Fabrikasi dan Karakterisasi Komposit Nanopartikel MnO2 dan Karbon Aktif dari Cangkang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis) sebagai Bahan Elektroda Superkapasitor=Fabrication and Characterization Composite of MnO2 Nanoparticles and Activated Carbon from Palm Kernel Shell (Elaeis guineensis) as Supercapacitor Electrode Material

Latar belakang, pemanfaatan limbah biomassa menjadi material penyimpanan energi merupakan langkah strategis dalam mendukung pengembangan energi berkelanjutan. Cangkang kelapa sawit yang memiliki kandungan lignoselulosa tinggi dan kandungan karbon tinggi, sehingga sangat berpotensi dikonversi menjadi karbon aktif untuk aplikasi penyimpan energi. Karbon aktif dari cangkang kelapa sawit masih memiliki keterbatasan pada kapasitansi spesifik yang dihasilkan. Oleh karena itu, dapat dikompositkan dengan MnO2 agar dapat menghasilkan karakteristik yang ideal sebagai penyimpan energi terutama sebagai material elektroda superkapasitor. Tujuan penelitian ini untuk mensintesis dan mengkarakterisasi karbon aktif serta mengembangkan komposit dengan MnO2 sebagai bahan elektroda superkapasitor yang bersifat ramah lingkungan. Metode, sintesis karbon aktif cangkang kelapa sawit dilakukan melalui metode karbonisasi hidrotermal dan aktivasi kimia fisika. Komposit KACS-MnO2 disintesis melalui reaksi reduksi menggunakan KMnO4 dan evaluasi elektrokimia diuji dengan metode cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), dan electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Hasil penelitian menunjukkan karbon aktif yang telah dikarbonisasi hidrotermal dengan beberapa variasi suhu dan waktu menunjukkan kondisi optimum pada sampel KACS 200-4 dengan kadar karbon aktif tetap sebesar 89,61%. Analisis XRD mengonfirmasi struktur karbon aktif bersifat amorf dengan bidang kristal (002) pada 2θ = 26,69° dan komposit menunjukkan puncak khas MnO2 pada 2θ = 37,24° dan 65,18°. Analisis FTIR pada KACS menunjukkan adanya gugus fungsi -OH, C-H, C=C, C=O, dan C-O dan pada komposit ditemukan puncak khas baru Mn-O yaitu pada 526 cm-1. Hasil analisis SEM-EDS pada KACS menunjukkan struktur berlapis berpori dengan kandungan karbon sebesar 87,87% dan pada komposit menunjukkan partikel MnO2 yang berbentuk granular bulat dengan peningkatan kandungan Mn sebesar 19,26%. Luas permukaan spesifik pada KACS diperoleh sebesar 960,79 m2/g dan mengalami penurunan menjadi 445,25 m2/g, setelah penambahan MnO2. Hasil pengujian elektrokimia pada CV dan GCD menunjukkan bahwa penambahan MnO2 secara signifikan meningkatkan performa elektroda yang ditandai dengan adanya peningkatan kapasitansi spesifik yaitu dari 64,28 F/g pada KACS menjadi 88,07 F/g pada KACS-MnO2 dengan densitas arus 0,5 A/g. Analisis EIS menunjukkan sifat kapasitif yang dominan dan difusi ion yang efisien pada sistem elektroda. Hal ini mengindikasikan bahwa komposit KACS-MnO2 menghasilkan kinerja elektrokimia yang sinergis antara mekanisme EDLC dan pseudokapasitansi. Kesimpulan penelitian ini membuktikan bahwa komposit KACS-MnO2 berpotensi sebagai kandidat bahan elektroda superkapasitor berbasis biomassa yang ramah lingkungan dan dapat dikembangkan untuk penyimpanan energi di masa mendatang.