Kinerja Anoda MFC Berbasis Alumunium yang Dilapisi Komposit TiO2-Grafit

Abstract

Krisis energi yang diakibatkan peningkatan penggunaan bahan bakar fosil sebagai penyedia energi listrik menyebabkan bahan bakar fosil semakin menipis. Bahan bakar fosil juga menyebabkan emisi dan polutan. Selain itu, konsumsi energi listrik yang belum merata juga menjadi sorotan dibutuhkannya sumber energi listrik yang ekonomis dan dapat digunakan oleh berbagai lapisan masyarakat. Oleh karena itu dibutuhkannya sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan. Microbial fuel cell (MFC) hadir sebagai sumber energi bioelektrik yang mengkonversi langsung limbah menjadi energi listrik. Pada aplikasinya MFC masih memiliki banyak kekurangan, diantarannya daya tahan elektroda, transfer elektron yang masih rendah dan pertumbuhan mikroba yang tidak stabil. Berdasarkan hal tersebut, maka MFC terus dikembangkan mulai dari desain, bahan elektroda dan membran, serta substrat yang digunakan. Pada penelitian ini, dilakukan pengembangan material anoda dengan alumunium yang dilapisi komposit TiO2-Grafit. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui persentase grafit paling tepat pada komposit TiO2-Grafit yang digunakan sebagai material pelapis anoda alumunium yang dapat menghasilkan kinerja MFC paling optimum. Karakteristik fisis berupa nilai konduktivitas bahan dan luas permukaan spesifik juga diteliti untuk mengetahui karakterisitk pada tiap material anoda. Penelitian MFC dilakukan menggunakan sistem single chamber dengan posisi katoda dan anoda yang diletakkan secara vertikal pada suatu ruang yang sama. Pengukuran kinerja MFC dilakukan dengan mengukur tegangan listrik (V) dan arus listrik (I) pada mudwatt yang terhubung dengan MFC menggunakan multimeter. Hasil pengukuran tegangan listrik (V) dan arus listrik (I) digunakan untuk menentukan daya (P) dan kerapatan daya listrik (Pd). Pengukuran dilakukan selama 15 hari untuk mengetahui masa kerja efektif MFC. Penggunaan material anoda yang dilapisi komposit TiO2-Grafit dengan variasi persentase massa grafit memiliki pengaruh terhadap kinerja MFC. Persentase massa grafit yang tepat pada komposit TiO2-Grafit dapat meningkatkan kinerja MFC. Masa kerja efektif MFC berdasarkan nyala lampu LED dalam rangkaian terjadi ketika arus listrik keluarannya di atas 0,1 mA. Semua anoda yang dilapisi komposit TiO2-Grafit dan grafit saja memiliki arus keluaran di atas 0,1 mA, sehingga lampu indikator terus menyala selama 15 hari pengamatan. Sementara itu, dua MFC lainnya yang menggunakan anoda hanya alumunium dan alumunium berlapis TiO2 tidak dapat menyalakan lampu indikator pada rangkaian luar MFC. Berdasarkan pengukuran konduktivitas anoda dengan metode four point probe diperoleh bahwa nilai konduktivitas tertinggi dimiliki anoda alumunium yang dilapisi grafit sebesar 180 S/m. Kemudian nilai konduktivitas pada alumunium yang dilapisi komposit TiO2-Grafit tertinggi dihasilkan oleh komposit TiO2-Grafit(55%) sebesar 76 S/m. Data BET memberikan informasi mengenai luas permukaan spesifik, volume pori, dan ukuran pori. Luas permukaan spesifik dan volume pori terbesar dimiliki oleh komposit TiO2-Grafit(55%) yaitu masing-masing sebesar 777,810 m2 /g dan 0,798 cc/g. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan hasil kinerja MFC paling tinggi dihasilkan oleh MFC dengan menggunakan anoda alumunium yang dilapisi komposit TiO2-Grafit(85%). Hal ini dikarenakan anoda alumunium yang dilapisi komposit TiO2-Grafit(85%) dapat menghasilkan kerapatan daya maksimum sebesar 320 mW/m2