Perpustakaan Digital ITB

Pengembangan perangkat penyimpanan energi terus dibutuhkan untuk mendukung peningkatan efisiensi energi. Beberapa perangkat belum dapat digunakan untuk mengatasi masalah energi dan penyimpanan daya dalam jumlah besar. Salah satu perangkat yang bisa menjadi pilihan untuk mengatasi masalah tersebut adalah superkapasitor. Berbagai kandidat kelompok material untuk superkapasitor telah banyak diteliti seperti material berbasis karbon, logam transisi nitrida, dan logam transisi oksida. Material tersebut memiliki kekurangan berupa kapasitansi yang cukup rendah, konduktivitas rendah, dan proses sintesisnya yang cukup sulit. Logam transisi sulfida (TMS) memiliki kapasitas penyimpanan yang tinggi, konduktivitas yang tinggi, proses sintesis yang mudah, dan murah sehingga cocok digunakan untuk elektroda superkapasitor. Material tembaga sulfida (CuS) sebagai salah satu TMS memiliki stabilitas kimia yang baik, konduktivitas elektronik yang baik, harga yang murah, ketersediaan yang melimpah, dan memiliki kapasitansi teoritis yang tinggi. Metode sintesis dan fabrikasi yang digunakan akan mempengaruhi performa superkapasitor yang dihasilkan. Selain itu, penambahan material TMS lain dapat mempengaruhi sifat elektrokimia. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan material CuNiS quantum dots yang disintesis menggunakan metode hot-injection untuk aplikasi superkapasitor, serta mengoptimasi metode deposisi lapisan tipis CuS quantum dots sebagai model untuk mendapatkan performa kapasitansi yang tinggi. Penelitian ini diawali dengan optimasi deposisi lapisan tipis CuS quantum dots sebagai model, sehingga CuS quantum dots disintesis menggunakan metode hot-injection. Selanjutnya, pengembangan CuNiS disintesis dengan metode yang sama dan menggunakan teknik deposisi yang telah dioptimasi pada optimasi deposisi lapisan tipis CuS quantum dots. Metode sintesis hot-injection dipilih karena memiliki kelebihan pada waktu sintesis yang singkat, kebutuhan energi dan temperatur yang tidak terlalu tinggi, berbiaya rendah dan tahapan sintesis yang sederhana untuk dapat menghasilkan ukuran nano. Pada proses sintesis juga digunakan polyvinylpyrrolidone (PVP) sebagai capping agent yang menstabilkan pertumbuhan partikel dan melindungi partikel dari aglomerasi ataupun kehilangan sifat permukaannya. Proses sintesis CuS dilakukan dengan memberikan perbandingan mol Cu dan S sebesar 1:1. Berdasarkan hasil karakterisasi XRD, hasil sintesis CuS menunjukkan adanya kemiripan puncak-puncak difraksi dengan referensi (PDF 78-0877). Oleh karena itu, struktur CuS yang terbentuk dari sintesis menggunakan metode hot-injection adalah heksagonal covellite. Karakterisasi TEM menunjukkan ukuran partikel CuS yang terbentuk sebesar 3,5±0,29 nm sehingga CuS yang terbentuk dapat dikatakan sebagai material quantum dots. Optimasi terhadap fabrikasi elektroda dilakukan dengan beberapa variasi, yaitu variasi substrat yang digunakan (nickel foam dan stainless steel), binder beserta pelarutnya (PVDF+NMP dan PVP+ethanol), metode deposisi (dip coating dan drop casting), dan konsentrasi slurry yang diberikan (6,2 mg/mL dan 11,11 mg/mL). Hasil karakterisasi cyclic voltammetry (CV) menunjukkan bahwa elektroda CuS yang difabrikasi menggunakan substrat nickel foam, PVDF+NMP, metode drop casting, dan dengan konsentrasi slurry sebesar 11,11 mg/mL memiliki performa yang optimal. Dengan demikian, sintesis nanopartikel CuS dengan metode hot-injection menghasilkan CuS dengan struktur heksagonal covellite dan gugus fungsi P63/mmc (#194). Dengan material yang telah yang diperoleh dan optimasi yang telah dilakukan, diperoleh elektroda CuS dengan kapasitansi yang tinggi hingga 180 F/g pada potensial -0,2 hingga -1,1. Hasil pengukuran GCD juga menunjukkan kapasitas spesifik yang diperoleh dari elektroda ini mencapai 205,5 C/g dengan kapasitas retensi setelah 500 siklus sebesar 98,89%. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa CuS yang telah dibuat sudah cukup baik untuk dijadikan sebagai elektroda superkapasitor dengan kapasitansi tinggi dan stabilitas siklus yang baik. Selain itu, pengembangan superkapasitor CuNiS juga dilakukan sehingga diperoleh kurva CV dengan puncak redoks yang baru dan luas area di dalam kurva yang lebih besar sehingga kapasitansi yang diperoleh juga lebih besar, yaitu 210,09 F/g. Dengan demikian, pengembangan superkapasitor CuNiS telah terbukti memiliki kapasitansi 15% lebih tinggi dari kapasitansi CuS.