USULAN PROPOSAL PENELITIAN
JUDUL PROGRAM PENELTIAN
RANCANG BANGUN BATERAI LITIUM POLIMER ALGA HIJAU SEBAGAI SOLUSI ALTERNATIF PEMANFAATAN Cladophora.
DIUSULKAN OLEH
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PADJADJARAN
2011
Judul Program
Rancang Bangun Baterai Litium Polimer Alga Hijau sebagai Solusi Alternatif Pemanfaatan Cladophora.
B . Latar belakang
Perkembangan jaman dan kemajuan ilmu pengetahuan serta teknologi senantiasa menuntut manusia untuk dapat berkomunikasi, memperoleh hiburan melalui berbagai media elektronik, memperoleh informasi, hingga menggunakan berbagai peralatan elektronik sebagai alat bantu manusia dalam menyelesaikan berbagai pekerjaan dengan cara yang semakin instan, praktis, dan nyaman.
Media yang hingga saat ini umum digunakan untuk memenuhi berbagai kebutuhan diatas adalah berbagai macam alat elektronik semisal handphone, laptop, Portable Music Player (MP3 player, iPod, dsb) yang menuntut sumber energi yang praktis, ringan, mudah dipindahkan, dan efisien.
Sumber energi yang umum digunakan agar alat-alat tersebut dapat berjalan adalah baterai. Tak dapat dipungkiri bahwa penggunaan baterai sebagai sumber energi dari berbagai macam alat elektronik adalah masih sangat dominan. Baterai sendiri merupakan suatu rangkaian sel elektrokimia yang tersusun dari katoda, anaoda, elektrolit, dan konduktor yang mampu menghasilkan energi listrik dengan nilai potensial tertentu. Dan baterai yang umum kita jumpai saat ini adalah baterai litium.
Namun demikian baterai litium ion yang umum digunakan pada saat ini memiliki kelemahan yaitu terdapatnya komponen elektrolit yang pada umumnya merupakan pelarut organik. Komponen elektrolit ini rentan bocor dan ketika dibuang ke alam sebagai sampah dapat menjadi limbah yang bersifat racun dan mencemari lingkungan sehingga membahayakan kesehatan.
Baterai terbaru yang dianggap bisa menjadi solusi permasalahan diatas adalah Litium-ion Polimer elektrolit (Baterai Li-Poli) yang menggantikan elektrolit cair pada baterai dengan polimer elektrolit. Pada umumnya jenis polimer yang digunakan adalah polietilen oksida. Diketahui bahwa tingkat kerapatan energi pada sel Li-poli ini lebih besar 20% dibandingkan dengan litium konvensional pada volume yang sama.
Di sisi lain berhubungan dengan permasalahan limbah dan isu lingkungan hidup, ganggang hijau Cladophora yang merupakan ganggang hijau dengan jumlah terbanyak didunia dibandingkan dengan ganggang jenis lainnya dan yang dianggap sebagai sampah ternyata memiliki potensi yang besar untuk dimanfaatkan. Karena alga ini memiliki jenis selulosa yang tak lazim dibandingkan dengan yang lainnya, yaitu memiliki permukaan selulosa yang sangat luas hingga mencapai 100 kali lebih luas dari selulosa kertas biasa.
Hal tersebut memungkinkan untuk dibuatnya polimer elektrolit yang sangat tipis dan berdaya hantar tinggi. Dengan demikian potensi kerapatan energi untuk sel jenis ini berpotensi meningkat 50% hingga 200% lebih banyak dari baterai litium biasa dan durasi pengisian juga berpotensi menjadi lebih singkat yaitu 11 detik hingga 8 menit saja.
Polimer elektrolit padatan dari alga hijau ini sangat berpotensi untuk pembuatan baterai yang sangat tipis dan ramah lingkungan. Kedepannya bahkan baterai jenis ini bisa dibuat fleksibel mengikuti bentuk permukaan yang diinginkan. Sehingga benda elektronik yang ada bisa menjadi semakin ramping dan praktis untuk mobilisasi. Selain itu, baterai ini tidak akan menghasilkan limbah beracun seperti halnya pada litium ion, karena polimer ini akan mudah terbiodegradasi oleh mikroorganisme.
C. Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud dari penelitian ini adalah Mengkaji potensi Cladophora sebagai sumber selulosa asetat apakah cukup efektif sebagai matriks dari garam litium untuk kemudian dijadikan sebagai komponen polimer elektrolit suatu baterai.
