Nama Promovendus : Sun Theo Constan Lotebulo Ndruru, S.Pd., MSi
NIM : 30515002
Judul Disertasi:
Pengembangan Biopolimer Elektrolit Padat Berbasis Paduan Turunan Selulosa Berisi Cairan Ion untuk Aplikasi
Baterai Ion Litium
Dengan berkembangnya peralatan elektronik portabel,
khususnya telepon mobil dan komputer notebook, serta pemerintah telah
mencanangkan akan membuat mobil listrik untuk mengurangi transportasi dengan
bakar bakar solar dan minyak bumi, menyebabkan meningkatnya kebutuhan baterai
yang dapat menyimpan energi listrik yang cukup tinggi dan dengan waktu kerja
yang lebih panjang. Pada saat ini industri baterai merupakan salah satu sektor
penting dan sangat strategis, serta memperlihatkan pertumbuhan yang sangat
pesat, akan tetapi komponen-komponen pendukung penting baterai litium seperti
polimer elektrolit masih sangat tergantung pada luar negeri.
Disamping itu, penggunaan bahan yang tidak beracun
dan berbahaya sebagai pengganti komponen baterai belum berkembang dengan baik,
sehingga baterai yang sudah tidak terpakai lagi menjadi masalah yang serius
terhadap lingkungan. Untuk itu diperlukan riset yang berkesinambungan untuk
pengembangan material yang bersifat aplikatif sehingga dapat dimanfaatkan dalam
pengembangan energi baru dan terbarukan, khususnya pada aplikasi sel
elektrokimia seperti fuel cell dan
baterai litium.
Selulosa merupakan biopolimer yang mengandung gugus
hidroksil bebas yang dapat dimodifikasi membentuk beberapa turunan selulosa
seperti metil selulosa dan karboksimetil selulosa sehingga turunan selulosa
tersebut dapat digunakan sebagai bahan dasar polimer elektrolit untuk berbagai
aplikasi, baik untuk sel bahan bakar (fuel cell) maupun sel baterai litium.
Karboksimetil selulosa merupakan polimer yang sangat menarik karena memiliki
sifat- sifat seperti permeabilitas dan biodegradabilitasnya cukup tinggi, tidak
beracun, dan memiliki kapasitas untuk dicampur secara homogen dengan berbagai
bahan. Disamping itu, karboksimetil selulosa dapat disiapkan dengan mudah
melalui proses karboksimetilasi dengan asam monokloroasetat dan selulosanya
sendiri dapat diperoleh dari alam seperti limbah kulit buah kakao yang banyak
terdapat di Indonesia.
Bila turunan selulosa seperti metil selulosa dan
karboksimetil selulosa digunakan sebagai polimer elektrolit untuk aplikasi
baterai ion litium, hantaran, sifat mekanik dan sifat termal membran masih
relatif rendah dibandingkan polimer elektrolit yang ada di pasaran. Untuk
meningkatkan hantaran dan sifat-sifat membran tersebut di atas, maka perlu
dilakukan penambahan cairan ionik yang dapat berperan sebagai pemlastis untuk
meningkatkan sifat mekanik dan mempertinggi hantaran membran, sehingga
diharapkan diperoleh membran elektrolit yang memiliki hantaran dan sifat
mekanik yang lebih tinggi.
Promovendus telah berhasil mengisolasi selulosa dari
limbah kulit buah kakao dengan metoda MAE (microwave-assisted
extraction) dan membuat karboksimetil selulosa dari selulosa hasil isolasi
dengan asam monokloroasetat dalam pelarut isopropil alkohol dengan metoda MAOS
(Microwave Assisted Organic Synthesis)
yakni menggunakan gelombang mikro, dan penelitian ini belum pernah dilakukan
peneliti lain sebelumnya. Pada pembuatan membran polimer elektrolit telah
dilakukan melalui tiga tahap reaksi yang masing-masing melalui casting larutan
polimer yakni sintesis membran paduan metil selulosa-karboksimetil selulosa
(MC/CMC) pada berbagai komposisi. Dari hasil optimal yang diperoleh berdasarkan
hantaran ion dan sifat mekanik membran paduan MC/CMC, kemudian ditambahkan
garam litium
(LiClO4)
dari komposisi 0 s/d 25%, dan terakhir dari hasil yang optimal paduan membran
MC/CMC/Li ditambahkan cairan ion (EMIm/Ac) sebagai bahan pemlastis dari
komposisi 0 s/d 30%, dan cairan ion (EMIm/Ac) telah dapat dibuat di
laboratorium dengan harga yang jauh lebih murah. Sebagai pembanding telah
disintesis juga karboksimetil selulosa dari selulosa mikro kristalin (MCC) yang
diperoleh secara komersial.
