO2 di alam akan
memperburuk kerusakan lingkungan dan mempercepat perubahan iklim secara
global. Nuklir fisi sendiri bukan suatu jawaban sebagai sumber energi cadangan.
Diprediksi bahwa ketersediaan uranium sekarang hanya untuk memproduksi 100
TWh listrik dan apabila tiap tahun dibutuhkan energi 10 TWh, maka kurang dari
satu dekade ketersediaan uranium akan habis 2.
Salah satu upaya dalam menghasilkan sumber energi alternatif yang
berkelanjutan (sustainable technology) dikembangkan salah satu teknologi yang
disebut Microbial Fuel Cell. Perangkat ini memanfaatkan bakteri dalam
menghasilkan tenaga listrik dari senyawa organik maupun senyawa nonorganik.
Microbial Fuel Cell selanjutnya disebut MFC adalah salah satu bentuk energi
yang ramah lingkungan dan dapat menjadi sumber energi di masa depan. MFC
mengubah energi kimia menjadi energi listrik melalui reaksi katalitik yang
menggunakan mikroorganisme. MFC memfasilitasi sebuah lingkungan reduksi
oksidasi yang dapat dikendalikan oleh aliran elektron dan menjadikannya alat
yang ideal untuk mengolah mikroorganisme. Teknologi ini salah satu teknologi
ramah lingkungan karena tidak menghasilkan gas buang yang dapat mencemari
lingkungan sekitar.
Elektroda pada MFC digunakan sebagai menangkap elektron (anoda) dan
pelepas elektron (katoda). Penggunaan grafit sebagai elektroda dikarenakan
sifatnya yang stabil pada lingkungan asam dan konduktor yang baik. Selain itu,
modifikasi luas permukaan dan pemberian lapisan polipirol pada permukaan grafit
bertujuan untuk melihat pengaruh kedua faktor tersebut terhadap tegangan
keluaran pada MFC. Output yang dihasilkan oleh MFC sulit untuk diprediksi
karena memanfaatkan metabolisme mikroba.
2
Perumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh konsentrasi KOH pada saat pemurnian terhadap pori
yang terbentuk?
2. Apa pengaruh modifikasi luas permukaan karbon limbah baterai dengan
coating polipirol sebagai elektroda pada MFC single chamber terhadap
arus dan tegangan keluaran?
3. Bagaimana pengaruh tegangan yang diberikan pada saat proses pelapisan
polipirol dengan metode elektropolimerisasi dengan output MFC single
chamber?
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur besarnya tegangan dan arus
yang dihasilkan pada elektroda MFC dengan variasi konsentrasi KOH pada proses
pemurnian dan variasi tegangan pada proses elektropolimerisasi.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah membangun pembangkit listrik alternatif
yang murah dan ramah terhadap lingkungan dengan memanfaatkan bahan-bahan
sisa rumah tangga atau limbah.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini yaitu modifikasi grafit baterai dengan
membentuk mesopori dipermukaannya dengan tujuan memperbesar luas
permukaan. Selanjutnya grafit dilapisi dengan polipirol pada permukaannya
menggunakan metode elektropolimerisasi dengan variasi tegangan. Elekroda yang
telah dimodifikasi diaplikasikan pada chamber MFC.
TINJAUAN PUSTAKA
Mikrobial Fuel Cell (MFC)
Mikrobial fuel cell atau disingkat MFC merupakan suatu alat yang dapat
menghasilkan listrik dari komponen organik melalui katabolisme pada mikroba.
MFC memiliki ruang anoda sebagai tempat terjadi proses anaerob dan ruang
katoda sebagai tempat terjadinya proses aerob yang dipisahkan oleh suatu
membran 2. Elektron dihasilkan selama proses oksidasi yang dilakukan oleh
mikroba, kemudian elektron akan berpindah melalui membran. Strategi penting
untuk meningkatkan performa MFC yaitu termasuk rekaya pengoptimalan pada
mikroba yang digunakan dan interaksi mikroba dengan anoda.
Mikrobial fuel cell merupakan gabungan dari 2 teknologi yaitu fuel cell dan
bioteknologi. Pada biofuel cell konvensional, anoda dan katoda dipisahkan oleh
pemisah yang hanya dapat dilewati oleh ion positif. Barier atau membran
dibutuhkan untuk meningkatkan daya atau power output. Berbeda dengan biofuel
3
cell konvensional, biofuel cell ini menggunakan katalis berupa enzim yang
dihasilkan oleh mikroorganisme atau protein yang terisolasi. Terdapat dua tipe
biofuel cell yaitu biofuel cell direct dan biofuel cell indirect. Biofuel cell direct
(langsung) merupakan konfigurasi dimana fuel akan mengoksidasi permukaan
elektroda, sedangkan biofuel cell indirect (tidak langsung) merupakan konfigurasi
dimana reaksi tidak terjadi pada elektroda (memanfaatkan hasil fermentasi atau
enzim), tetapi terjadi pada larutan atau kompartemen pemisah dan mediator aktif
(memanfaatkan metabolisme mikroorganisme) 3. Pemanfaatan bakteri untuk
menghasilkan energi listrik menjadi upaya yang ditempuh dan dilakukan oleh
para peneliti dalam beberapa tahun ini. Bakteri bisa digunakan dalam sistem
MFCs untuk menghasilkan energi listrik sambil menyelesaikan proses
penghancuran dari material organik 4.
Gambar 1 Skema Mikrobial Fuel Cell
Grafit
Grafit merupakan bentuk kristalin karbon berbentuk serbuk dan berwarna
hitam. Grafit alam terdapat dalam bentuk endapan dengan kemurnian, ukuran
kristal dan kesempurnaan yang beragam sebagai berikut :
Tabel 1 Karakteristik Grafit 5
Rapat massa 2.267 g.cm-3
Panas fusi 100 kJ.mol-1
Kapasitas panas (25 ˚C) 8.517 J.mol-1
.K-1
Konduktivitas termal (300K) 119 – 165 W.m-1
.K-1
Tingkat kekerasan (Mohs) 1 – 2
Dalam struktur grafit, setiap atom hanya dikelilingi oleh tiga atom
tetangganya. Setelah membentuk ikatan dengan setiap atom tetangganya,
kemudian berpasangan ke dalam sistem ikatan. Resonansi yang terjadi
menghasilkan kesetaraan ikatan antar atom karbon yang membentuk struktur
heksagonal sehingga jarak ikatan C–C semuanya berjarak 1.415 pm. Jarak ini
sedikit lebih panjang dari pada jarak C–C yang sesuai dengan orde ikatannya yaitu
sebesar 1.33 pm. Struktur kristal grafit adalah heksagonal dimana ikatan antara
atom-atom karbonnya membentuk orbital atom trigonal yang saling berikatan
4
membentuk ikatan kovalen dengan hibridisasi sp2. Hal ini terjadi karena hanya
ada tiga orbital ikatan yang terlibat secara efektif terlokalisasi maka orbital
keempat memungkinkan elektron bergerak bebas pada lapisan atom C, sehingga
menyebabkan grafit bersifat konduktor 5.
Gambar 2 Elektroda Grafit
Substrat
Substrat pada mikrobial fuel cell adalah endapan seperti lumpur yang
digunakan sebagai media hidup mikroba. Substrat berupa material organik
sederhana sampai campuran kompleks seperti yang terdapat pada limbah cair.
