Perpustakaan Digital ITB

Peningkatan kebutuhan energi secara umum mendorong perkembangan perangkat penyimpanan energi dengan kapasitas energi tinggi serta mampu mengalirkannya dalam jumlah besar dengan waktu yang singkat. Superkapasitor merupakan salah satu perangkat penyimpanan energi dengan prinsip penyimpanan muatan di permukaan yang mampu memberikan rapat daya yang jauh lebih besar dibandingkan baterai dan kestabilan siklus yang lebih baik. Pseudokapasitor, sebagai salah satu jenis superkapasitor, memanfaatkan prinsip reaksi redoks permukaan yang mampu memberikan kapasitansi yang lebih baik. Salah satu kelas material yang memiliki prinsip pseudokapasitor adalah logam transisi sulfida yang memiliki aktivitas redoks dan kestabilan reaksi yang tinggi, dengan nikel sulfida sebagai salah satu contoh material yang mampu mencapai kapasitansi tinggi. Di sisi lain, baterai ion Zink merupakan teknologi baterai yang berkembang akhir-akhir ini sebagai teknologi baterai yang lebih murah dan ramah lingkungan dimana logam transisi sulfida menjadi salah satu material yang sesuai untuk diaplikasikan sebagai katodenya. Sayangnya, konduktivitas material dengan penyimpanan berbasis redoks masih tergolong rendah sehingga performa kapasitansinya cenderung menurun pada arus tinggi dan jumlah siklus yang banyak. Nanostrukturisasi dan penambahan material konduktif diyakini mampu memperbaiki performa pseudokapasitor. Pada penelitian ini, material nikel sulfida sebagai pseudokapasitor dikompositkan dengan Carbon nanotube (CNT) menggunakan metode hot-injection untuk menunjukkan secara eksperimen pengaruh penambahan material konduktif dalam meningkatkan performa pseudokapasitor. Langkah pertama yang dilakukan adalah melakukan sintesis nikel sulfida tanpa penambahan CNT dan diinvestigasi struktur kristal dan sifat elektrokimianya. Hasil karakterisasi X-ray Diffraction (XRD) menunjukkan pembentukan fase campuran Ni3S2 dan NiO. Adapun hasil karakterisasi Cyclic Voltammetry (CV) dari sampel nikel sulfida yang dideposisi sebagai elektrode superkapasitor dan diukur dengan susunan three-electrode menunjukkan adanya reaksi redoks pada proses elektrokimia yang terjadi dan membuktikan sifat pseudokapasitansi pada nikel sulfida. Berdasarkan hasil karakterisasi Galvanostatic Charge-Discharge (GCD), diperoleh kapasitansi sampel nikel sulfida sebesar 794,06 F/g. Selanjutnya kami menambahkan CNT pada proses sintesis yang serupa dengan komposisi 10, 20, dan 30wt% untuk mengetahui komposisi optimal dari CNT yang kemudian dideposisi sebagai elektrode dan diuji pada susunan three-electrode. Hasil karakterisasi CV masih memperlihatkan adanya puncak redoks yang menunjukkan masih adanya kontribusi pseudokapasitansi pada sampel komposit NiS/CNT. Kemudian karakterisasi GCD menunjukkan bahwa komposisi NiS/CNT 20wt% menunjukkan waktu charging-discharging yang meningkat dan melalui perhitungan kapasitansi dibuktikan bahwa sampel tersebut memiliki kapasitansi yang paling tinggi di angka 1249,90 F/g dengan kestabilan siklus sebesar 94,14% pada rapat arus 3 A/g dan 1500 siklus. Karakterisasi EIS menunjukkan peningkatan kemudahan transfer muatan pada elektrode NiS seiring dengan penambahan CNT sebagai material konduktif. Sampel NiS/CNT 20wt% sebagai sampel dengan performa terbaik kemudian diuji bentuk strukturnya. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan keterlibatan karbon yang berasal dari CNT pada sampel, dibuktikan dengan kemunculan puncak (002) yang berasal dari karbon di samping puncak lainnya yang berpadanan dengan puncak Ni3S2 dan NiO. Adapun karakterisasi SEM menunjukkan bahwa sampel ini memiliki morfologi permukaan berbentuk corallike tak beraturan dengan dekorasi CNT pada sebagian permukaannya. Sebagai baterai ion Zink, katode NiS/CNT 20wt% ini mampu mencapai kapasitas spesifik sebesar 132,68 mAh/g, dengan rapat energi 204,20 Wh/kg pada rapat daya 1,89 W/kg. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, diperoleh hasil bahwa pemberian CNT secara umum mampu meningkatkan performa dari pseudokapasitor nikel sulfida. Hal ini ditunjukkan dengan peningkatan nilai kapasitansi yang diperoleh dengan peningkatan optimal dicapai oleh sampel NiS/CNT 20wt%. Sampel ini juga terbukti mampu diaplikasikan sebagai elektrode baterai ion Zink. Penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut dengan meinvestigasi mekanisme reaksi dengan karakterisasi yang lebih mutakhir serta mengembangkan sistem superkapasitor dan baterai ion Zink menjadi bentuk yang lebih aplikatif.