Perpustakaan Digital ITB

Grafena merupakan material penyusun grafit yang banyak dipelajari karena memiliki sifat-sifat menarik antara lain konduktivitas listrik tinggi, luar permukaan besar, fleksibilitas yang tinggi, dan transparansi yang baik. Luas permukaan yang besar dan konduktivitas listrik tinggi membuat grafena menjadi salah satu kandidat untuk diaplikasikan sebagai elektroda superkapasitor. Pengelupasan elektrokimia grafit merupakan salah satu metode yang menjanjikan untuk fabrikasi grafena karena memiliki beberapa kelebihan seperti prosesnya yang mudah, murah, tidak memerlukan pelengkapan yang rumit, dan relatif ramah lingkungan. Grafena yang dihasilkan melalui proses ini sering disebut kelupasan grafit. Beberapa penelitian melaporkan bahwa kapasitansi spesifik grafena yang diperoleh dari proses ini menunjukkan kapasitansi spesifik yang rendah. Kapasitansi spesifik superkapasitor dapat ditingkatkan melalui fungsionalisasi grafena atau kelupasan grafit dengan gugus fungsi yang mengandung oksigen. Namun, semakin banyak kandungan oksigen akan menyebabkan kapasitansi spesifik menurun akibat konduktivitas listrik elektroda yang rendah. Oleh karena itu, perlu dilakukan optimasi kandungan oksigen dan konduktivitas listrik material aktif elektroda. Pada penelitian ini dilakukan pemrosesan awal berupa perendaman prekursor grafit pada campuran H2SO4 (asam sulfat)/H2O2 (hidrogen peroksida) sebelum dilakukan pengelupasan elektrokimia untuk mengontrol tingkat oksidasi sampel dan meningkatkan sifat elektrokimia kelupasan grafit. Parameter yang divariasikan dalam perendaman yaitu fraksi volume campuran H2SO4/H2O2 dan waktu perendaman. Perendaman grafit pada campuran H2SO4/H2O2 sebelum proses pengelupasan elektrokimia dapat menyebabkan ekspansi prekursor lembaran grafit. Semakin banyak jumlah H2O2 dan semakin lama waktu perendaman akan membuat ekspansi lembaran grafit semakin masif. Semakin masif ekspansi lembaran grafit mengakibatkan proses pengelupasan elektrokimia berlangsung semakin cepat. Hasil karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) telah menunjukkan terbentuknya kelupasan grafit melalui pelebaran dan penurunan intensitas puncak bidang grafitik (002) jika dibandingkan dengan prekursor grafit. Hasil spektroskopi Raman menunjukkan bahwa tingkat cacat kristal menurun jika perendaman dilakukan pada campuran H2SO4/H2O2 yang mengandung jumlah H2O2 lebih banyak. Melalui ii spektroskopi Raman dan citra Scanning Electron Microscopy (SEM) dapat juga diperoleh bahwa pengelupasan paling optimum dihasilkan pada sampel yang mengalami perendaman pada H2SO4/H2O2 95:5 vol% selama 3 menit yang mengindikasikan terbentuknya beberapa lapis grafena. Perendaman grafit juga mempengaruhi tingkat oksidasi kelupasan grafit yang dihasilkan. Hasil karakterisasi Fourier Transform Infrared (FTIR) dan spektroskopi Energy Dispersive X-Ray (EDX) mengonfirmasi bahwa sampel kelupasan grafit memiliki kandungan oksigen lebih sedikit jika perendaman dilakukan pada campuran H2SO4/H2O2 yang memiliki kandungan H2O2 lebih banyak. Hal tersebut diduga disebabkan oleh waktu proses elektrokimia yang semakin cepat jika kandungan H2O2 pada campuran H2SO4/H2O2 lebih banyak. Waktu yang lebih cepat diakibatkan oleh terjadinya ekspansi dan interkalasi air pada lembaran grafit akibat perendaman pada campuran H2SO4/H2O2. Selain itu, melalui variasi waktu dapat diperoleh jika tingkat oksidasi sampel menurun hingga perendaman selama 3 menit dan kemudian meningkat kembali jika perendaman dilakukan selama 5 menit. Hasil tersebut mengindikasikan bahwa tingkat oksidasi kelupasan grafit dapat dikontrol melalui perendaman prekursor grafit pada variasi fraksi volume campuran H2SO4/H2O2 maupun variasi waktu. Semakin besar jumlah volume H2O2 yang digunakan untuk perendaman mengakibatkan konduktivitas listrik sampel menjadi lebih tinggi. Sementara itu, optimasi waktu perendaman menggunakan komposisi H2SO4/H2O2 yang menghasilkan pengelupasan optimum (H2SO4/H2O2 95:5 vol%) menunjukkan bahwa konduktivitas listrik tertinggi diperoleh dari perendaman selama 3 menit. Hasil karakterisasi Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) menandakan bahwa hambatan transfer muatan (Rct) terendah diperoleh dari sampel yang memiliki konduktivitas listrik tertinggi. Semakin rendah nilai Rct akan mengakibatkan sifat kapasitif material menjadi lebih ideal. Melalui karakterisasi Cyclic Voltammetry (CV) diperoleh bahwa sampel yang diperoleh melalui perendaman pada H2SO4/H2O2 menunjukkan sifat sebagai superkapasitor lapis rangkap listrik atau EDLC. Nilai kapasitansi spesifik tertinggi diperoleh pada sampel KG-3 95:5 vol% yaitu 68,59 F/g. Nilai ini lebih tinggi 34% dari sampel yang diperoleh dari perendaman tanpa penambahan H2O2. Sifat kapasitif sampel tersebut dapat dipertahankan hingga rentang tegangan 1,5 V sehingga berpotensi untuk diaplikasikan sebagai superkapasitor bertegangan kerja tinggi menggunakan elektrolit berbasis air. Metode yang dilakukan pada penelitian ini menawarkan proses yang berbiaya relatif murah, ramah lingkungan, dan cepat untuk menghasilkan material aktif elektroda superkapasitor.