Perpustakaan Digital ITB

Penelitian hard carbon (HC) sebagai anode baterai ion sodium berkembang semakin pesat karena HC memiliki kapasitas jenis yang tinggi, bahan baku berlimpah, mudah disintesis, tegangan kerja mendekati 0 V, konduktivitas elektronik tinggi, dan ramah lingkungan. Anode HC umumnya dibuat dengan mencampurkan partikel HC, karbon konduktif dan bahan pengikat polyvinylidene fluoride (PVDF) kemudian dilapiskan pada substrat Al. Namun dalam aplikasinya, PVDF memiliki beberapa kelemahan yaitu yaitu bereaksi secara parsial dengan elektrolit, menghasilkan solid electrolyte interphase (SEI) yang tidak stabil, tidak dapat menahan perubahan volume HC saat charge-discharge sehingga terjadi delaminasi dari substrat Al, kehilangan konduktivitas elektronik, dan memperpendek siklus hidup anode HC. Selain itu PVDF memerlukan pelarut N-metyl pyrrolidone (NMP) yang beracun. Untuk mengatasi masalah tersebut, dipilih kitosan berpenguat naoselulosa sebagai bahan pengikat sekaligus substrat untuk HC karena memiliki gugus fungsi ?OH dan ?NH2 yang dapat memperbaiki adhesi, kekuatan mekanik dan meningkatkan kinerja anode HC. Dalam penelitian ini, material HC diintegrasikan dalam substrat kitosan (Ki) berpenguat nanoselulosa (NS) menggunakan metode water based-solution casting, menghasilkan free-standing hard carbon anode (HC_NS-Ki). Pengaruh konsentrasi NS terhadap karakteristik anode HC_NS-Ki diobservasi pada rentang 0 – 50% (b/b). Hasil penelitian menunjukkan HC terikat dengan baik pada substrat NS-Ki dan memiliki morfologi permukaan yang unik dan berpori. Pada rentang konsentrasi NS 0 ? 10% (b/b), anode HC_NS-Ki menunjukkan karakteristik yang baik yaitu regangan > 5%, resistansi transfer muatan yang rendah, dan bersifat lyophilic terhadap elektrolit. Selanjutnya, sifat dan kinerja elektrokimia anode HC_NS-Ki dianalisis melalui cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy dan galvanostatic charge-discharge untuk mempelajari pengaruh NS pada konsentrasi 0 – 10%(b/b). Hasil penelitian menunjukkan konsentrasi NS berpengaruh secara signifikan terhadap resistansi, kapasitas jenis, stabilitas SEI dan stabilitas siklus charge-discharge anode HC_NS-Ki.. Anode HC_NS-Ki mendemonstrasikan kinerja elektrokimia terbaik pada konsentrasi NS 6%, direpresentasikan dengan initial discharge capacity 285 mAh/g, irreversible capacity 18% dan reversible capacity 244 mAh/g pada densitas arus 25 mA/g selama 5 siklus. Selain itu, anode tersebut menunjukkan stabilitas yang baik selama siklus charge-discharge, yaitu kapasitas retensi mencapai 67% pada 50 siklus pertama dan 82% pada 50 siklus berikutnya. Koefisien difusi Na+ pun meningkat dari 4,81 × 10?14 cm2/s menjadi 3,96 × 10?10 cm2/s setelah 100 siklus. Pada laju pindai 0,2 mV/s, kontribusi kapasitas jenis dihasilkan dari 66% proses difusi dan 34% proses pseudokapasitif. Adanya gugus fungsi ?OH dan ?NH2 pada substrat NS-Ki memberikan efek pseudokapasitif terhadap HC. Dapat disimpulkan bahwa Ki yang diperkuat 6% NS bersinergi dalam meningkatkan kinerja elektrokimia HC melalui kontribusi gugus fungsi ?NH2 dan ?OH. Integrasi HC dalam substrat NS-Ki dapat menghasilkan free-standing HC anode yang fleksibel dengan kinerja elektrokimia yang unggul.