Perpustakaan Digital ITB

Penyimpanan energi adalah salah satu terobosan besar dalam satu dekade terakhir dan menjadi salah satu solusi potensial untuk mengurangi dampak perubahan iklim dengan mewujudkan mobil listrik. Di antara berbagai material penyimpan energi, superkapasitor hadir sebagai salah satu perangkat penyimpan energi yang memiliki densitas energi yang tinggi bersamaan dengan densitas daya yang baik. Melalui mekanisme penyimpanan EDLC dan Pseudokapasitor, superkapasitor dapat diaplikasikan pada berbagai aplikasi yang memungkinkan perangkatperangkat tersebut dapat menggunakan sumber energi terbarukan. Performa dari superkapasitor sangat bergantung terhadap material elektrodanya. Nanopartikel, sebagai material dengan ukuran nano yang memiliki perbandingan luas permukaan dan volume yang tinggi, menawarkan potensi yang besar untuk dapat diaplikasikan sebagai material elektroda superkapasitor. Berbagai materialmaterial yang saat ini telah terbukti menghasilkan superkapasitor dengan performa baik di antaranya adalah Logam Transisi Sulfida (Transisi Metal Sulfida, TMS), MXene, Graphene, dan Metal Organic Framework (MOF). Namun demikian, perkembangan material TMS dengan ukuran nano belum banyak dilakukan dan terkendala berbagai masalah. Meningkatkan performa dari material tersebut dengan memberikan material konduktif, fungsionalisasi permukaan, dan asembli struktur adalah beberapa solusi yang dapat ditawarkan untuk dapat menyelesaikan permasalahan tersebut. Walaupun banyak usaha telah dilakukan untuk meningkatkan performa superkapasitor, nilai densitas energi dari superkapasitor saat ini masih harus ditingkatkan. Eksplorasi lebih jauh baik dari segi eksperimen ataupun simulasi dibutuhkan untuk menjawab permasalahan ini. Pada studi ini, kami mengombinasikan studi simulasi dari eksperimental untuk mendapatkan superkapasitor dengan rapat energi yang tinggi. Berbagai simulasi dilakukan untuk mendapatkan material ataupun mekanisme baru dalam meningkatkan superkapasitor, salah satunya melalui kapasitansi kuantum. Studi ab-initio memberikan panduan agar material superkapasitor yang disintesis dapat menghasilkan performa terbaik. Peran dopan pada superkapasitor dikupas secara lengkap dalam segi kapasitansi kuantum dan pseudokapasitansi. Dari segi eksperimen, proses sintesis material TMS telah terbukti berperan sangat penting untuk menghasilkan material TMS. Penelitian ini memberikan gambaran baru untuk melakukan penumbuhan material TMS secara langsung pada elektroda. Selain itu, penelitian ini juga menunjukkan bahwa struktur baru yang disebut sebagai struktur pori berhirarki dapat memanfaatkan potensi nanopartikel secara maksimal. Integritas struktur dan desain baru ini bermanfaat untuk nanopartikel karena dapat memaksimalkan luas area permukaan namun menjamin konduktivitasnya tetap baik. Secara keseluruhan, hasil yang didapatkan pada studi membuka cara baru dalam meningkatkan performa superkapasitor tidak hanya dengan cara memanfaatkan potensi dari nanopartikel secara seutuhnya, namun juga melalui mekanisme-mekanisme baru salah satunya kapasitas kuantum.