PREPARASI FILM BIOPOLI MER KAPPA-KARAGENAN ( RED SEAWEED) SEBAGAI ELEKTROLIT ALAMI PADA BATERAI ORGANIK TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh VISI KOMALA SARI NIM: 24722006 (Program Studi Magister Pengajaran Fisika) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Juni 2024 i ABSTRAK PREPARASI FILM BIOPOLI MER KAPPA-KARAGENAN ( RED SEAWEED) SEBAGAI ELEKTROLIT ALAMI PADA BATERAI ORGANIK Oleh Visi Komala Sari NIM: 24722006 (Program Studi Magister Pengajaran Fisika) Perkembangan teknologi baterai saat ini cukup pesat terutama dalam hal peningkatan performansi dengan modifikasi struktur divais ataupun mendapatkan kandidat material yang baik terutama untuk komponen utamanya yaitu elektrolit dan elektroda. Telah diketahui bahwa jenis elektrolit yang berkembang saat ini masih didominasi oleh jenis elektrolit cair dan padat. Elektrolit cair diketahui memiliki nilai konduktivitas yang besar, namun mudah terbakar dan memiliki tingkat kebocoran yang tinggi. Sementara itu, elektrolit padat relatif aman dengan nilai konduktivitas yang rendah dan tidak mudah terbakar. Saat ini penelitian terkait studi material elektrolit telah banyak dilakukan, salah satunya adalah dengan membuat elektrolit dari bahan alam yang ternyata banyak memiliki potensi sebagai material organik dengan konduktivitas yang sebanding dengan elektrolit konvensional. Salah satunya adalah penggunaan biopolimer kappa-karagenan yang telah banyak dimanfaatkan sebagai komponen elektronika. Namun sejauh ini, karakteristik fisis, mekanik dan kimiawi dari kappa- karagenan belum dibahas detail oleh para peneliti. Tujuan penelitian yang dilakukan ini adalah melakukan studi preparasi film biopolimer kappa-karagenan dan menganalisis karakteristik film biopolimer serta mempelajari peluangnya sebagai material komponen elektronika khususnya baterai. Dalam penelitian ini film biopolimer diproyeksikan sebagai elektrolit penyedia ion dan kation melalui penambahan garam yaitu amonium klorida (NH 4Cl). Kualitas film kappa- karagenan dikarakterisasi melalui pengujian Scanning Electron Microscopy (SEM), X- ray diffraction (XRD), Tensile Strength, dan uji konduktivitas menggunakan EIS. Peluang sebagai elektrolit pada baterai diuji melalui karakterisasi charge dan discharge. Hasil uji morfologi menunjukkan bahwa permukaan kappa-karagenan dengan tambahan NH 4Cl lebih halus daripada kappa-karagenan murni. Hasil uji XRD menunjukkan bahwa kappa-karagenan dengan NH 4Cl bersifat semi-kristalin dan PHPLOLNLLQWHQVLWDVWLQJJLGHQJDQSXQFDNVHNLWDU ž,QYHstigasi hasil uji mekanik ii menghasilkan fleksibilitas film dengan KC dan KC+NH 4Cl menunjukkan nilai tegangan tarik terbesar adalah pada sampel KC+20wt% NH 4Cl yaitu 0.2 Mpa dan modulus elastisitas pada sampel KC+16,67wt% NH 4Cl yaitu 2.94 Mpa lebih besar dibandingkan dengan film KC yaitu 0,086 Mpa. Hasil uji EIS untuk KC dengan tambahan NH 4Cl menunjukkan konduktivitas film tertinggi sebesar 2,11 x 10 -5 S/m, cukup rendah dibandingkan penelitian sebelumnya yang mencapai konduktivitas [ -5 S/m. Untuk baterai organik dengan penambahan garam menunjukkan bahwa tegangan maksimum adalah 9GDQ9XQWXNEDWHUDLtanpa penambahan garam melalui proses pengisian. Kemudian dilakukan pengujian kinerja baterai organik dengan menambahkan beban berupa LED dan menghasilkan arus tertinggi sebesar 26,62 mA dan terendah 4,55 mA selama sekitar 16 menit sampai 65 menit pada proses pengosongan. Kata Kunci: kappa-karagenan, NH 4Cl, biopolimer, elektrolit, baterai iii ABSTRACT FILM PREPARATION OF KA PPA-CARRAGEENAN (RED SEAWEED) BIOPOLYMER AS A NATURAL ELECTROLYTE IN ORGANIC BATTERY By Visi Komala Sari NIM: 24722006 (Master’s Program in Physics Teaching) The development of battery technology is currently quite rapid, especially in terms of improving performance by modifying the structure of the device or getting good material candidates, especially for its main components, namely electrolytes and electrodes. It is known that liquid and solid electrolytes still dominate the types of electrolytes that are currently developing. Liquid electrolytes are known to have a large conductivity value but are