Material organik sederhana sangat efektif digunakan dalam jangka waktu yang
singkat. Selain itu pH substrat dan temperatur juga menjadi perhatian. pH
merupakan faktor kritis untuk semua proses berbasis mikroba. Pada MFC, pH
tidak hanya mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan bakteri tapi juga
terhadap transfer proton pada reaksi katoda, sehingga mempengaruhi performa
MFC. Sebagian besar MFC beroperasi pada pH mendekati netral untuk menjaga
kondisi pertumbuhan optimal komunitas mikroba yang terlibat dalam
pembentukan listrik 6. Kinetika bakteri, transfer massa proton melalui elektrolit
dan laju reaksi oksigen pada katoda menentukan performa MFC dan semua
tergantung kepada temperatur. Biasanya, konstanta reaksi biokimia
mengganda setiap kenaikan temperatur 10 0C sampai tercapai temperatur optimal.
Sebagian besar studi MFC dilakukan pada temperatur 28 0C hingga 35
0C
7.
Polipirol
Polipirol merupakan senyawa heterosiklik yang dapat disintesis secara
elektrokimia dengan penambahan pengotor dapat meningkatkan konduktivitas
listriknya 8. Polipirol adalah polimer konduktif yang banyak digunakan dalam
beberapa aplikasi karena memiliki stabilitas sifat yang baik dan dapat dengan
mudah disintesis. Polimer konduktif polipirol mempunyai struktur kristal yang
tidak teratur sehingga dapat digolongkan ke dalam material amorf seperti halnya
amorfus semikonduktor. Elektron terlokalisasi pada suatu tempat diantara pita
valensi dan pita konduksi 9.
Polipirol adalah polimer konduktif paling populer dan secara luas telah
dipelajari. Hal ini karena polipirol termasuk polimer yang memiliki sifat
penghantar arus listrik, konduktivitas tinggi, memiliki sifat mekanik yang baik
5
dan relatif mudah dibuat. Selain itu alasan kuat mempelajari polipirol, karena
terdapat fakta bahwa monomer pirol mudah dioksidasi dan mudah larut dalam air.
Disamping polipirol, polimer konduktif yang telah dikenal adalah poli(fenilen),
poliasetilen, politiofen dan poli(sulfinitrida) 9,10
.
Gambar 3 Larutan Pirol
Eletropolimerisasi
Metode sintesis polimer secara elektrokimia dapat dibedakan menjadi tiga,
yaitu potensiostatis (potensial-konstan), galvanostatis (arus-konstan), dan
potensiodinamik (potensial-terkontrol, seperti voltametri siklik). Tegangan yang
dipakai dalam penelitian ini adalah terkontrol (siklik). Ini disebabkan metode
potensiodinamik (cyclic voltammetry) lebih bebas dalam polimerisasi polipirol
dibandingkan dengan potensiostat 10
.
Metode potensiodinamik atau voltametri siklik adalah metode
elektropolimerisasi dengan memberikan tegangan yang terkontrol pada sel
elektrokimia 10
. Metode ini menggunakan sistem tiga sel elektroda dan bekerja
pada tegangan elektroda kerja (WE) tetap terhadap elektroda acuan (RE). Reaksi
yang diinginkan dapat dikontrol dengan pemberian potensial katoda dan anoda
yang tepat terhadap elektroda acuan.
Oksidasi dan reduksi secara simultan terjadi saat arus melalui sel
elektrolisis. Elektrolisis berlangsung terjadi ion positif atau kation ke katoda
(terjadi reaksi reduksi) sedangkan ion negatif atau anion bergerak menuju anoda
(terjadi reaksi oksidasi). Pertukaran ion positif dan negatif ini yang mengawali
terjadinya untaian polimer. Perpindahan elektron memungkinkan terbentuknya
reaksi gandengan (coupling) demikian seterusnya, sehingga untaian polimer
terbentuk karena elektron secara terus-menerus mengalir 11
.
Teknik elektropolimerisasi menjadi semakin populer karena kemudahan
dan kesederhanaannya dibandingkan dengan teknik pirolisis atau katalisis.
Polimer konduktif yang sering disintesis dengan cara ini adalah polipirol. Sel
elektropolimerisasi yang digunakan biasanya terdiri atas sel elektrokimia wadah
tunggal yang mempunyai dua elektroda. Anoda yang dipakai dapat berupa platina,
sedang katodanya adalah logam emas, walaupun kombinasi yang lain masih dapat
dilakukan.
6
Gambar 4 Susunan Elektroda Pada Elektropolimerisasi
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2013 sampai bulan Juni
2014. Tempat penelitian dilakukan Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium
Biofisika Material, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan Pusat Penelitian dan
Pengembangan Kehutanan, Gunung Batu, Bogor .
Bahan
Untuk penelitian yang memerlukan bahan berupa akrilik ketebalan 4 mm
sebagai chamber, lem akrilik, amplash halus, limbah kulit pisang sebagai substrat,
grafit baterai sebagai elektroda, pirol 13.8 M sebagai pelapis elektroda, HCl 10%
sebagai doping pada proses elektropolimerisasi, KOH digunakan untuk pemurnian,
alkohol untuk membersihkan grafit baterai dari bahan kimia yang masih
menempel, dan aseton untuk membersihkan lemak yang menempel pada grafit.
Sedangkan untuk proses pengujian daya jerap iod dibutuhkan Iodine 1N, larutan
kanji, HCl untuk menetralkan elektroda, dan larutan Na2S2O2 digunakan pada
pengujian daya jerap iod.
Alat
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini yaitu cutter, alat bor, blender
untuk menghaluskan substrat, tabung reaksi, gelas ukur, timbangan digital, oven
untuk mengeringkan grafit setelah direndam pada KOH, pipet, penjepit, sudip
kaca, mortar untuk menghaluskan grafit, saringan untuk menyaring grafit yang
lebih halus, dan notebook Macbook Unibody White 7.1 2.4 GHz untuk mengolah
data penelitian.
7
Metode Penelitian
Pembuatan Mesopori pada Grafit Baterai
Membuat struktur mesopori dari bahan karbon baterai menggunakan
proses pemurnian. Proses pemurnian bertujuan untuk membuka atau menciptakan
pori, memperbesar distribusi dan ukuran pori, serta memperbesar luas permukaan.
Grafit baterai direndam pada larutan KOH dengan perbandingan massa grafit dan
massa KOH adalah 1:3 dan 1:6. Setelah itu KOH dilarutkan dengan aquades
hingga batang grafit terendam. Grafit direndam pada larutan KOH selama 24 jam.
Seelah melalui proses perendaman, grafit dikeringkan pada oven selama 5 jam
dengan suhu 60 0C.
Pengujian Daya Jerap Iod Grafit
Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh pemurnian terhadap pori-pori
yang terbentuk, maka dilakukan uji jerap iod terhadap grafit. Tahap awal
pengujian yaitu sampel grafit dihaluskan secara kasar, setelah itu sampel direndam
pada larutan HCl 10% selama 2 jam pada ruang asam. Serbuk sampel tersebut
divakum kemudian dibilas dengan akuades hingga pH netral. Kemudian sampel
dikeringkan di dalam oven. Setelah kering sampel siap diuji dengan metode daya
jerap iod. Tambahkan grafit sebanyak 0.25 gram dengan larutan Iod 0.1 N
sebanyak 25 mL. Goyang-goyangkan labu erlemeyer selama 15 menit agar iod
dapat terjerap pada grafit. Sampel lalu dititratsi dengan Na2S2O2 hingga larutan
berwarna kekuningan dan ditambahkan indikator kanji sebanyak 3 tetes dengan
menggunakan pipet. Penambahan kembali Na2S2O2 pada sampel hingga larutan
menjadi bening.
Pengujian BET
Sampel grafit yang akan diuji diambil dari permukaan grafit. Pengujian
BET dilakukan pada Laboratorium Teknik Kimia Fakultas Teknik Kimia, Institut
Teknologi Bandung.
Pelapisan Polipirol pada Grafit Mesopori
Pembuatan polimer polipirol menggunakan pirol sebagai monomernya.
