Perpustakaan Digital ITB

Peralihan menuju energi bersih menggunakan sumber energi dari alam menemukan kendala pada sifatnya yang intermiten, sedangkan kebutuhan energi terus meningkat menuntut adanya penggunaan perangkat penyimpanan energi yang memiliki kapasitas besar, mampu memasok dan mengalirkan daya dalam jumlah besar dan dalam waktu yang singkat. Superkapasitor menjadi salah satu pilihan karena rapat dayanya tinggi, jumlah siklus pengisian dan pengosongan yang sangat banyak sehingga waktu pemakaiannya lebih panjang dibandingkan baterai. Salah satu jenis superkapasitor yang memiliki rapat energi yang tinggi adalah asymmetic supercapacitor (ASC). Namun, beberapa ASC masih belum optimal karena performa elektroda negatifnya yang memiliki performa yang masih rendah dibanding elektroda positifnya. Salah satu kandidat material yang memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai elektroda negatif adalah tembaga sulfida (CuS) karena memiliki stabilitas kimia yang baik, konduktivitas elektronik yang baik, harga yang murah, ketersediaan yang melimpah, dan memiliki kapasitansi teoritis yang tinggi. Meskipun demikian, TMS monometalik seperti CuS memiliki kendala pada stabilitas struktur yang lemah, konduktivitas listrik intrinsik yang rendah, dan kapasitas yang lebih rendah. Oleh sebab itu, performa CuS masih perlu untuk ditingkatkan. Metode sintesis CuS yang ada saat ini juga masih memerlukan waktu yang cukup panjang sehingga diperlukan metode sintesis yang lebih efektif dan bisa digunakan untuk mensintesis material lainnya untuk menjadi satu sel superkapasitor. Pada penelitian ini, kami melakukan sintesis CuS menggunakan metode hotinjection dengan waktu yang lebih efektif. Pemberian dopan Ni terhadap CuS dengan metode yang sama juga telah dilakukan agar diperoleh peningkatan performa elektroda negatif yang dihasilkan. Pada proses sintesis kami memvariasikan jumlah Ni (0n%, 10n%, 20n%, 30n%) yang ditambahkan ke dalam CuS (CuS:Ni) sehingga diperoleh nilai kapasitansi tertinggi pada jumlah dopan Ni 20n%. Berdasarkan karakterisasi elektrokimia, kapasitansi CuS yang semula 367,40 F/g menjadi 906,84 F/g pada 1 A/g setelah ditambahkan dopan Ni sebanyak 20n%. Dengan karakterisasi CV dan GCD, diperoleh bahwa elektroda ini termasuk pseudokapasitor tipe battery-like serta diperoleh bahwa mekanime penyimpanan muatan didominasi oleh reaksi faradaik yang dikontrol fenomena difusi. Karakterisasi XRD membuktikan bahwa material yang terbentuk merupakan CuS dengan struktur heksagonal covellite dan gugus fungsi P63/mmc (#194). Hasil XRD untuk CuS:Ni 20n% menunjukkan puncak difraksi yang sama tetapi mengalami sedikit pergeran ke sudut 2???? yang lebih tinggi, yang mengindikasikan jarak antar atomnya yang lebih kecil akibat kehadiran Ni. Hasil tersebut terkonfirmasi oleh karakterisasi SEM yang menunjukkan ukuran partikel CuS:Ni 20n% lebih kecil dibandingkan CuS. Morfologi yang terbentuk pada kedua sampel tersebut adalah microflower yang tersusun dari nanoflake yang saling bertautan. Didukung oleh sifat permukaan dari hasil karakterisasi BET, kedua material tersebut memiliki poripori closed-ended pores yang berbentuk tabung atau kerucut sebagaimana seperti pada celah antar nanoflake. Ukuran pori pada CuS:Ni 20n% lebih kecil daripada CuS sehingga menguatkan mekanisme yang terjadi penyimpanan muatan didominasi oleh reaksi faradaik yang dikontrol fenomena difusi dan adanya Ni dapat memperkaya reaksi yang terjadi. Selanjutnya, masing-masing elektroda negatif CuS dan CuS:Ni 20n% disusun menjadi sebuah ASC dengan menggunakan NiS sebagai elektroda positifnya yang disintesis dengan metode yang serupa. Elektroda negatif dari CuS:Ni 20n% secara konsisten menunjukkan performa yang lebih tinggi dibandingkan CuS. Hasil dari ASC NiS//CuS:Ni 20n% menunjukkan nilai rapat energi 61,97 Wh/kg pada rapat daya 517,85 W/kg. Dengan demikian, ASC NiS//CuS:Ni 20n% mampu bersaing dengan ASC yang memiliki kinerja tinggi lainnya, terutama di antara superkapasitor berbasis material CuS dan elektroda negatif CuS:Ni 20n% secara individu memiliki performa yang tinggi sehingga berpotensi dijadikan ASC menggunakan elektroda positif lainnya.