Tujuan penelitian ini adalah
- Memperoleh selulosa asetat dari Cladophora.
- Melakukan variasi doping dengan menggunakan garam litium sehingga diperoleh polimer elektrolit dengan sifat tertentu.
- Mengapikasikan polimer elektrolit yang diperoleh untuk baterai litium sehingga diperoleh prototipe baterai litium polimer alga hijau.
D. Metode Penelitian
Alat
Peralatan gelas yang digunakan dalam tahapan pelaksanaan program ini diantaranya gelas kimia 100mL; 250mL; 500mL, gelas ukur 10mL, 25mL, 100mL, pipet volum 10mL, erlenmeyer 100mL dan 250mL, buret 25 mL, corong Buchner, corong pisah, labu hisap, soxhlet, termometer, desikator, mortar, lumpang, cawan petri, pipet tetes, kertas saring, pompa vakum, pengaduk magnetik, gunting, dan blender. Untuk menimbang sampel digunakan neraca analitis Denver instrument company. Untuk pemanasannya digunakan Heater Thermolyne, dan oven sebagai pengering.
Proses penentuan gugus fungsi digunakan FTIR (Fourier Transform Infrared), dan Four-Point Probe untuk uji konduktivitas polimer yang didapat. Laboratorium yang digunakan adalah Laboratorium Fisika Material Universitas Padjadjaran, Laboratorium Kimia Analitik Universitas Padjadjaran.
Bahan
Bahan yang diperlukan diataranya asam asetat glasial, anhidrida asetat, asam sulfat H2SO4, dan aqua dm. Untuk polimer elektrolit digunakan selulosa asetat hasil sintesis, garam litium asetat, tetrahidrofuran, aseton, kloroform. Untuk karakterisasi digunakan fenolftalein dan garam KBr. Untuk pembuatan prototipe dibutuhkan kaca,
Diagram alir tahapan pelaksanaan program
Tahapan pelakasanaan program secara keseluruhuan :
Gambar 5. Diagram Alir Pembuatan desain baterai litium polimer alga hijau
Secara umum pelaksanaan program ini dibagi menjadi 5 tahapan besar :
- Isolasi selulosa dari Clodophora.
- Sintesis selulosa asetat dari selulosa hasil isolasi.
- Variasi doping selulosa asetat hasil sintesis dengan garam litium asetat.
- Karakterisasi sifat polimer hasil bentukan.
- Desain dan pembuatan device prototipe baterai litium polimer alga hijau.
Isolasi selulosa
Sejumlah 20 gram sampel alga dibungkus dengan kertas saring lalu ditempatkan dalam alat soxhlet. Suatu campuran alkohol dan toluen ditempatkan pada labu soxhletasi. Ekstraksi cara ini dilakukan kurang lebih selama 4 jam dengan sirkulasi 5 kali selama satu jam. Sampel dikeluarkan dari alat soxhlet.
Sampel yang telah diperoleh dibilas dengan air panas kemudian dicuci dengan air dingin. Kemudian sampel dilarutkan ke dalam NaOH dengan pengadukan selama 3 jam. Sampel kemudian disaring dengan Buchner dan residunya dilarutkan kembali. Kemudian pada tahap pemutihan sampel direndam menggunakan NaOCl 0,5% dengan penambahan 1 gran NaOH. Sampel kemudian disaring dan diuji PH nya. Kemudian dicuci hingga PH nya netral. Setelah itu baru dapat dikeringkan dalam oven 60oC sehingga didapatkan selulosa dalam keadaan murni.
Asetilasi selulosa
Dua gram selulosa hasil asetilasi dimasukkan ke dalam erlenmayer 250mL dan diraeksikan dengan asam asetat glasial selama 1 jam. Ditempat lain, 15ml anhidrida asam asetat dan 3 tetes asam sulfat yang suhunya dijaga pada suhu 0oC. Kemudian keduanya dicampurkan dan diaduk selama 3 jam pada suhu 40 derajat yang kemudian dilanjutkan selama 20 jam pada suhu kamar. Sambil menambahkan asam asetat glasial 60% 25 ml setetes demi setetes, disaring dengan penyaring vakum. Dikeringkan dalam oven vakum pada suhu 40oC. Massa yang diperoleh dapat ditimbang.