Dalam proses elektropolimerisasi pirol dengan grafit dibutuhkan doping. Larutan
yang digunakan sebagai doping dalam penelitian ini adalah larutan HCl 10%.
Pembuatan larutan HCl 10% yaitu dengan melarutkan HCl 37% sebanyak 15.5 ml
dengan aquades sebanyak 484.5 ml. Larutan pirol 0,1M dapat diperoleh dengan
meralutkan pirol 96% sebanyak 1 ml dalam larutan HCl 137 ml. Pada proses
pelapisan digunakan potensiostat dengan variasi tegangan yaitu 0.8 Volt dan 1
Volt selama 30 menit.
8
Pembuatan Substrat
Kulit pisang yang sudah mengalami perubahan warna, kulit pisang dipotong
kecil-kecil terlebih dahulu. Setelah itu, dihaluskan dengan blender dengan diberi
sedikit aquades agar limbah pisang menyerupai lumpur atau bubur. Untuk
memperkaya substrat, diberi tambahan air gula. Sebelum substrat digunakan,
terlebih dahulu dilakukan pengukuran pH untuk mengetahui kondisi substrat.
Gambar 5 Design Sedimen MFC
Pengambilan Data Output MFC
Pengambilan data output pada MFC berupa data tegangan dan data kuat
arus listrik yang dihasilkan. Pengambilan data dilakukan selama 80 jam dengan
interval pengambilan data tiap 2 jam. Dalam pengambilan data digunakan
multimeter untuk mengetahui besarnya tegangan dan kuat arus.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan Mesopori pada Grafit Baterai dan Karakterisasinya
Proses modifikasi grafit baterai dilakukan dengan dua metode yaitu
chemical activation dan thermal activation. Pada metode chemical activation
digunakan larutan kimia dalam pemurniannya yaitu larutan KOH 10% sedangkan
thermal activation menggunakan panas yang berasal dari air yang diuapkan.
Untuk mengetahui jumlah pori dapat dilakukan dengan metode daya jerap iod dan
untuk mengetahui besarnya pori yang terbentuk menggunakan BET di Institut
Teknologi Bandung.
Analisis daya serap arang aktif secara iodometri ini didasarkan atas reaksi
oksidasi reduksi dimana suatu oksidator direaksikan dengan ion iodida yang
kemudian melepaskan iodium. Iodium yang dilepaskan tersebut dititrasi oleh
larutan standar natrium thiosulfat. Iodium yang terserap merupakan hasil
pengurangan dari larutan iodium awal dengan larutan iodium setelah dicampur
dengan arang aktif teknis 12
.
9
Berdasarkan hasil pemurnian, untuk metode thermal activation permukaan
grafit baterai menjadi lebih lunak dan mudah hancur sehingga kurang tepat untuk
diterapkan pada grafit yang akan dijadikan elektroda pada MFC. Hasil pengujian
daya jerap iod juga menunjukkan bahwa daya jerap iod pada grafit yang
dimurnikan menggunakan metode thermal activation memiliki pori yang sama
dengan grafit kontrol (tanpa perlakuan). Untuk grafit yang dimurnikan dengan
metode chemical activation memiliki morfologi permukaan yang sama dengan
kontrol atau tanpa mengalami perubahan kekerasan pada permukaannya tetapi
mengalami pembentukan pori pada permukaannya. Data ini didukung dengan
adanya hasil pengujian daya jerap iod pada tabel 2 berikut ini.
Tabel 2 Hasil Pengujian Daya Jerap Iod
Sampel Grafit Hasil Uji Daya Jerap Iod (
Grafit Kontrol 87.679
massa grafit : KOH = 1:3 116.449
massa grafit : KOH = 1:6 134.538
Berdasarkan hasil pengujian daya jerap iod, banyaknya pori yang
terbentuk pada grafit dipengaruhi oleh perbandingan massa grafit dengan KOH
pada saat proses pemurnian. Dari grafik terlihat, bahwa semakin besar massa
KOH yang digunakan untuk merendam grafit, maka semakin banyak pori yang
terbentuk dari proses pemurnian. Sampel grafit yang tidak dimurnikan (kontrol)
memiliki nilai daya jerap iod sebesar 87.679 mg/gram dan nilai tersebut lebih
kecil dibandingkan dengan kedua sampel yang dimurnikan dengan KOH. Grafit
yang dimurnikan dengan perbandingan KOH 1:6 adalah sampel dengan pori
terbanyak menurut hasil pengujian daya jerap iod yaitu sebesar 134.538 mg/gram.
Besarnya nilai daya jerap iod berbanding lurus dengan banyaknya pori yang
terbentuk pada sampel. Semakin besar nilai daya jerap iod suatu sampel maka
semakin banyak pula jumlah pori yang terdapat pada sampel tersebut.
Pertambahan pori yang terus menerus membuat pori yang sudah ada sebelumnya
terkikis dan menyebabkan diameter pori bertambah tetapi mengakibatkan jumlah
pori total akan berkurang.
Penambahan jumlah pori membuat luas permukaan grafit semakin besar,
tetapi penambahan pori terus menerus akan membuat luas permukaan semakin
kecil. Terdapat batas maksimum yang ditimbulkan akibat pemurnian dengan
menggunakan KOH. Penambahan luas permukaan grafit bertujuan untuk
mengurangi resistansinya. Luas permukaan material memiliki hubungan yang
berbanding terbalik dengan resistansi. Artinya, semakin besar luas permukaan
suatu benda maka nilai resistansinya akan semakin besar, dan semakin kecil luas
permukaannya maka nilai resistansinya akan semakin besar 13
.
Karakterisasi kedua yaitu pengujian BET untuk mengetahui jumlah pori
yang terbentuk, volume pori yang terbentuk, dan diameter pori. Pengujian BET
menggunakan prinsip SAA. Surface Area Analyzer (SAA) merupakan salah satu
alat utama dalam karakterisasi material. Alat ini khususnya berfungsi untuk
menentukan luas permukaan material, distribusi pori dari material dan isotherm
adsorpsi suatu gas pada suatu bahan.
10
Prinsip kerja alat ini menggunakan mekanisme adsorpsi gas, umumnya
nitrogen, argon dan helium, pada permukaan suatu bahan padat yang akan
dikarakterisasi pada suhu konstan biasanya suhu didih dari gas tersebut. Alat
tersebut pada dasarnya hanya mengukur jumlah gas yang dapat dijerap oleh suatu
permukaan padatan pada tekanan dan suhu tertentu.
Tabel 3 Hasil Karakterisasi BET
Sampel grafit Volume Pori
Total
Diameter
Pori
Luas
Permuaan
Grafit Kontrol 9.870 e-03
cc/g 1.520e+2
Ȧ 2.598 m2/g
massa grafit : KOH = 1:3 1.536 e-02
cc/g 1.488e+2
Ȧ 4.129 m2/g
massa grafit : KOH = 1:6 1.468 e-02
cc/g 1.883e+2
Ȧ 3.119 m2/g
Berdasarkan Tabel 3, di atas menunjukkan bahwa volume pori total
terbesar terdapat pada sampel grafit yang direndam menggunakan KOH dengan
perbandingan 1:3 yaitu sebesar 1.536 e-02
cc/g. Namun diameter pori pada grafit
sampel B lebih besar daripada grafit sampel kontrol dan sampel A yaitu sebesar
1.883e+2
Ȧ. Volume pori total yang terbentuk akan berpengaruh dengan luas
permukaan pada grafit. Selain itu, semakin kecil diameter pori yang terbentuk
maka semakin tinggi volume pori total yang terbentuk dan berlaku kebalikan. Hal
ini terlihat dari grafit kontrol yang memiliki ukuran diameter 257.95 Ȧ dan
memiliki volume pori total sebesar 9.870 e-03
cc/g. Dilihat dari ukuran diameter
yang terbentuk pada grafit, seluruh sampel yang diuji memiliki pori dengan
ukuran mikro yaitu berada antara 2 nm hingga 50 nm.
