SYNERGISTIC EFFECTS OF RGO-ENCAPSULATED COBALT-DOPED Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄ FOR ZINC-ION BATTERY CATHODE MAGISTER THESIS Submitted as a Partial Fulfillment of Master of Engineering Degree in Institut Teknologi Bandung Proposed by: PILAR BELA PERSADA Student ID: 23723001 (Master's Program in Material Science and Technology) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG August 2024 ABSTRAK EFEK SINERGIS DARI Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄ TERDOPING KOBALT DENGAN ENKAPSULASI OKSIDA GRAFENA TEREDUKSI UNTUK KATODE BATERAI ION SENG Oleh: Pilar Bela Persada Student ID: 23723001 (Program Studi Magister Ilmu dan Teknik Material) Perangkat penyimpanan energi ideal yang dicirikan oleh kapasitas tinggi, stabilitas reversibel yang panjang, kemampuan pengisian/pengosongan cepat, keamanan, ramah lingkungan, dan murah sangat penting untuk merevolusi masyarakat saat ini. Baterai ion seng telah muncul sebagai kandidat yang menjanjikan untuk aplikasi penyimpanan energi generasi berikutnya karena keunggulannya yang luar biasa. Namun, kinetika difusi ion Zn²⁺ yang lambat dan ketidakstabilan struktural material katode menghambat aplikasi praktisnya. Dalam konteks ini, material berbasis vanadium telah menunjukkan kapasitas, kerapatan daya, dan stabilitas jangka panjang yang unggul. Vanadat logam transisi memiliki ikatan logam-oksigen yang kuat, membentuk kisi kristal kokoh yang cocok untuk interkalasi/deinterkalasi Zn²⁺ reversibel. Studi ini memperkenalkan komposit Co@Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄-RGO yang baru sebagai katode berkinerja tinggi untuk baterai ion seng, disintesis melalui metode ko-presipitasi yang mudah karena kesederhanaannya, skalabilitas, pencampuran homogen pada skala atom, serta kontrol komposisi dan morfologi partikel. Kombinasi sinergis nanopartikel bifase Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄ yang didoping kobalt dan yang dienkapsulasi dalam jaringan oksida grafena tereduksi 3D meningkatkan kapasitas, konduktivitas listrik, memfasilitasi difusi ion, dan meningkatkan stabilitas struktural. Katoda yang dioptimalkan menghasilkan kapasitas spesifik yang mengesankan sebesar 215,32 mAh g⁻¹ pada 1000 mA g⁻¹ dan mempertahankan 74% dari kapasitas awalnya setelah 184 siklus. Karya ini secara kolektif menyoroti potensi Co@Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄-RGO sebagai bahan katoda yang menjanjikan untuk baterai seng-ion berkinerja tinggi. Kata kunci: katoda berbasis vanadium, katoda bifase, baterai seng-ion. ABSTRACT SYNERGISTIC EFFECTS OF RGO-ENCAPSULATED COBALT-DOPED Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄ FOR ZINC-ION BATTERY CATHODE By: Pilar Bela Persada Student ID: 23723001 (Master's Program in Material Science and Technology) An ideal energy-storage device characterized by high capacity, prolonged reversible stability, fast charge/discharge capability, safety, environmental benignity, and economic viability is vital for revolutionizing today's society. Zinc- ion batteries have emerged as promising candidates for next-generation energy- storage applications due to their gorgeous advantages. However, the sluggish kinetics of Zn²⁺ ion diffusion and the structural instability of cathode materials hinder their practical applications. In this context, vanadium-based materials have exhibited superior capacity, power density, and long-term stability. Transition metal vanadates possess strong polar metal-oxygen bonds, forming a rigid crystal lattice suitable for reversible Zn²⁺ intercalation/deintercalation. This study introduces a novel Co@Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄-RGO composite as a high-performance cathode for zinc ion battery, synthesized via a facile co-precipitation method due to its simplicity, scalability, homogeneous mixing at the atomic scale, and particle composition and morphology control. The synergistic combination of Co-doped biphase Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄ nanoparticles encapsulated within a 3D reduced graphene oxide network enhances capacity, and electrical conductivity, facilitates ion diffusion, and improves structural stability. The optimized cathode delivers an impressive specific capacity of 215.32 mAh g⁻¹ at 1000 mA g⁻¹ and retains 74% of its initial capacity after 184 cycles. This work collectively highlights the potential of Co@Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄-RGO as a promising cathode material for high- performance zinc-ion batteries. Keywords: vanadium-based cathode, cobalt doping, reduced graphene oxide, zinc- ion battery. STATEMENT OF VALIDATION SYNERGISTIC EFFECTS OF Co -DOPED Zn₂V₂O₇/ZnV₂O₄ ENCAPSULATED IN RGO FOR ZINC-ION BATTERY CATHODE Proposed by PILAR BELA PERSADA Student ID: 23723001 (Master's Program in Material Science and Technology) Approved on: August 16, 2024 Main Supervisor Afriyanti Sumboja, Ph.D. NOPEG. 118110097.