6 Bab II Tinjauan Pustaka II.1 Perkembangan Teknologi Baterai Baterai konvensional adalah jenis baterai yang telah digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi, mulai dari elektronik konsumen hingga kendaraan bermotor dan sistem penyimpanan energi. Contoh baterai konvensional adalah baterai alkaline, asam timbal (lead-acid), Nikel-Kadmium (NiCd), Nikel-Metal Hidrida (NiMH), dan Lithium-Ion (Li-Ion). Sebagai sistem penyimpanan energi, baterai telah digunakan dalam berbagai teknologi seperti kendaraan listrik, penggerak otomotif, dan banyak hal sebagai respons terhadap tren global. Baterai dan perangkat penyimpanan listrik telah banyak digunakan dalam kehidupan manusia dan dapat ditemukan di mobil, telepon, dan sebagian besar perangkat portabel. Pertumbuhan populasi dan meningkatnya permintaan telah mendorong kemajuan untuk menghasilkan sumber energi terbarukan yang aman dan lebih murah (Chauhan dkk., 2017). Meningkatnya prevalensi perangkat penyimpanan energi bioteknologi membutuhkan peningkatan stabilitas dan kepadatan energi untuk memaksimalkan masa pakai 'DOZDGLGNN Secara umum, teknologi baterai terbagi menjadi baterai anorganik dan baterai organik. Perbedaan baterai anorganik dan organik salah satunya pada penggunaan bahan dalam pembuatan elektrolit. Baterai anorganik memanfaatkan material anorganik yang pemrosesannya cukup rumit dan mahal, sementara itu baterai organik menggunakan bahan polimer konduktif yang keberadaannya di alam sangat berlimpah, ramah lingkungan, dan serbaguna /L GNN . Perbedaan lain baterai organik dan anorganik adalah dalam hal persyaratan properti elektrolit dan mekanisme penyimpanan muatan. Untuk memberikan gambaran umum yang komprehensif dan menyeluruh tentang pengembangan elektrolit dalam baterai organik, elektrolit dibagi menjadi empat kategori termasuk elektrolit cair organik, elektrolit berair, elektrolit padat anorganik, dan elektrolit berbasis polimer, untuk memperkenalkan komponen, konsentrasi, aditif, dan aplikasi yang berbeda dalam berbagai baterai organik dengan pembawa muatan, antarfase, dan pemisah yang berbeda. 7 Berdasarkan studi literatur baterai anorganik menarik banyak perhatian peneliti karena potensi keamanan, kepadatan, energi dan masa pakainya yang cukup lama (Famprikis dkk., 2019). Penelitian lain juga dilakukan Kim dkk., 2019 tentang baterai lithium- ion telah digunakan secara luas karena kepadatan muatannya dan efisiensi yang tinggi. Sementara itu, perkembangan baterai organik masih menghadapi banyak tantangan terutama perlu adanya pemahaman secara teori dan kapasitas eksperimental bahan organik. Selain itu, bahan organik memiliki konduktivitas yang relatif rendah, yang membatasi kemampuan laju tranport muatan didalam aplikasinya seperti terlihat dalam skema pada gambar II.1. (Chen & Wang, 2020) Baterai organik dan anorganik memiliki struktur yang hampir sama, hanya yang membedakan adalah pada elektrolit yang digunakan. Modifikasi elektrolit adalah strategi penting dalam pengembangan baterai yang lebih efisien, aman, dan tahan lama. Pendekatan yang dipilih biasanya tergantung pada kebutuhan spesifik aplikasi, termasuk konduktivitas ionik, stabilitas termal, kompatibilitas material, dan dampak lingkungan. Elektrolit pada baterai organik beragam, ada yang berbentuk cairan, padatan, polimer dan elektrolit padat inorganik seperti terlihat pada gambar II.2. Chen & Wang, 2020 Gambar II.1 Struktur Baterai Organik 8 Saat ini penggunaan biopolimer jenis KC cukup banyak diminati sebagai elektrolit dalam baterai karena menawarkan beberapa keunggulan seperti ramah lingkungan, biodegradabilitas, dan stabilitas mekanik yang baik. Dengan modifikasi yang tepat, KC dapat menunjukkan konduktivitas ionik yang cukup baik untuk digunakan dalam sistem penyimpanan energi. KC dapat digunakan untuk membuat elektrolit polimer gel, di mana ia berfungsi sebagai matriks polimer yang mendukung konduktivitas ionik. Dengan berbagai metode modifikasi dan pengembangan, KC dapat digunakan untuk berbagai aplikasi baterai. Penelitian dan inovasi lebih lanjut diperlukan untuk mengoptimalkan sifat-sifat elektrolit berbasis