Berdasarkan perbandingan antara hasil pengujian grafit menggunakan uji
daya jerap iod dan BET terjadi hubungan yang tidak linear. Hasil pengujian daya
jerap iod dan BET harusnya diperoleh hubungan yang linear, dikarenakan
perbedaan nilai hasil pengujian antar keduanya tidak akan jauh berbeda. Hasil
pengujian daya jerap iod sampel grafit yang dimurnikan menggunakan
perbandingan KOH 1:6 diperoleh pori yang paling tinggi. Hal ini dapat terjadi
karena daya jerap iod menguji pada skala makro yaitu memanfaatkan daya jerap
larutan iodine yang memiliki keterbatasan pada mekanisme adsopsi pada pori
yang terkecil sedangkan pengujian BET hingga skala mikro (hingga bagian
terkecil) yaitu dengan memanfaatkan mekanisme adsorpsi gas seperti nitrogen
yang dapat terjerap hingga pada pori yang terkecil.
Tabel 4 Kombinasi Perlakuan Grafit
Perlakuan
Perbandingan
massa grafit :
KOH pada proses
pemurnian
Tegangan pada
proses
elektropolimerisasi
Konsentrasi pirol
pada larutan
elektropolimerisasi
1 1 : 3 1.0 V 1 M
2 1 : 3 0.8 V 1 M
3 1 : 6 1.0 V 1 M
4 1 : 6 0.8 V 1 M
11
Tujuan dari melakukan perlakuan kombinasi pada sampel di atas adalah
untuk mengetahui pengaruh dari dua variabel yang diuji yaitu luas permukaan
grafit yang diperoleh dari hasil pemurnian dengan kandungan KOH yang berbeda
dan tegangan yang diberikan pada proses elektropolimerisasi terhadap tegangan
output yang dihasilkan pada MFC. Konsentrasi larutan pirol dibuat konstan
dengan tujuan untuk mempermudah pengamatan dari pengaruh luas pemukaan
serta efek pemberian variasi tegangan pada saat proses eletropolimerasi.
Pengujian Konduktansi Grafit Modifikasi dengan LCR Meter
Konduktansi (G) didefinisikan sebagai ukuran kemampuan suatu bahan
untuk mengalirkan muatan dan dalam standar SI mempunyai satuan siemens (S).
Nilai konduktansi yang besar menunjukkan bahwa bahan tersebut mampu
mengkonduksikan arus dengan baik, tetapi nilai konduktansi yang rendah
menunjukkan bahan itu susah mengalirkan muatan. Secara matematis,
konduktansi merupakan kebalikan dari resistansi.
pengujian konduktansi sampel dimaksud untuk mengetahui pengaruh dari
perbedaan konsentrasi pirol pada larutan pelapis dan pengaruh tegangan saat
proses elektropolimerisasi terhadap konduktansi grafit. Hasil pengujian grafit
dengan LCR digambarkan dengan grafik hubungan antara frekuensi dengan nilai
konduktansi sampel.
Gambar 6 Grafik Hubungan Konduktansi dengan Frekuensi
Pada grafik terlihat bahwa nilai konduktansi tiap grafit yang telah diberikan
perlakuan, memiliki nilai konduktansi yang tidak jauh berbeda. Hal ini terlihat
pada grafik bahwa terdapat nilai konduktansi yang sama pada beberapa grafit.
Berdasarkan hasil pengukuran, didapatkan bahwa pada frekuensi 0 Hz hingga
1000 Hz nilai konduktansi grafit kontrol lebih besar dibandingkan dengan grafit
yang diberi perlakuan yaitu sebesar 1.2487 S. Tetapi nilai konduktansi grafit
kontrol mengalami penurunan yang besar terhadap penambahan frekuensi.
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1000 10000 19000 28000 37000 46000 55000 64000 73000 82000 91000 100000
Kon
du
kta
nsi
(S
)
Frekuensi (Hz)
Perlakuan 1
Perlakuan 2
Perlakuan 3
Perlakuan 4
Kontrol
12
Terlihat pada saat frekuensi 20 000 Hz hingga 100 000 Hz, grafit kontrol memiliki
nilai konduktansi terendah dibandingkan dengan grafit lainnya yaitu sebesar
0.61353 S. Grafit perlakuan 1, perlakuan 2, perlakuan 3, dan perlakuan 4
berturut-turut memiliki nilai konduktansi sebesar 0.65082 S, 0.65242 S, 0.64869
S, dan 0.64975 S pada frekuensi 100 000 Hz. Hasil ini menunjukan bahwa
terdapat efek dari adanya lapisan polipirol pada permukaan grafit.
Pengukuran Output Microbial Fuel Cell
Proses fermentasi merupakan proses metabolisme pada mikroba yang
melalui banyak tahap sehingga memerlukan waktu yang cukup lama dalam
pengamatannya. Produksi tegangan dan arus listrik pada MFC dengan
menggunakan limbah kulit pisang diukur selama 80 jam dengan interval waktu
pengukuran adalah tiap 2 jam. Pada 0 jam pengamatan pengukuran telihat nilai
tegangan yang bernilai negatif pada sampel pertama, kedua, ketiga, dan keempat
berturut-turut yaitu sebesar -16 mV, -12 mV, -25 mV, dan -20 mV. Nilai tegangan
yang bernilai pada seluruh sampel disebabkan oleh kondisi subtrat yang ikut
tercampur pada lapisan air diatas pada saat penambahan air pada lapisan atas
substrat. Hal ini tidak terjadi pada jam ke-2 pengamatan yang memiliki nilai
tegangan positif. Pada jam ke-2 pengamatan terlihat kenaikan tegangan yang
sangat signifikan pada seluruh sampel.
Gambar 7 Grafik Hubungan Tegangan Output MFC terhadap Waktu
Berdasarkan hasil penelitian pada grafik di atas, luas pemukaan grafit
berpengaruh pada besarnya tegangan yang diperoleh dari MFC. Tegangan yang
terukur pada grafit kontrol lebih rendah dibandingkan dengan grafit yang telah
dimurnikan menggunakan KOH dengan perbandingan 1:3 dan 1:6 yang telah
terlapisi polipirol. Hal ini disebabkan grafit kontrol memiliki luas permukaan
-20
30
80
130
180
230
280
330
0 20 40 60 80
Teg
angan
(m
V)
Waktu (jam)
Perlakuan 2
Perlakuan 3
Kontrol
Perlakuan 1
Perlakuan 4
13
yang lebih kecil dibandingkan dengan grafit lainnya berdasarkan hasil pengujian
BET. Pada grafit yang dimurnikan dengan perbandingan KOH 1:3 terlapisi
polipirol memiliki tegangan output lebih kecil dibandingkan dengan grafit yang
pemurnian dengan perbandingan KOH 1:6 terlapisi polipirol. Hal ini dikarenakan,
grafit yang dimurnikan dengan perbandingan KOH 1:6 terlapisi polipirol memiliki
luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan grafit yang dimurnikan
dengan perbandingan KOH 1:3 terlapisi polipirol berdasarkan uji Iod. Sesuai
dengan teori resistansi, luas permukaan memiliki pengaruh terhadap nilai
resistansi suatu bahan. Luas pemukaan memiliki hubungan berbanding terbalik
dengan resistansi, dimana setiap ada penambahan luas permukaan maka akan ada
pengurangan nilai resistansi bahan tersebut. Artinya, nilai resistansi yang semakin
kecil menandakan bahan tersebut mudah dalam menghantarkan elektron.
