Perpustakaan Digital ITB

Penelitian ini secara umum bertujuan untuk mengembangkan superkapasitor dari karbon aktif termodifikasi berbasis biomassa dan elektrolit polimer gel. Sintesis karbon aktif termodifikasi nitrogen dan sulfur dari tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dilakukan melalui tahapan karbonisasi hidrotermal, impregnasi hydrochar dengan senyawa doping, dan aktivasi pirolisis. Karbonisasi hidrotermal TKKS dilakukan pada temperatur 275oC selama satu jam menggunakan agen aktivasi CaCl2 untuk menghasilkan hydrochar. Proses impregnasi hydrochar dilakukan menggunakan senyawa doping berupa urea, tiourea dan amonium persulfat selama dua jam. Aktivasi pirolisis dilakukan dengan gas CO2 dan N2 selama dua jam untuk menghasilkan karbon aktif termodifikasi. Rangkaian proses tersebut menghasilkan karbon aktif dengan kandungan kaya nitrogen sebesar 9,62—21,63% atom dan luas permukaan spesifik 445,18—677,44 m2/g. Kapasitansi sel superkapasitor tertinggi dengan nilai 43,22 F/g dalam elektrolit KOH 6 M dicapai dari material karbon dengan doping urea. Capacitance retention sel superkapasitor berbasis elekroda karbon aktif termodifikasi sebesar 98% pada 5000 siklus. Komposit nanokarbon disintesis untuk meningkatkan kinerja superkapasitor dari elektroda karbon aktif termodifikasi dengan menambahkan material acetylene black, carbon nanotube, dan graphene. Proses sintesis komposit nanokarbon dilakukan dengan mancampurkan (ball mixing) material selama tiga jam dan dilanjutkan dengan ultrasonikasi selama satu jam pada temperatur 60oC. Komposisi material komposit nanokarbon berpengaruh terhadap sifat fisik campuran dan kinerja superkapasitor. Penambahan nanokarbon pada karbon aktif termodifikasi meningkatkan konduktivitas material komposit dan kinerja sel superkapasitor. Kapasitansi dan rate capability sel superkapasitor meningkat masing-masing dari 43,22 F/g menjadi 57,3 F/g dan dari 71% menjadi 89%. Capacitance retention sel superkapasitor berbasis elekroda komposit nanokarbon sebesar 103% pada 5000 siklus. Polimer gel diaplikasikan sebagai elektrolit semi padat pada superkapasitor untuk mengatasi potensi kebocoran dan kebakaran dari penggunaan elektrolit cair KOH. Elektrolit polimer gel disintesis dari campuran polivinil alkohol (PVA) dan KOH dengan menambahkan mediator redoks berupa kalium iodida (KI), kalium klorida (KCl), dan hidrokuinon (HQ) untuk meningkatkan konduktivitas ioniknya. Proses sintesis dilakukan dengan pembuatan larutan polimer pada temperatur 80oC selama empat jam dan dilanjutkan proses pengeringan pada 45oC selama tiga hari. Nilai konduktivitas ionik tertinggi elektrolit polimer gel dengan mediator redoks KI, KCl, dan HQ masing-masing adalah 21, 26, dan 24 mS/cm. Mediator redoks KI mampu meningkatkan konduktivitas ionik polimer gel dan memberikan efek reaksi redoks sehingga meningkatkan kapasitansi pada sel superkasitor. Sel superkapasitor berbasis elektroda komposit nanokarbon dan elektrolit polimer gel dengan mediator redoks KI menghasilkan kapasitansi tertinggi 33,18 F/g dan capacitance retention sebesar 113% pada 5000 siklus. Model elektrokimia dan termal dengan nilai parameter fisik elektrolit polimer gel dan elektroda yang bersesuaian dapat digunakan untuk memprediksi perilaku elektrokimia dan termal sel superkapasitor. Simulasi termal modul superkapasitor yang tersusun atas 100 sel seri-paralel menunjukkan bahwa temperatur maksimum modul (35oC) masih di bawah temperatur operasi maksimum yang dipersyaratkan (T < 60oC). Dengan demikian, modul multisel superkapasitor tidak membutuhkan pendingin. Uji fungsi modul yang terdiri lima sel superkapasitor sebagai sumber energi listrik untuk penggerak motor listrik mini berfungsi dengan baik, yang menujukkan tegangan 6 V dan arus 0,75 A serta waktu discharge 500 detik.