Pencampuran litium asetat pada selulosa asetat
Ditimbang sejumlah selulosa asetat yang diperoleh dari hasil sintesis dan ditimbang sejumlah litium asetat. Selulosa dilarutkan dalam kloroform lalu diendapkan dalam corong terpisah. Dilanjutkan dengan doping dengan garam litium asetat yang sebelumnya dilarutkan pada pelarut aseton. Campuran diaduk selama 24 jam sehingga diperoleh campuran homogen.
Karakterisasi sifat-sifat polimer elektrolit yang terbentuk
Analisa Fourier transform infrared
Preparasi sampel selulosa murni, selulosa asetat, polimer elektrolit dengan komposisi 0,2,5,7,85, 15% dibentuk dalam pellet KBr. Sampel dimasukkan dalams sel dan diukur dalam alat spektrofotometer pada daerah bilangan gelombang antara 500-4500 cm-1.
Pengukuran konduktivitas bahan
Sampel dipotong dengan ukuran 2.5 X 1.5 cm. Pengukuran sampel dilakukan dengan menggunakan alat ukur four-point probe. Hasil pengukuran yang diperoleh kemudian diolah menggunakan software.
Desain prototipe
Desain prototipe dimulai dengan membuat cover baterai berbahan plastik agar bersifat isolator. Bahan tersebut bisa saja didapat dari benda sekitar seperti mainan plastik, dan sejenisnya. Bahan dibentuk sedemikian rupa cocok dengan ketebalan baterai nantinya. Karena polimer elektrolit yang diperoleh tipis, maka plastik cover dibentuk menyerupai dua lembar plastik setebal kurang lebih 1 mm. kemudian dirancang agar bisa memiliki dua lubang keluaran yang nantinya akan disambungkan dengan lempeng katoda dan anoda baterai. Polimer elektrolit yang diperoleh ditempatkan atau dijepit oleh lempeng katoda dan anoda baterai yang juga tipis, dari elektroda yang tepat yang memiliki polaritas yang tinggi, Li untuk anoda dan LiMnO4 pada katoda. Diperlihatkan pada gambar berikut.
Gambar 6. Prototipe Desain Baterai
Baterai yang sudah jadi kemudian diuji daya tahannya dengan mengisi ulang dan mengosongkannya sebanyak 100 kali siklus isi-pakai. Kemudian mengolah data yang didapat dengan menggunakan software standar semisal microsoft excel. Parameter yang diuji adalah lama waktu pengisian dan habis nya baterai. Sejauh apa konsistensi baterai mempertahankan durasi ketahanan daya nya setelah 100 kali siklus isi-pakai. Hasil uji kemudian disajikan melalui grafik konsistensi hubungan antara siklus isi dengan waktu pakai. Apabila grafik cenderung konstan membentuk garis datar, maka kualitas baterai berarti baik. Dari data ini dapat diperoleh persentase yang pasti atas kapasitas ketahanan daya baterai untuk jangka waktu tertentu.
C. JADWAL KEGIATAN
I.1 Jadwal dan Tempat
Program penelitian ini termasuk pekerjaan pembuatan Prototipe Baterai Litium Polimer Alga Hijau diperlukkan waktu selama 5 bulan. Dengan jadwal sebagai berikut: pada 2-bulan pertama isolasi, sintesis selulosa asetat dari Clodophora dan variasi doping selulosa asetat dengan garam litium perklorat serta garam litium asetat. Pada 2-bulan kedua, karakterisasi polimer dan pembuatan device prototipe baterai litium polimer alga hijau. Pada 1-bulan terakhir adalah perbaikan, penyempurnaan dan penulisan laporan. Tempat pelaksanaan khususnya di Laboratorium Material Jurusan Fisika, Laboratorium Kimia Analitik.
Tabel 1. Jadwal Penelitian
No | Kegiatan | Bulan | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
1 | Isolasi selulosa dari Clodophora | √ | ||||
2 | Sintesis selulosa asetat dari selulosa hasil isolasi | √ | √ | |||
3 | Variasi doping selulosa asetat hasil sintesis dengan garam litium asetat. | √ | √ | √ | ||
4 | Variasi doping selulosa asetat komersial dengan garam litium perklorat. | √ | √ | √ | ||
5 | Karakterisasi sifat polimer hasil bentukan | √ | √ | √ | ||
6 | Perancangan desain prototipe baterai litium | √ | √ | √ | √ | |
7 | Pembuatan device prototipe baterai litium polimer alga hijau. | √ | √ | √ | ||
8 | Pengambilan data | √ | √ | √ | √ | |
9 | Pengolahan data | √ | √ | √ | √ | |
10 | Penyusunan Laporan | √ | √ | |||
I.2 Deskripsi pekerjaan
Sesuai dengan penjadwalan dan Anggaran proposal maka untuk keberhasilan, strategi
Job deskripsi dalam pelaksankan riset selama 5-bulan meliputi analisa dan desain prototipe baterai litium polimer alga hijau dan penjadwalan sesuai Tabel 1.Untuk lokasi, Waktu dan
Kegiatan yang telah dilakukan dari awal bulan Januari 2011 sampai dengan akhir Mei 2010 ditunjukkan pada Tabel 2 dan Tabel 3.