Gambar 8 Grafik Hubungan Tegangan Terhadap Waktu pada Grafit yang
Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:3
Gambar 9 Grafik Hubungan Arus Listrik Terhadap Waktu pada Grafit yang
Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:3
Hasil perngukuran selama 80 jam mendapatkan hasil tegangan maksimum
yang bervariasi dari setiap sampel grafit. Tegangan maksimum pada grafit kontrol
sebesar 90 mVolt pada jam ke-72. Grafit yang diberikan perlakuan 1 dan
-20
30
80
130
180
230
0 20 40 60 80
Teg
angan
(m
V)
Waktu (Jam)
Tegangan Pelapisan
1V
Tegangan Pelapisan
0.8V
-20
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80
Aru
s L
istr
ik (
μA
)
Waktu (Jam)
Tegangan
Pelapisan 1V
Tegangan
Pelapisan 0.8V
14
perlakuan 2, menghasilkan tegangan output maksimum berturut-turut sebesar 204
mVolt dan 142 mVolt pada jam ke-46 dan jam ke-50. Pada grafit perlakuan 3 dan
perlakuan 4, tegangan maksimum pada saat pengukuran secara berturut-turut
adalah 172 mVolt dan 321 mVolt pada jam ke-18 dan jam ke-38. Keseluruhan
grafit mengalami penurunan tegangan setelah mendekati jam ke-80.
Selain faktor luas permukaan, tegangan yang diberikan pada pelapisan
polipirol dengan metode elektropolimerisasi juga berpengaruh pada tegangan
output MFC. Hal ini dapat dilihat dari kedua grafik diatas yaitu hubungan
tegangan dan kuat arus terhadap lama pengamatan. Pada Gambar 8 dan Gambar 9,
grafik membandingkan tegangan dan arus output MFC dari grafit yang
dimurnikan menggunakan perbandingan KOH yang sama yaitu 1:3 dengan variasi
tegangan 0.8 Volt dan 1 Volt. Tegangan 1 Volt pada saat pelapisan menghasilkan
tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan grafit yang dilapisi dengan
tegangan 0.8 Volt.
Gambar 10 Grafik Hubungan Tegangan Terhadap Waktu pada Grafit yang
Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:6
Gambar 11 Grafik Hubungan Arus Listrik Terhadap Waktu pada Grafit yang
Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:6
-20
30
80
130
180
230
280
330
380
0 20 40 60 80
Teg
angan
(m
V)
Waktu (Jam)
Tegangan
Pelapisan 1V
Tegangan
Pelapisan 0.8V
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 20 40 60 80
Aru
s L
istr
ik (
μA
)
Waktu (Jam)
Tegangan
Pelapisan 1V
Tegangan
Pelapisan 0.8V
15
Pada Gambar 10 dan Gambar 11, grafik membandingan nilai tegangan dan
arus output untuk grafit yang dimurnikan menggunakan perbandingan KOH 1:6
yang sama dengan variasi tegangan 0.8 Volt dan 1 Volt. Terlihat bahwa grafit
yang dilapisi polipirol dengan tegangan 0.8 Volt lebih besar daripada grafit yang
dilapisi dengan tegangan 1 Volt. Terlihat bahwa kuat arus listrik berbanding lurus
dengan tegangan. Artinya, kenaikan pada nilai tegangan output juga
mempengaruhi kenaikan pada arus listrik output.
Grafit kontrol memiliki nilai kuat arus listrik terkecil dibandingkan dengan
grafit lainnya yaitu sebesar 36.6 μA pada jam ke-48. Besarnya kuat arus
maksimum pada grafit pada perlakuan 1 sebesar 85.7 μA pada jam ke-42. Grafit
perlakuan 2 memiliki nilai kuat arus maksimum sebesar 80.1 μA pada jam ke-50.
Pada grafit perlakuan 3 memiliki nilai kuat arus listrik maksimum 121.3 μA pada
jam ke-50. Grafit perlakuan 4 memiliki nilai kuat arus listrik maksimum terbesar
dibandingkan dengan grafit kontrol dan grafit perlakuan lainnya yaitu sebesar
170.4 μA pada jam ke-30. Hal ini juga dipengaruhi oleh adanya lapisin polipirol
yang terdapat pada permukaan yang membuat perbedaan nilai kuat arus listrik
antara grafit kontrol dengan grafit yang diberi perlakuan.
Pada Gambar 12, terlihat adanya hubungan rapat daya pada elektroda MFC
terhadap waktu. Pemberian lapisan polipirol pada permukaan grafit juga
mempengaruhi besarnya rapat daya. Besarnya rapat daya dipengaruhi oleh nilai
tegangan dan kuat arus listrik serta luas permukaan bahan. Pada grafik diatas
terlihat bahwa grafit dengan perlakuan 4 memiliki rapat daya yang tinggi
dibandingkan dengan grafit lainnya. Besarnya rapat daya maksimum pada grafit
dengan perlakuan 4 adalah sebesar 3.1125 mW/m2. Kemudian besarnya rapat
daya maksimum pada grafit perlakuan 1, perlakuan 2, dan perlakuan 3 berturut-
turut sebesar 1.1784 mW/m2, 0.7666 mW/m
2, dan 1.2754 mW/m
2. Grafit kontrol
yang tidak dilapisi polipirol memiliki rapat daya terkecil yaitu sebesar 0.1974
mW/m2.
Gambar 12 Grafik Hubungan Rapat Daya pada Elektroda MFC Terhadap Waktu
0,0000
0,5000
1,0000
1,5000
2,0000
2,5000
3,0000
3,5000
0 20 40 60 80
Rap
at D
aya
(mW
/m2)
Waktu (Jam)
Grafit perlakuan 1
Grafit Perlakuan 2
Grafit Perlakuan 3
Grafit Perlakuan 4
Grafit Kontrol
16
Gambar 13 Grafik Hubungan Rapat Arus pada Elektroda MFC Terhadap Waktu
Selain rapat daya, nilai rapat arus yang dihasilkan pada grafit yang dilapisi
polipirol lebih besar dibandingkan dengan grafit kontrol. Besarnya rapat arus
maksimum pada grafit pelakuan 1, perlakuan 2, perlakuan 3, dan perlakuan 4
berturut-turut adalah 5.7763 mA/m2, 5.3988 mA/m
2, 8.1758 mA/m
2, dan 11.4852
mA/m2. Grafit kontrol memiliki rapat arus terkecil yaitu sebesar 2.4669 mA/m
2.
Hal ini disebabkan sifat polimer polipirol yang konduktif sehingga meningkatkan
rapat arus dan rapat daya pada suatu bahan elektoda yang diaplikasikan pada MFC.
Gambar 14 Grafik Perkembangbiakan Mikroba
-2,0000
0,0000
2,0000
4,0000
6,0000
8,0000
10,0000
12,0000
0 20 40 60 80
Rap
at A
rus
(mA
/m2 )
Waktu (Jam)
GrafitPerlakuan 1GrafitPerlakuan 2GrafitPerlakuan 3GrafitPerlakuan 4
17
Grafik diatas menjelaskan perkembangbiakan mikroba. Terdapat beberapa
fasa yang dilalui oleh mikroba hingga akhirnya mengalami fase kematian. Pada
awal perkembangbiakan, mikroba memasuki fasa log yaitu masa adaptasi mikroba
terhadap lingkungannya. Selanjutnya, mengalami gase eksponensial naik hingga
mencapai fasa stasioner yaitu fasa dimana perkembangbiakan mikroba mencapai
puncaknya. Setelah itu mengalami penurunan jumlah koloni hingga mencapai fasa
kematian. Penurunan jumlah koloni ini dipengaruhi oleh telah habisnya sumber
makanan hingga mikroba tidak dapat melakukan metabolisme. Grafik tersebut
hampir menyerupai grafik hubungan antara waktu dengan tegangan output pada
MFC. Artinya, tegangan ouput yang dihasilkan pada MFC juga dipengaruhi oleh
banyaknya koloni mikroba. Semakin banyak koloni mikroba yang melakukan
metabolisme, maka semakin banyak elektron yang dihasilkan sehingga
memberikan tegangan output yang tinggi. Tegangan maksimum biasanya terjadi
pada fase stasioner meskipun tidak dapat diprediksi secara tepat.