KC agar dapat bersaing dengan bahan elektrolit konvensional. II.2 Biopolimer Kappa-Karagenan (KC) Alam menyediakan berbagai jenis bio-polimer, dari yang paling sederhana hingga yang paling kompleks. Biopolimer adalah bahan alami yang memiliki banyak manfaat, menarik untuk digunakan sebagai sistem rekayasa. Salah satu bagian dari proses pengembangan produk adalah pengumpulan dan transformasi biopolimer. Gambar II.2 Elektrolit baterai organik Li GNN 9 Sebuah alternatif untuk bahan anorganik sintetis yang digunakan dalam perangkat elektrokimia adalah polisakarida alami. Proses pembuatan kapasitor organik padat yang menggabungkan polimer padat dengan gel polimerelektrolit (GPE) adalah fokus utama saat ini. Untuk tujuan ini, hidroksilasi, karboksilasi, atau polisakarida tersulfasi telah banyak digunakan karena konduktivitas ioniknya yang tinggi dan sifat mekaniknya yang menguntungkan (Armelin dkk., 2016). Biopolimer memiliki gugus fungsi spesifik yang memungkinkan dimodifikasi untuk mengubah sifat-sifatnya (Mary dkk., 2020). Biopolimer diperoleh secara alami dari organisme hidup dan nantinya akan terdegradasi dan diserap kembali oleh alam. Karagenan adalah polisakarida linier yang diekstraksi dari alga yang dapat dimakan, tidak beracun dan dapat terurai secara hayati. Karagenan memiliki molekul yang sangat fleksibel dan dapat membentuk struktur heliks melingkar, memungkinkannya membentuk gel berbeda pada suhu kamar &KDQJ GNN . Oleh karena itu, karagenan banyak digunakan dalam industri makanan dan industri lainnya sebagai pengental dan penstabil (Pacheco-Quito dkk., 2020). Karagenan kaya akan gugus hidroksil dalam strukturnya, yang dapat memfasilitasi kompleksasi ion dengan garam (Mary dkk., 2020). Karagenan juga memiliki atom oksigen sehingga dapat membentuk ikatan koordinasi dengan kation. Derajat substitusi rantai oleh gugus sulfat dan sifat fisik gel yang dihasilkan digunakan untuk mengklasifikasikan karagenan umum menjadi tiga jenis: kappa-karagenan (�C), iota-karagenan (�C) dan lambda-karagenan (�C) (Fenton dkk., 2021). Struktur karagenan dibentuk oleh unit D-JDODNWRVD GDQ -anhidro-galaktosa bergantian yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik. Klasifikasi karagenan didasarkan SDGD MXPODK GDQ SRVLVL JXJXV HVWHU VXOIDWQ\D .DQGXQJDQ -anhidrogalaktosa menentukan klasifikasi karagenan. Ada tiga jenis karagenan yaitu kappa-karagenan (KC) (C 24HO25S2 -2), iota-karagenan (IC) (C24HOS4 -4), dan lambda-karagenan (LC) (C 12H19O20S -) (Chitra dkk., 2019). Struktur kimia KC ditunjukkan pada Gambar II. 10 KC termasuk dalam keluarga polisakarida hidrofilik (Arockia Mary dkk., 2019). Dibandingkan dua jenis karagenan lainnya, KC memiliki lebih banyak gugus hidroksil yang memungkinkan lebih banyak kation garam untuk menempel, dan dapat menghasilkan konduktivitas yang tinggi (Mary dkk., 2020 dan Mobarak dkk., 2015). KC juga bersifat amorf, tidak beracun, mudah larut dan sangat melimpah dengan stabilitas termal yang baik. Elektrolit biopolimer harus memiliki konduktivitas ionik yang baik agar dapat digunakan pada baterai. Berdasarkan analisis literatur, ada banyak cara untuk meningkatkan konduktivitas ionik, salah satunya adalah dengan mencampur polimer atau menambahkan garam. Cara yang efektif dan efisien untuk meningkatkan konduktivitas polimer adalah dengan menambahkan garam, yang mendifusikan lebih banyak ion bebas (Ramlli & Isa, 2016), karena garam menyediakan ion yang dapat berperan dalam menentukan konduktivitas ionik nilai elektrolit (Amran dkk., 2016). Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penambahan garam meningkatkan konduktivitas (Christopher Selvin dkk., 2018; Rudhziah dkk., 2018). Ini menunjukkan dengan jelas bahwa ion garam meningkatkan konduktivitas film biopolimer (Rudati GNN. Gambar III Struktur kimia KC (Zainuddin & Samsudin, 2018) 11 II.3 Mekanisme Kerja Baterai Secara umum, baterai terdiri anoda, katoda, pengumpul arus yang dapat digunakan untuk menampung arus, elektrolit, dan pemisah. Mekanisme kerja baterai adalah menggunakan ion yang bergerak bebas bolak-balik di antara dua elektroda untuk mentransfer muatan.