flammable and have a high leakage rate. Meanwhile, solid electrolytes are relatively safe with low conductivity values and are not flammable. Currently, research on electrolyte materials has been carried out, one of which is to make electrolytes from natural materials that have much potential as organic materials with conductivity comparable to conventional electrolytes. One of them is using kappa-carrageenan biopolymer which has been widely used as an electronic component. However, the physical, mechanical, and chemical characteristics of kappa-carrageenan have not been discussed in detail by researchers to date. The focus of this research is to study the preparation of kappa-carrageenan biopolymer films, analyze the characteristics of biopolymer films, and study their opportunities as electronic component materials, especially batteries. In this study, the biopolymer film is projected as an electrolyte providing ions and cations through the addition of salt, namely ammonium chloride (NH 4Cl). In this study, the biopolymer film is projected as an electrolyte providing ions and cations by adding salt, namely ammonium chloride (NH 4Cl). The quality of kappa carrageenan film was characterized through Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Tensile Strength, and conductivity tests using EIS. Opportunities as an electrolyte in the battery were tested through charge and discharge characterization. Morphological test results show that the surface of kappa-carrageenan when ammonium chloride (NH 4Cl) is added is smoother than the surface of pure kappa-carrageenan. XRD test results show that kappa-carrageenan containing ammonium chloride (NH 4Cl) is semi-crystalline and KDVDKLJKLQWHQVLW\ZLWKDSHDNDURXQG žInvestigation of the mechanical test iv results resulted in the flexibility of the film with KC and KC+NH 4Cl showing the largest tensile stress value is in the KC+20wt% NH 4Cl sample which is 0.2 Mpa and the elastic modulus in the KC+16.67wt% NH 4Cl sample which is 2.94 Mpa greater than the KC film which is 0.086 Mpa. The EIS test results for KC with the addition of NH 4Cl showed the highest film conductivity of 2.11 x 10 -5 S/m, quite low compared to previous studies ZKLFK UHDFKHG D FRQGXFWLYLW\ RI [ -5 S/m. The maximum voltage for organic batteries with added salt LV9DQG9IRUEDWWHULHVZLWKRXWDGGHGVDOWWKURXJKWKH charging process. They then tested the performance of organic batteries by adding loads in the form of LEDs and producing the highest current of 26.62 mA and the lowest of 4.55 mA for about 16 minutes to 65 minutes in the discharge process. Keywords: kappa-carrageenan, NH4Cl, biopolymer, electrolyte, battery v PREPARASI FILM BIOPOLI MER KAPPA-KARAGENAN ( RED SEAWEED) SEBAGAI ELEKTROLIT ALAMI PADA BATERAI ORGANIK HALAMAN PENGESAHAN Oleh Visi Komala Sari NIM: 24722006 (Program Studi Magister Pengajaran Fisika) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal 27 Juni 2024 Ketua Anggota ______________________ ______________________ (Dr. Eng. Priastuti Wulandari, S.Si., M.Si) (Dr. rer.nat., Ir. Paula Santi Rudati) HALAMAN PENGESAHAN vi PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat di tulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Sari, V K. (2024): Preparasi Film Biopolimer Kappa-Karagenan (Red Seaweed) sebagai Elektrolit Alami pada Baterai Organik, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Sari, V K. (2024): Film preparation of Kappa-Carrageenan (Red Seaweed) Biopolymer as A Natural Electrolyte in Organic Battery, Master’s Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. vii HALAMAN PERUNTUKAN Dipersembahkan kepada Papa dan Ibu, saudari kembar, adik-adik dan keluarga besarku tercinta serta teman-teman yang senantiasa memberikan dukungan untuk bisa sampai di titik ini. viii KATA PENGANTAR Alhamdulillah puji syukur senantiasa dipanjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW yang telah membimbing umat manusia menuju jalan yang diridhai-Nya. Pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan rasa hormat dan terimakasih kepada dosen-dosen pembimbing yaitu Dr. Eng. Priastuti Wulandari, S.Si., M.Si., dan Dr.