Beda potensial yang dihasilkan oleh mikroba selama pengukuran pada
sistem MFC tidak stabil. Terlihat dari besarnya tegangan yang nilainya
berfluktuasi. Hal ini terkait dengan aktivitas metabolisme mikroba yaitu proses
fermentasi yang terjadi pada substrat. Dalam aktivitas katabolisme, sejumlah
energi dihasilkan saat senyawa kompleks dipecah menjadi senyawa sederhana.
Sebaliknya, sejumlah energi dipakai saat senyawa sederhana disintesis menjadi
senyawa kompleks. Kedua jenis metabolisme ini terjadi secara simultan. Pada
waktu tertentu beda potensial (mV) secara umum selisih dari total energi yang
dihasilkan dan yang dipakai dapat meningkat atau menurun, bergantung pada
reaksi yang berlangsung. Selain karena aktivitas metabolisme, fluktuasi beda
potensial turut disebabkan oleh interaksi antara mikroba. Hal ini menyebabkan
produk fermentasi tersebut tidak dapat dioksidasi untuk kemudian menghasilkan
elektron bebas dan ion H+. Elektron yang dialirkan dari anoda ke katoda
berkurang sehingga beda potensial yang terukur berkurang.
Peningkatan atau penurunan beda potensial listrik berkorelasi dengan
jumlah elektron bebas yang dihasilkan oleh mikroba. Peningkatan beda potensial
yang terukur oleh multimeter kemungkinan terjadi saat mikroba melakukan
pemecahan substrat sederhana yang terdapat di dalam medium. Adapun
penurunannya, selain karena aktivitas anabolisme terdapat kemungkinan juga
terjadi karena mikroba sedang beradaptasi untuk memecah substrat yang lebih
kompleks menjadi sederhana. Peningkatan dan penurunan beda potensial listrik
pada sistem MFC menggambarkan kedinamisan sistem karena digerakkan oleh
makhluk hidup.
18
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Konsentrasi KOH pada saat pemurnian berpengaruh pada banyaknya pori
yang terbentuk pada permukaan grafit. Semakin besar konsentrasi KOH yang
digunakan maka semakin banyak pori yang terbentuk. Bertambahnya jumlah pori
menyebabkan pori lain terkikis dan menyebabkan diameter pori bertambah dan
luas permukaanya berkurang. Berdasarkan uji daya jerap iod dan BET, grafit
kontrol memiliki volume pori total lebih kecil dibandingkan dengan grafit yang
dimurnikan. Banyaknya pori yang terbentuk juga mempengaruhi luasan
permukaan grafit. Berdasarkan hasil penelitian, semakin besar luas permukaan
pada grafit maka tegangan output yang dihasilkan pada MFC Single Chamber
semakin besar. Grafit dengan perlakuan 4 dapat menghasilkan tegangan sebesar
341 mVolt pada jam ke-38 dan arus listrik sebesar 170 μA pada jam ke-30.
Pemberian tegangan pada proses elektropolimerisasi berpengaruh pada lapisan
pirol yang menempel pada grafit yang nanti mempengaruhi tegangan output MFC.
Pada grafit yang dimurnikan dengan KOH 1:3 menghasilkan tegangan output
MFC yang tinggi jika pada proses pelapisan diberikan tegangan 1 Volt, sedangkan
grafit yang diaktivsi dengan KOH 1:6 menghasilkan tegangan output MFC yang
tinggi jika pada proses pelapisan diberikan tegangan 0.8 Volt
Saran
Pengujian dengan menggunakan MFC model lain seperti MFC double
chamber menjadi salah satu metode untuk mengetahui kelemahan dan kelebihan
elektroda serta mengetahui kelebihan kedua jenis MFC tersebut. Selain itu,
Pemberian kombinasi variasi konsentrasi pirol pada pelapisan juga dianjurkan
untuk mengetahui pengaruhnya terhadap output MFC.
19
DAFTAR PUSTAKA
1. [Kementerian ESDM] Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral.
2011. Handbook of Energy & Economic Statistics of Indonesia. Jakarta:
Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral RI.
2. Lovley DR (2008) The microbe electric: conversion of organic matter to
electricity. Curr Opin Biotechnol 19: 564–571
3. Du, Zhuwei, H. Li, and T. Gu.2007. A State Of The Art Review on
Microbial Fuel Cell; A Promising Technology for Wastewater Treatment
and Bioenergy. Journal Biotechnology Advances 25. 464-482
4. Idham F, Halimi S, dan Latifah S. 2009. Alternatif Baru Sumber
Pembangkit Listrik dengan Menggunakan Sedimen Laut tropika Melalui
Teknologi Mikrobial Fuel Cell. Teknologi Hasil Perairan Institut Pertanian
Bogor
5. O’Connell MJ, 2006. Carbon Nanotubes Properties and Applications
California: Taylor & Francis Group.
6. Das and Mangwani 2010. Recent developments in microbial fuel cells : a
review.Scientific & Industrial Research 69: 727-731.
7. Liu, H. 2008. Microbial Fuel Cell: Novel Anaerobic Biotechnology
for Energy Generation from Wastewater. Anaerobic Biotechnology for
Bioenergy Production : Principles and Applications. S. K. Khanal.
Iowa, Blackwell Publishing: 221-243.
8. Kim HJ, Park HS, Hyun MS, Chang IS, Kim M, Kim BH. 2002. A
mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium,
Shewanella putrefaciens. Enzyme Microb Technology 30: 145-152.
9. Subekti.A. 1993. Pengembangan Struktur Band Energi pada polipirol
denganmenggunakan Data Absorbsi Optik. Pusat Penelitian FKIP Univ.
Jember. Jember
10. Sadki, S.; Schottland, P.; Brodie, N. & Sabouraud, G. (2000).
Themechanism of pyrrole electropolymerization. Chem. Soc. Rev.,Vol.29,
No.5, pp. 283-293. ISSN 0306-0012
11. Funt B.L..1986. Electrochemical Initietion Encyclopedia of polymers
Science and Engineering. Wiley. New York
12. Standar Nasional Indonesia 06-370- 1995, ”Arang Aktif Teknis“, Badan
Standardisasi Nasional, Jakarta, (1995), p 5-8
13. Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan).
Jakarta : Erlangga.