Tabel 2. Lokasi Kegiatan
No | Lokasi | Alamat |
1 | Lab Material Fisika FMIPA UNPAD | Jl.Raya Bdg-Smdng Km 21 Jatinangor |
2 | Lab Kimia Analitik FMIPA UNPAD | Jl.Raya Bdg-Smdng Km 21 Jatinangor |
Tabel 3. Waktu dan Kegiatan
No | Waktu | Kegiatan |
1 | Januari – Februari 2011 | 1. Studi Literatur 2. Isolasi Clodophora 3. Sintesis selulosa asetat 4. Mobilisasi bahan kimia 5. Desain prototipe baterai |
2 | Februari – Maret 2011 | 1. Doping selulosa asetat hasil sintesis dengan garam litium asetat 2. Doping selulosa asetat komersial dengan garam litium perklorat 3. Karakterisasi polimer |
3 | Maret – April 2011 | 1. Pembuatan prototipe 2. Uji kualitas |
4 | April – Mei 2011 | 1. Penyempurnaan device dan uji coba 2. Pengumpulan dan pengolahan data 3. Penulisan laporan akhir |
5 | Mei 2011 | 1. Pengumpulan dan pengolahan data 2. Pencetakan dan Pengumpulan laporan akhir |
D. Rancangan Biaya dan Sumber Dana
Bahan habis pakai
No | Nama Bahan/Alat | Volume | Biaya Satuan (Rp) | Biaya (Rp) |
1 | Etanol toluen | 0,5 L | 680.000,-/ltr | 340.000,- |
2 | NaOH | 100 g | 782.000,-/g | 312.000,- |
3 | Asam asetat glasial | 160 g | 742.400,-/250g | 475.136,- |
4 | Asam anhidrida | 0,5 kg | 552.000,-/kg | 276.000,- |
5 | Asam sulfat (H2SO4) | 100 mL | 6.872.400,-/250mL | 2.748.960,- |
6 | Garam litium asetat dihidrat | 250 g | 771.000,-/250g | 771.000,- |
7 | Tetrahidrofuran | 40 mL | 819.700,-/100mL | 327.880,- |
8 | Kloroform | 50 mL | 540.000,-/25mL | 1.080.000,- |
9 | Potasium bromida | 100 g | 1.424.800,-/250g | 569.920,- |
10 | Gunting | 2 Qty | 4.000/Qty | 8.000,- |
11 | Kertas saring 55 mm | 2 Qty | 371.680,-/Qty | 743.360,- |
JUMLAH | 7.652.256,- | |||
Laporan dan Referensi
No | Uraian Kegiatan | Biaya (Rp) |
1 | ATK (Kertas, Fotokopi, lembar tinta, Foto slide) | 750.000,- |
2 | Referensi (Buku, Fotokopi referensi, Datasheet) | |
3 | Download dan Jilid Laporan |
TOTAL | 8.402.256,- |
Rencana Pemasukan
Donatur | : | 4.000.000,- | ||
Sponsor | : | 4.000.000,- | ||
Dana Mandiri | : | 402.256,- | ||
TOTAL | ||||
8.402.256,- | ||||
DAFTAR PUSTAKA
C.A. Vincent, B Scrosati., (1997), Modern Batteries: An Introduction to Electrochemical Power Sources, 2nd Edition, Elsevier Ltd.
Malcolm P.S , Iis Sopyan., (2007), Kimia Polimer, cetakan kedua, Pradnya Paramita, Jakarta.
Billmeyer, Fred., (1984), Textbook of Polymer Science, 3rd Edition, John Wiley and Son, New York.
Best regards,
Husna Ramdani
Cianjur
www.nusantaraku.us
Cianjur
www.nusantaraku.us
0 komentar:
Posting Komentar