Perpustakaan Digital ITB

Superkapasitor merupakan salah satu perangkat penyimpanan energi yang paling dominan dibandingkan perangkat lainnya karena memiliki keunggulan seperti proses pengisian/pengosongan yang cepat, siklus hidup yang panjang, dan densitas daya yang tinggi. Namun, superkapasitor masih menunjukkan densitas energi yang relatif rendah dibandingkan baterai atau sel bahan bakar, sehingga perlu dilakukan optimalisasi lebih lanjut. Salah satu pendekatan yang menjanjikan adalah pengembangan superkapasitor asimetrik (asymmetric supercapacitor, ASC), yang terdiri dari elektroda tipe electric double-layer capacitor (EDLC) dan elektroda tipe baterai. Konfigurasi ini tidak hanya mampu menunjukkan densitas daya yang tinggi, tetapi juga memungkinkan peningkatan densitas energi. Secara teoritis, peningkatan ini dipengaruhi oleh adanya reaksi redoks reversibel dari material aktif pada elektroda tipe baterai. Di antara berbagai material tipe baterai, senyawa berbasis logam nikel telah banyak diteliti dalam skala laboratorium maupun aplikasi industri. Salah satu material yang paling banyak dikembangkan adalah nikel oksida (NiO) karena memiliki kapasitansi teoritis yang relatif tinggi dibandingkan logam oksida lainnya. Akan tetapi, NiO memiliki konduktivitas listrik dan elektronik yang rendah dan menjadi kendala utama dalam penggunaannya secara praktis sebagai material elektroda superkapasitor. Sebagai alternatif, selenium (Se) yang berada dalam golongan yang sama dengan oksigen (O) dengan elektronegativitas yang lebih rendah dapat membentuk senyawa nikel selenida. Senyawa ini secara signifikan menunjukkan peningkatan konduktivitas sehingga menjadikannya sebagai kandidat yang menjanjikan untuk meningkatkan kinerja superkapasitor. Disertasi ini secara komprehensif memaparkan penelitian yang terbagi ke dalam dua bab utama. Pada bab pertama, NiO ditumbuhkan secara langsung pada nikel foam dengan sodium dodecyl sulfate sebagai surfaktan melalui metode hidrotermal diikuti proses kalsinasi. Berdasarkan hasil analisis data, peningkatan prekursor nickel (II) nitrate hexahydrate (1, 2, 3, dan 4 mmol) mengakibatkan terjadinya perubahan morfologi dari struktur 2D flakes-like menjadi 3D rambutans-like. Elektroda NiO 4 mmol menunjukkan kinerja elektrokimia tertinggi dengan kapasitas areal sebesar 723 mC cm-2 (547,73 F g-1) pada 0,5 mA cm-2. Elektroda NiO 4 mmol juga memperlihatkan retensi kapasitansi yang luar biasa sebesar dari kapasitansi awal setelah 10.000 siklus pada 50 mA cm-2 dalam 2 M KOH. Dalam pengujian dua-elektroda, ASC (NiO 4 mmol//AC) menunjukkan kapasitansi spesifik sebesar 64,79 F g-1 pada 1 A g-1 dengan densitas energi sebesar 17,63 Wh kg-1 pada 700 W kg-1. Pada bab kedua, Ni@N-doped karbon turunan MOF-74 yang termodifikasi polimorf nikel selenida (NiSe/NiSe2) ditumbuhkan secara langsung pada nikel foam melalui beberapa tahapan diantaranya solvotermal, karbonisasi, dan hidrotermal. Berdasarkan hasil analisis data, Ni MOF-74 yang dikarbonisasi di bawah atmosfer nitrogen menghasilkan pembentukan Ni@N-doped karbon yang menawarkan situs aktif yang melimpah untuk pertumbuhan kristal nikel selenida dan peningkatan reaksi redoks reversibel. Elektroda NC@NSP menunjukkan kapasitansi areal tertinggi sebesar 15,23 F cm-2 pada 6 mA cm-2 dengan retensi kapasitansi sebesar 71,42% dari kapasitansi awal setelah 2.000 siklus pada 30 mA cm-2 dalam 2 M KOH. Lebih lanjut, ASC (NC@NSP//AC) mampu menghasilkan kapasitas areal yang luar biasa sebesar 1.525 mF cm-2 pada 3 mA cm-2 dengan densitas energi areal maksimum sebesar 0,476 mWh cm-2 pada 2,25 mW cm-2. Kedua penelitian tersebut berfokus pada peningkatan konduktivitas dan kinerja elektrokimia material yang diharapkan dapat mengatasi keterbatasannya dalam penerapannya sebagai elektroda tipe baterai pada superkapasitor asimetrik.