Perpustakaan Digital ITB

Transformasi dalam lanskap energi global, yang dipicu oleh peningkatan permintaan energi bersih dan masalah lingkungan, mendorong perlunya peralihan ke sumber energi terbarukan dan energi tanpa emisi karbon (netral karbon). Salah satu solusi potensial untuk menghasilkan energi terbarukan adalah dengan mengkonversi air menjadi gas hidrogen secara elektrokimia. Hidrogen memiliki kepadatan energi tinggi dan penggunaanya menghasilkan emisi karbon nol. Tantangan utama pada proses elektrolisis air terletak pada reaksi evolusi oksigen di anoda (oxygen evolution reaction, OER) yang memerlukan material katalis yang efisien dengan overpotensial rendah dan kinetika reaksi yang cepat. Paduan nikelbesi (NiFe) adalah salahsatu alternatif yang murah dengan ketersediaan tinggi, jika dibandingkan dengan katalis berbasis logam mulia. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, lapisan film tipis paduan NiFe disintesis melalui metode elektrolisis, dengan tujuan untuk mengoptimalkan proses elektrodeposisi paduan NiFe serta memetakan pengaruh parameter proses terhadap kinerja OER. Penelitian ini menggunakan metode respon permukaan (response surface method, RSM) untuk memahami pengaruh interaksi antarparameter terhadap efisiensi NiFe sebagai katalis OER dan memperoleh kondisi optimal yang menghasilkan performa katalis OER paling baik. Serangkaian percobaan dilakukan untuk menyelidiki pengaruh berbagai variabel proses pada sintesis paduan NiFe melalui metode elektrodeposisi, yang meliputi rasio molar ion nikel terhadap ion besi ([Ni2+]/[Fe2+ ] = 0,32 – 3), kerapatan arus (i = 1,96 – 12,05 mA/cm2), dan temperatur (T = 28 - 62 °C) terhadap kinerja elektrokatalitik NiFe dalam reaksi OER. Percobaan dimulai dengan perancangan eksperimen menggunakan metode Central Composite Design (CCD) untuk memodelkan hubungan kompleks antar variabel dalam percobaan yang dirancang. Selanjutnya, dilakukan persiapan katoda, diikuti oleh proses elektrodeposisi dengan variasi parameter yang telah ditentukan. Pengujian elektrokimia menggunakan tiga elektroda dalam larutan elektrolit kalium hidroksida 1 molar (KOH 1 M) dilakukan untuk mendapatkan data Linear Sweep Voltammetry (LSV) dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Data yang diperoleh kemudian diolah menggunakan perangkat lunak ZView4 dan Microsoft Excel untuk menghitung nilai overpotensial dan kemiringan Tafel, yang berfungsi sebagai input untuk analisis lebih lanjut menggunakan Minitab versi 21 dalam menentukan kondisi optimum percobaan. Analisis ini bertujuan untuk memprediksi kondisi optimum yang menghasilkan lapisan paduan NiFe dengan kinerja elektrokatalitik terbaik. Setelah prediksi kondisi optimum ditentukan, uji konfirmasi dilakukan untuk memverifikasi hasil prediksi tersebut. Deposit yang dihasilkan dari kombinasi parameter yang terkonfirmasi diuji stabilitas dinamisnya menggunakan Cyclic Voltammetry (CV) dan uji stabilitas kondisi tunaknya menggunakan Chronoamperometry (CP). Tujuannya adalah memastikan kestabilan aktivitas katalitik pada reaksi OER pada berbagai kondisi operasi dan selama siklus perubahan berulang dalam jangka waktu tertentu. Deposit NiFe yang menunjukkan aktivitas elektrokatalitik terbaik dan stabilitas yang memadai kemudian dikarakterisasi menggunakan Difraksi Sinar-X (X-Ray Diffraction, XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (FESEM-EDS), dan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS) untuk analisis mendalam terhadap karakteristik lapisan tipis NiFe yang disintesis dalam kondisi optimal. Kombinasi optimal dari variabel proses ditemukan pada kerapatan arus 8,58 mA/cm², temperatur 39 °C, dan rasio konsentrasi ion nikel terhadap ion besi sebesar 1,88. Pada kondisi ini, prediksi nilai overpotensial yang diperoleh adalah 219,54 mV dengan kemiringan Tafel 75,23 mV/dekade. Deposit yang dihasilkan melalui elektrodeposisi pada kondisi tersebut berupa kristal Taenite (?- (Ni53,6 Fe46,4)) dengan morfologi dendritik. Nilai overpotensial dan kemiringan Tafel hasil pengukuran, masing-masing 174,7 mV dan 35,19 mV/dekade, berada dalam rentang interval prediksi dimana hal ini menegaskan bahwa kombinasi yang direkomendasikan telah terkonfirmasi sebagai titik optimal. Selain memiliki aktivitas elektrokatalis yang unggul, deposit tersebut juga menunjukkan kemampuan untuk mempertahankan kinerja yang stabil selama proses OER dalam kondisi tunak, dengan laju degradasi overpotensial sebesar 0,8 mV/jam pada 10 mA/cm2 selama 20 jam. Analisis statistika lebih lanjut menunjukkan bahwa parameter proses sintesis NiFe yang paling berpengaruh terhadap aktivitas elektrokatalitik NiFe dalam reaksi OER adalah rasio [Ni²?]/[Fe²?] dan temperatur. Dengan menggunakan plot kontur dan plot permukaan, teridentifikasi rentangrentang variabel proses yang memiliki potensi untuk menghasilkan kinerja optimal katalis NiFe. Temuan-temuan dalam penelitian ini diharapkan dapat memberikan panduan yang berharga untuk pengembangan katalis berbasis NiFe yang berkinerja tinggi untuk aplikasi konversi energi, khususnya pada pengembangan teknologi elektrolisis air yang efisien.