JAKARTA – Limbah kelapa sawit ternyata bisa berfungsi sebagai baterai dan superkapasitor. Penelitian untuk temuan ini dilakukan sejak 2018 oleh Tim ITB yang dipimpin Prof. Dr. Tirto Prakoso. Riset tahap pertama mereka menciptakan karbon aktif, graphene termodifikasi dan carbon nanotube (CNT). Riset kedua berhasil meningkatkan rendemen dari karbon aktif, graphene dan CNT dari limbah sawit, melalui proses yang reproducible.
Sedangkan riset tahun 2022-2023 berfokus meningkatkan kesiapterapan teknologi produksi nanokarbon dengan memvalidasi engineering design produksi nanokarbon skala komersial. Pada riset ketiga ini juga dihasilkan purwarupa sel baterai tunggal yang memiliki kinerja baik dan purwarupa modul stack superkapasitor dengan elektrolit polimer gel. Purwarupa modul superkapasitor diaplikasikan untuk kendaraan sepeda listrik.
Baterei dari limbah sawit ini adalah sel tunggal seng-udara jenis coin cell yang difabrikasi menggunakan katoda berbasis nanokarbon dan elektrolit polimer gel. Sintesis elektrolit polimer gel berbasis material PVA, SiO2, dan CMC yang diimpregnasi 6 M KOH menghasilkan konduktivitas ionik sebesar 12 mS/cm. Fabrikasi dan pengujian ini menghasilkan tegangan tertinggi 0,3 V dengan waktu discharge selama 400 detik pada rapat arus 0,01 mA.
Tim Riset ITB ini sedang mengembangkan sumber energi ini untuk mendapatkan kapasitas daya per satuan sel yang lebih tinggi. Hasilnya konduktivitas ionik tertinggi yang diperoleh mencapai 49 mS/cm. Fabrikasi dan pengujian sel tunggal baterai seng-udara jenis pouch cell juga menghasilkan tegangan kerja tertinggi 0,9 V dengan waktu discharge 1 jam pada rapat arus 10 mA/cm2.
Dalam riset ini ternyata sintesis elektrolit polimer gel untuk superkpasitor berbasis KOH, PVA, dan KI mampu menghasilkan produk dengan konduktivitas 21 mS/cm. Dalam hal ini,. kapasitansi tertinggi superkapasitor coin cell mencapai 33,18 F/g, lebih tinggi dibandingkan kapasitas yang diperoleh dari sel superkapasitor berbasis elektrolit polimer gel yang 20,28 F/g. Stabiltas siklus sel superkapasitor berbasis mediator redoks juga meningkat dari 87% menjadi 113 % pada 5000 siklus .
Untuk memperoleh kapasitansi per satuan sel yang lebih tinggi, fabrikasi superkapasitor dilakukan dalam bentuk pouch cell. Kinerja sel menujukkan nilai kapasitansi 90 F, tegangan 1,2 V, dan arus 900 mA dengan waktu charge-discharge 60 detik.
Untuk mengetahui profil tegangan/arus panas, Tim Riset ITB melakukan simulasi elektro-termal pouch cell. Simulasi termal menunjukkan jumlah sel dalam modul berpengaruh pada temperatur maksimum modul. Hasil simulasi termal modul superkapasitor yang tersusun atas 100 sel menunjukkan nilai temperatur maksimum masih di bawah temperatur yang dipersyaratkan (T < 60 oC), sehingga tidak membutuhkan sistem pendingin.
Desain dan fabrikasi modul superkapasitor dilakukan untuk menghasilkan tegangan 72 V dan kapasitansi 90 Farad yang disusun secara seri. Aplikasi modul superkapasitor diterapkan untuk sepeda listrik sebagai penyedia energi listrik yang dengan baterai sepeda listrik. Hasil pengujian fungsi superkapasitor dalam sepeda listrik menunjukkan kinerja yang baik dengan memberikan peningkatan akselerasi 5-10% pada beban daya puncak. (NYT)