20
LAMPIRAN
Lampiran 1 Penghitungan Pengujian Daya Jerap Iod
Sampel control
= 8.725
Daya Jerap Iod (
) [
(
)
]
Grafit pemurnian dengan perbandingan grafit : KOH = 1 : 3
= 8.5
Daya Jerap Iod (
) [
(
)
]
Grafit pemurnian dengan perbandingan grafit : KOH = 1 : 6
= 8.4
Daya Jerap Iod (
) [
(
)
]
21
Lampiran 2 Hasil Tegangan Output MFC
Waktu
(Jam)
Tegangan (mV)
Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 kontrol
0 -16 -12 -25 -20 -11
2 75 80 96 135 45
4 81 61 142 157 45
6 84 30 164 157 60
8 85 28 156 169 53
10 90 28 163 177 57
12 88 18 163 196 37
14 96 14 165 201 13
16 98 10 165 215 14
18 103 6 172 223 29
20 112 12 162 236 29
22 115 14 149 249 34
24 131 22 156 220 28
26 142 31 156 269 41
28 141 41 137 279 35
30 168 56 157 271 15
32 161 61 145 296 44
34 182 72 157 280 53
36 191 113 146 303 62
38 190 123 156 321 78
40 191 128 112 298 69
42 204 92 154 320 91
44 154 130 146 294 78
46 204 123 142 301 79
48 153 101 143 297 80
50 191 142 139 298 83
52 183 133 140 288 73
54 198 138 135 294 85
56 188 127 135 272 79
58 193 136 133 288 89
60 161 118 122 299 78
62 168 117 121 284 89
64 185 114 126 263 74
66 173 128 119 280 90
68 161 104 124 241 86
70 164 115 114 269 91
72 165 118 121 254 76
74 164 115 115 264 80
76 164 117 118 255 71
78 164 103 120 248 69
80 163 102 110 240 64
22
Lampiran 3 Hasil Kuat Arus Listrik Output MFC
Waktu
(Jam)
Arus Listrik (μA)
Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 kontrol
0 -16.2 -8.5 -23.0 -36.6 -4.2
2 47.0 3.4 88.0 57.5 7.3
4 28.9 3.6 74.3 70.8 10.3
6 30.7 3.3 91.2 98.7 8.1
8 34.6 0.3 102.1 102.9 6.3
10 39.6 2.4 99.4 102.4 11.1
12 46.4 7.4 86.4 84.6 9.7
14 56.1 12.8 72.4 126.0 2.4
16 45.5 11.2 78.4 89.7 3.9
18 52.9 24.0 95.0 83.6 7.3
20 52.7 20.9 70.5 134.2 11.2
22 66.2 18.8 80.1 92.3 7.3
24 65.3 34.5 83.0 103.9 12.8
26 35.4 36.4 121.3 106.5 10.5
28 56.0 59.6 104.1 120.5 9.5
30 57.3 43.8 89.2 170.4 10.0
32 66.7 56.9 104.6 103.7 13.9
34 76.8 48.3 81.4 90.4 12.8
36 83.9 35.6 76.5 125.6 16.4
38 84.5 67.1 77.5 134.2 30.1
40 46.7 41.7 64.5 76.4 28.2
42 85.7 41.1 58.8 93.4 30.7
44 53.3 67.2 91.4 78.6 23.0
46 68.8 60.7 63.3 78.6 14.4
48 58.7 72.4 118.8 152.4 36.6
50 62.3 80.1 67.0 94.0 21.8
52 60.0 65.0 55.0 107.0 21.2
54 63.0 75.0 73.0 96.0 31.2
56 62.1 65.0 108.0 100.0 14.8
58 65.4 64.0 54.0 84.0 14.4
60 65.1 63.2 89.0 98.0 26.2
62 58.0 59.5 90.0 85.0 12.5
64 55.0 57.8 94.0 84.0 10.5
66 56.0 54.3 81.0 96.0 19.5
68 53.5 56.4 107.0 83.0 18.2
70 48.1 49.4 93.0 111.0 19.1
72 52.6 50.2 108.0 99.0 10.2
74 55.1 48.2 74.0 100.0 20.3
76 52.2 47.1 56.0 93.0 12.8
78 56.4 48.5 98.0 102.0 14.3
80 54.1 45.4 74.0 90.0 12.3
23
Lampiran 4 Hasil Rapat Daya Elektroda MFC
Waktu
(Jam)
Rapat Daya (mW/m2)
Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 kontrol
0 0.0175 0.0069 0.0388 0.0493 0.0031
2 0.2376 0.0183 0.5694 0.5232 0.0221
4 0.1578 0.0148 0.7111 0.7492 0.0312
6 0.1738 0.0067 1.0081 1.0444 0.0328
8 0.1982 0.0006 1.0735 1.1721 0.0225
10 0.2402 0.0045 1.0921 1.2216 0.0426
12 0.2752 0.0090 0.9492 1.1176 0.0242
14 0.3630 0.0121 0.8052 1.7070 0.0021
16 0.3005 0.0075 0.8719 1.2999 0.0037
18 0.3672 0.0097 1.1013 1.2565 0.0143
20 0.3978 0.0169 0.7698 2.1347 0.0219
22 0.5131 0.0177 0.8044 1.5491 0.0167
24 0.5766 0.0512 0.8727 1.5407 0.0242
26 0.3388 0.0761 1.2754 1.9309 0.0290
28 0.5322 0.1647 0.9613 2.2660 0.0224
30 0.6488 0.1653 0.9439 3.1125 0.0101
32 0.7238 0.2339 1.0223 2.0689 0.0412
34 0.9421 0.2344 0.8614 1.7061 0.0457
36 1.0801 0.2711 0.7528 2.5651 0.0685
38 1.0821 0.5563 0.8149 2.9035 0.1582
40 0.6012 0.3598 0.4869 1.5345 0.1311
42 1.1784 0.2549 0.6103 2.0145 0.1883
44 0.5532 0.5888 0.8994 1.5575 0.1209
46 0.9460 0.5032 0.6058 1.5946 0.0767
48 0.6053 0.4929 1.1450 3.0508 0.1974
50 0.8020 0.7666 0.9275 1.9282 0.1220
52 0.7401 0.5827 1.0002 2.3294 0.1043
54 0.8408 0.6976 0.9008 1.7042 0.1787
56 0.7869 0.5564 0.7552 2.1633 0.0788
58 0.8508 0.5867 0.6544 1.8635 0.0864
60 0.7064 0.5027 0.7318 1.8742 0.1377
62 0.6568 0.4692 0.4730 2.0290 0.0750
64 0.6858 0.4441 0.9172 1.4004 0.0524
66 0.6530 0.4685 0.5374 1.4343 0.1183
68 0.5806 0.3953 0.5182 1.3482 0.1055
70 0.5317 0.3829 0.8222 1.7224 0.1172
72 0.5850 0.3993 0.7177 1.8147 0.0522
74 0.6091 0.3736 0.5658 1.7616 0.1095
76 0.5770 0.3714 0.7874 1.3578 0.0613
78 0.6234 0.3367 0.8573 1.5545 0.0665
80 0.5944 0.3121 0.7043 1.6338 0.0531
24
Lampiran 5 Hasil Rapat Arus Elektroda MFC
Waktu
(Jam)
Rapat Arus (mA/m2)
Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 kontrol
0 -1.0919 -0.5729 -1.5502 -2.4669 -0.2831
2 3.1679 0.2292 5.9313 3.8756 0.4920
4 1.9479 0.2426 5.0079 4.7720 0.6942
6 2.0692 0.2224 6.1470 6.6525 0.5460
8 2.3321 0.0202 6.8817 6.9356 0.4246
10 2.6691 0.1618 6.6997 6.9019 0.7482
12 3.1274 0.4988 5.8235 5.7022 0.6538
14 3.7812 0.8627 4.8799 8.4926 0.1618
16 3.0668 0.7549 5.2843 6.0459 0.2629
18 3.5655 1.6176 6.4031 5.6348 0.4920
20 3.5521 1.4087 4.7518 9.0453 0.7549
22 4.4620 1.2671 5.3988 6.2211 0.4920
24 4.4013 2.3253 5.5943 7.0030 0.8627
26 2.3860 2.4534 8.1758 7.1782 0.7077
28 3.7745 4.0171 7.0165 8.1219 0.6403
30 3.8621 2.9522 6.0122 11.4852 0.6740
32 4.4957 3.8351 7.0502 6.9895 0.9369
34 5.1764 3.2555 5.4865 6.0931 0.8627
36 5.6550 2.3995 5.1562 8.4656 1.1054
38 5.6954 4.5226 5.2236 9.0453 2.0288