Dalam sintesis dan karakterisasi membran komposit
tersebut, promovendus telah menemukan pengaruh komposisi karboksimetil
selulosa, komposisi garam litium, dan komposisi cairan ion terhadap
karakteristik membran komposit yang dihasilkan, terutama sifat hantaran ion
litium, sifat mekanik, dan sifat termal membran.
Berdasarkan karakteristik konduktivitas ion dan sifat
mekaniknya, maka dipilih komposisi optimum membran paduan untuk menjadi polimer
inang (host polymer) ion litium
masing-masing MC/CMC-MCC (50/50), MC/CMC-KBK (50/50) dan MC/CMC-KBK (80/20). Penambahan
garam LiClO4 sebagai sumber ion litium sebesar 10% dapat meningkatkan
nilai konduktivitas ion membran paduan MC/CMC, akan tetapi menurunkan
kestabilan mekanik, derajat kristalinitas dan kestabilan termalnya untuk semua
komposisi.
Kelemahan-kelemahan yang diakibatkan penambahan garam LiClO4 pada paduan polimer
MC/CMC diperbaiki dengan penambahan aditif cairan ion [EMIm]Ac. Cairan ion
[EMIm]Ac (10-15%) mampu meningkatkan kestabilan mekanik dan kestabilan termal
secara signifikan membran paduan polimer tanpa mengganggu nilai konduktivitas
ionnya. Semua karakteristik berdasarkan konduktivitas ion, sifat mekanik dan
sifat termal didukung pula dengan analisis kristalinitas dan morfologi
permukaan serta penampang melintang untuk masing-masing keadaan optimum dari
membran paduan MC/CMC yang dipreparasi. Adapun membran dengan karakteristik
yang terbaik dari semua komposisi adalah membran paduan MC/CMC-KBK (50/50) + 10% LiClO4 + 10% [EMImAc].
Penelitian ini telah menghasilkan suatu membran
polimer elektrolit yang nantinya dapat dimanfaatkan untuk aplikasi baterai ion
litium, sehingga dapat membuka peluang penggunaan membran polimer elektrolit
ini dalam pengembangan energi baru dan terbarukan, khususnya pada aplikasi sel
elektrokimia seperti sel bahan bakar dan baterai polimer-ion litium. Disamping
itu hasil penelitian ini dapat memberikan kontribusi yang positif dalam
mengatasi masalah lingkungan, terutama akibat semakin banyaknya limbah baterai
yang terbuang ke lingkungan, serta sekaligus dapat memberi nilai tambah pada
limbah kulit buah kakao, yang tadinya tidak bermanfaat menjadi membran polimer
elektrolit, yang merupakan salah satu komponen terpenting dalam menunjang
pengembangan sel baterai litium di Indonesia.
Penelitian lebih lanjut yang masih diperlukan adalah
evaluasi kinerja membran dalam sel baterai dan kemampuan biodegradasinya di
alam, sehingga dapat mengetahui sampai sejauh mana kinerja membran tersebut
dalam sel baterai, serta bagaimana biodegradabilitas membran di alam, sehingga
jika sel baterai tersebut nantinya dibuang ke lingkungan tidak menyebabkan
polusi terhadap lingkungan.
Berdasarkan hasil-hasil yang telah diperoleh
promovendus, serta cara promovendus mempertanggung-jawabkan secara ilmiah
hasil-hasil penelitian yang telah diperoleh, maka tim pembimbing sepakat untuk
merekomendasikan saudara promovendus untuk mempertahankan disertasinya
dihadapan Sidang Terbuka Komisi Program Doktor, ITB.
Bandung, Agustus 2019
Ketua Tim Pembimbing
Prof. Dr. I Made Arcana, MS
Tidak ada komentar:
Posting Komentar