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.