40 3.1476 2.8106 4.3474 5.1495 1.9007
42 5.7763 2.7702 3.9632 6.2953 2.0692
44 3.5925 4.5294 6.1605 5.2977 1.5502
46 4.6372 4.0913 4.2665 5.2977 0.9706
48 3.9565 4.8799 8.0073 10.2720 2.4669
50 4.1991 5.3988 6.2009 5.9313 1.4693
52 4.0441 4.3811 4.7855 7.4141 1.4289
54 4.2463 5.0551 6.8075 5.7291 2.1029
56 4.1856 4.3811 5.8639 4.9203 0.9975
58 4.4080 4.3137 5.6617 8.0208 0.9706
60 4.3878 4.2598 3.7745 5.4595 1.7659
62 3.9093 4.0104 4.5159 6.6727 0.8425
64 3.7071 3.8958 5.3921 5.7291 0.7077
66 3.7745 3.6599 3.3701 6.4705 1.3143
68 3.6060 3.8014 5.4595 6.8075 1.2267
70 3.2420 3.3296 7.0771 5.0551 1.2874
72 3.5453 3.3835 3.5723 6.8075 0.6875
74 3.7138 3.2487 4.1789 5.6617 1.3682
76 3.5184 3.1746 5.0551 6.5379 0.8627
78 3.8014 3.2690 3.7071 6.2683 0.9638
80 3.6464 3.0600 6.7401 7.1445 0.8290
25
Lampiran 6 Nilai Konduktansi Elektroda
Frekuensi
(Hz)
Konduktivitas (S)
Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 kontrol
1000.0000 1.2287 1.2409 1.2116 1.2432 1.2467
1072.2672 1.2301 1.2443 1.2157 1.2457 1.2477
1149.7570 1.2306 1.2446 1.2160 1.2458 1.2480
1232.8467 1.2305 1.2450 1.2159 1.2461 1.2480
1321.9411 1.2299 1.2453 1.2160 1.2462 1.2483
1417.4742 1.2302 1.2454 1.2161 1.2465 1.2485
1519.9111 1.2305 1.2457 1.2161 1.2463 1.2485
1629.7508 1.2307 1.2461 1.2161 1.2464 1.2487
1747.5284 1.2303 1.2458 1.2161 1.2463 1.2485
1873.8174 1.2300 1.2455 1.2159 1.2463 1.2485
2009.2330 1.2300 1.2456 1.2157 1.2457 1.2479
2154.4347 1.2301 1.2449 1.2152 1.2455 1.2476
2310.1297 1.2296 1.2449 1.2152 1.2452 1.2472
2477.0764 1.2292 1.2448 1.2151 1.2452 1.2471
2656.0878 1.2293 1.2446 1.2147 1.2447 1.2467
2848.0359 1.2290 1.2445 1.2148 1.2446 1.2466
3053.8555 1.2278 1.2434 1.2137 1.2434 1.2453
3274.5492 1.2275 1.2432 1.2135 1.2433 1.2452
3511.1917 1.2275 1.2431 1.2133 1.2431 1.2449
3764.9358 1.2272 1.2429 1.2132 1.2428 1.2446
4037.0173 1.2269 1.2426 1.2130 1.2425 1.2443
4328.7613 1.2268 1.2423 1.2127 1.2423 1.2438
4641.5888 1.2263 1.2418 1.2121 1.2418 1.2434
4977.0236 1.2257 1.2413 1.2118 1.2413 1.2429
5336.6992 1.2254 1.2409 1.2112 1.2404 1.2422
5722.3677 1.2245 1.2403 1.2106 1.2397 1.2414
6135.9073 1.2236 1.2396 1.2099 1.2390 1.2404
6579.3322 1.2227 1.2386 1.2091 1.2380 1.2395
7054.8023 1.2216 1.2375 1.2082 1.2370 1.2382
7564.6333 1.2204 1.2362 1.2070 1.2357 1.2369
8111.3083 1.2193 1.2349 1.2058 1.2344 1.2354
8697.4900 1.2177 1.2334 1.2045 1.2329 1.2337
9326.0335 1.2162 1.2317 1.2028 1.2312 1.2317
10000.0000 1.2138 1.2298 1.2010 1.2294 1.2294
10722.6722 1.2119 1.2272 1.1987 1.2269 1.2234
11497.5700 1.2095 1.2249 1.1964 1.2245 1.2207
12328.4674 1.2067 1.2220 1.1938 1.2216 1.2176
13219.4115 1.2036 1.2191 1.1911 1.2184 1.2139
14174.7416 1.2001 1.2156 1.1878 1.2150 1.2096
15199.1108 1.1966 1.2117 1.1838 1.2114 1.2050
16297.5083 1.1919 1.2074 1.1800 1.2063 1.2000
26
17475.2840 1.1870 1.2025 1.1753 1.2015 1.1939
18738.1742 1.1817 1.1968 1.1698 1.1958 1.1875
20092.3300 1.1755 1.1904 1.1640 1.1894 1.1800
21544.3469 1.1685 1.1834 1.1572 1.1822 1.1718
23101.2970 1.1607 1.1752 1.1497 1.1741 1.1625
24770.7636 1.1519 1.1663 1.1412 1.1650 1.1521
26560.8778 1.1420 1.1560 1.1315 1.1548 1.1405
28480.3587 1.1311 1.1446 1.1207 1.1433 1.1277
30538.5551 1.1194 1.1327 1.1093 1.1312 1.1144
32745.4916 1.1059 1.1183 1.0961 1.1170 1.0988
35111.9173 1.0907 1.1031 1.0814 1.1013 1.0822
37649.3581 1.0741 1.0856 1.0650 1.0840 1.0633
40370.1726 1.0556 1.0666 1.0470 1.0651 1.0428
43287.6128 1.0355 1.0456 1.0271 1.0439 1.0203
46415.8883 1.0132 1.0230 1.0055 1.0214 0.9958
49770.2356 0.9894 0.9983 0.9818 0.9964 0.9695
53366.9923 0.9634 0.9715 0.9564 0.9695 0.9412
57223.6766 0.9355 0.9428 0.9290 0.9409 0.9108
61359.0727 0.9055 0.9122 0.8995 0.9100 0.8787
65793.3225 0.8738 0.8796 0.8685 0.8774 0.8448
70548.0231 0.8402 0.8451 0.8354 0.8429 0.8092
75646.3328 0.8048 0.8093 0.8007 0.8069 0.7721
81113.0831 0.7681 0.7718 0.7644 0.7693 0.7338
86974.9003 0.7302 0.7329 0.7271 0.7305 0.6944
93260.3347 0.6908 0.6930 0.6883 0.6905 0.6542
100000.0000 0.6508 0.6524 0.6487 0.6498 0.6135
27
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kota Bekasi pada
tanggal 11 Juni 1992 dari Ayah Joko Sudarno dan
Ibu Surati. Penulis adalah anak pertama dari 2
bersaudara. Penulis memulai pendidikan formal pada
tahun 1998 di SD Negeri 9 Jatimulya, Kecamatan
Tambun Selatan, Kabupaten Bekasi. Pada tahun
2004 melanjutkan ke SMP Negeri 2 Bekasi. Tahun
2007 penulis memulai pendidikan menengah di
SMA Negeri 9 Bekasi dan lulus pada tahun 2010.
Pada tahun yang sama penulis diterima di Institut
Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi
Masuk IPB (USMI).
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif di Unit Kegiatan Mahasiswa Uni
Konservasi Fauna (UKM UKF) IPB sebagai anggota Divisi Konservasi Karnivora.
Selain itu, penulis juga aktif dalam kepanitian acara yang diselenggarakan oleh
BEM KM IPB dan BEM FMIPA IPB. Sebagai Salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor, penulis melakukan
penelitian yang berjudul “Modifikasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan Polipirol
Sebagai Elektroda pada Microbial Fuel Cell Single Chamber “ dibawah
bimbingan Dr Akhirudin Maddu, M.Si dan bimbingan Prof (R) Dr Gustan Pari.