Perpustakaan Digital ITB

Superkapasitor merupakan inovasi dalam bidang penyimpanan energi yang memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan baterai biasa. Hingga saat ini, masih dilakukan penelitian untuk menemukan material ideal superkapasitor yang sesuai dengan kebutuhan. Dalam penelitian tersebut, digunakan tiga metode pengujian elektrokimia, yaitu Cyclic Voltammetry (CV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), dan Galvanostatic Charge-Discharge (GCD). Untuk melakukan ketiganya, diperlukan suatu perangkat bernama potensiostat/galvanostat. Akan tetapi, harga yang tinggi mengakibatkan terjadinya keterbatasan alat uji, sehingga penelitian material superkapasitor menjadi terhambat. Terlebih lagi pengujian Galvanostatic Charge-Discharge dapat memakan waktu yang sangat lama. Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah mengembangkan suatu sistem potensiostat/galvanostat multikanal untuk menjawab permasalahan antrian pengujian, dengan menyediakan opsi kanal lain sehingga dapat dilakukan lebih dari satu pengujian walau hanya terdapat satu perangkat. Digunakan dua kanal sebagai tahap awal pengembangan ini. Fitur dari potensiostat/galvanostat komersial juga disempitkan dan dibatasi pada pengujian Cyclic Voltammetry, Electrochemical Impedance Spectroscopy, dan Galvanostatic Charge-Discharge khusus untuk pengujian material superkapasitor. Dengan demikian, harga dari perangkat yang dikembangkan juga akan lebih ekonomis. Fokus pengerjaan Tugas Akhir pada penulisan ini adalah implementasi sub-sistem software dan pengolahan data untuk potensiostat/galvanostat multikanal yang akan dikembangkan. Peran dari kedua sub-sistem ini yaitu sebagai penghubung antara pengguna dengan perangkat, dengan menerima parameter pengujian dan instruksi dari pengguna, kemudian mengolahnya menjadi data kontrol dan mengirimkannya ke hardware. Pengolahan data yang dilakukan antara lain menerima data respon dari hardware, kemudian melakukan plotting untuk pengujian Cyclic Voltammetry dan Galvanostatic Charge-Discharge. Sementara pada Electrochemical Impedance Spectroscopy, dilakukan Fast Fourier-Transform (FFT) terlebih dahulu sebelum dilakukan plotting. Terdapat juga fitur tambahan Circuit Fitting pada pengujian EIS untuk mengetahui rangakaian ekuivalen dari data-data hasil pengujian. Selain visualisasi kurva, software juga dapat melakukan penyimpanan data hasil olahan pada memori lokal komputer pengguna. Pengerjaan software potensiostat/galvanostat multikanal ini dimulai dengan perancangan arsitektur berdasarkan separaty of concerns untuk memisahkan tanggung jawab dan memudahkan dalam perbaikan ke depannya. Dilanjutkan dengan pembelajaran mendalam mengenai pengolahan data masing-masing pengujian hingga dihasilkan kurva Potensial vs Arus untuk Cyclic Voltammetry, Bode Plot, Nyquist Plot, dan hasil Circuit Fitting untuk Electrochemical Impedance Spectroscopy, serta kurva Potensial vs Waktu untuk Galvanostatic Charge-Discharge. Implementasi software dilakukan dengan library PyQt5 menggunakan bahasa Python. Dalam memenuhi sifat software berupa event-based yang melakukan eksekusi berdasarkan interaksi, sinyal, dan timer, serta menghindari terjadinya pembekuan antarmuka dikarenakan pengolahan data yang berat untuk multikanal, diimplementasikan multithreading untuk memisahkan antara main thread (antarmuka) dengan worker thread (logika pengujian). Thread latar belakang juga digunakan untuk pengolahan data lebih lanjut seperti FFT dan Circuit Fitting pada EIS. Pada komunikasi dengan hardware, digunakan konversi tipe data dari integer menjadi string yang dikirimkan dengan format menyerupai JSON. Komunikasi diinisiasi dengan membentuk dua kelas yang berbeda untuk setiap kanal, sehingga pengiriman dan penerimaan data dapat dilakukan pada kedua kanal secara bersamaan walaupun hanya melalui satu port komputer. Dalam melakukan plotting hasil data olahan, digunakan library pyqtgraph yang menyediakan kemampuan real-time plotting dengan metode update and append, sehingga pembaruan kurva dapat dilakukan secara berkelanjutan. Penyimpanan data pada memori lokal diimplementasikan dengan memberikan format csv unik untuk tiap pengujian, yang akan menulis baris baru setiap bertambahnya data hasil olahan. Hasil implementasi software memberikan hasil yang cukup memuaskan dengan hampir seluruh spesifikasi teknis terpenuhi kecuali untuk uji ketahanan. Software sudah dapat melakukan ketiga pengujian mulai dari penerimaan parameter hingga ditampilkannya kurva. Hasil integrasi dengan hardware potensiostat/galvanostat multikanal juga memberikan hasil yang bagus dengan sudah berhasil melakukan pengujian Cyclic Voltammetry dan Galvanostatic Charge-Discharge pada material sesungguhnya, walaupun belum diujicobakan untuk pengujian Electrochemical Impedance Spectroscopy dan fitur multikanalnya. Pengujian lebih lanjut masih sangat dapat dilakukan untuk pengembangan potensiostat/galvanostat multikanal ini ke depannya.