Pembuatan dan Karakterisasi Nanokomposit Karbon Berpori/Pani Sebagai Material Elektroda Superkapasitor

JENIE FAKHRI WIBOWO, Dr.-Ing Teguh Ariyanto, S.T., M.Eng., IPM. ; Ir. Imam Prasetyo M.Eng. Ph.D.

2023 | Tesis | MAGISTER TEKNIK KIMIA

Energi terbarukan mulai banyak dikembangkan seperti energi yang berasal dari surya, angin, dan geotermal dalam upaya mengurangi pemakaian energi fosil. Energi terbarukan tersebut dapat dikonversi menjadi energi listrik. Salah satu pengaplikasian energi listrik adalah pada kendaraan listrik. Energy storage system yang banyak digunakan pada kendaraan listrik adalah baterai. Meskipun baterai memiliki kapasitas penyimpanan energi yang lebih besar, baterai relatif lambat dalam proses charge-discharge. Hal ini menjadi suatu masalah ketika kebutuhan energi pada kendaraan listrik berfluktuasi. Untuk mengatasi permasalahan tersebut kendaraan listrik tidak hanya menggunakan baterai, tetapi dapat dilengkapi dengan superkapasitor. Superkapasitor merupakan tempat penyimpanan energi yang dapat mentransfer energi dalam jumlah banyak dengan waktu singkat dan memiliki life cycle lebih baik dibandingkan baterai. Salah satu faktor utama yang mempengaruhi kinerja superkapasitor adalah material dari elektroda. Tujuan penelitian ini adalah mencari alternatif material elektroda untuk meningkatkan kinerja dari superkapasitor. Material yang diteliti adalah nanokomposit polyaniline (PANI) dan karbon berpori yang terbuat dari biomassa dan polimer sintetis. Tahapan dari penelitian ini meliputi pembuatan karbon dari prekurosor polimer resorcinol-formaldehyde dan pluronic F127. Kemudian proses nanokomposit karbon berpori dan PANI dilakukan dengan cara in-situ polymerization. Selanjutnya dilakukan karakterisasi material yang akan diambil dari nanokomposit Karbon Berpori/PANI yaitu SEM, N2 sorption, FTIR, TGA, dan Konduktivitas Listrik. Uji kinerja nanokomposit material sebagai material elektroda dilakukan dengan metode three electrode system. Hasil karakterisasi khususnya N2 sorption, TGA, dan FTIR menunjukkan bahwa PANI terdeposit dalam permukaan karbon berpori. TGA menunjukkan karbon nanokomposit memiliki penurunan massa yang lebih besar jika dibandingkan dengan karbon murni. Hasil FTIR menunjukkan adanya gugus fungsi quinoid dan benzenoid di dalam material nanokomposit. Semantara itu hasil kapasitansi pada material nanokomposit RF-P/PANI 10% mencapai 712 F/g. Sebagai material pembanding dilakukan nanokomposit antara karbon C-PKS dan PANI dan menghasilkan nanokomposit C-PKS/PANI 10% dengan kapasitansi 235 F/g

The development of renewable energy, such as solar, wind, and geothermal energy, is an effort to reduce the use of fossil fuels. Renewable energy can be converted into electrical energy. One of the applications of electrical energy is in electric vehicles. Energy storage systems that are widely used in electric vehicles are batteries. Although batteries have a larger energy storage capacity, they are relatively slow in the charge-discharge process. When energy demand in electric vehicles fluctuates, the charge - discharge process becomes a problem. In order to overcome these problems, electric vehicles can utilize not only batteries but also equipped with supercapacitors. Supercapacitors are energy storage that can quickly transfer large amounts of energy and have a better life cycle than batteries. One of the main factors that determine the performance of supercapacitors is the material of the electrodes. The purpose of this research is to find alternative electrode materials to improve the performance of supercapacitors. The materials studied were nanocomposite polyaniline (PANI) and porous carbon made from biomass and synthetic polymers. This research's stages include preparing carbon from polymer precursors resorcinol-formaldehyde and pluronic F127. The process of nanocomposite porous carbon and PANI was carried out by in-situ polymerization. Furthermore, the material characterization that will be taken from the Porous Carbon/PANI nanocomposite is SEM, N2 sorption, FTIR, TGA, and Electrical Conductivity. The three-electrode system method carried out the performance test of nanocomposite material as electrode material. Characterization results, especially N2 sorption, TGA, and FTIR, showed that PANI was deposited on the porous carbon surface. TGA showed that nanocomposite carbon has a more significant mass loss when compared to pure carbon. FTIR results showed the presence of quinoid and benzenoid functional groups in the nanocomposite material. Meanwhile, the capacitance results on the RF-P/PANI 10% nanocomposite material reached 712 F/g. As a comparison material, a nanocomposite between C-PKS carbon and PANI was carried out and resulted in a C-PKS/PANI 10% nanocomposite with a capacitance of 235 F/g.

Kata Kunci : elektroda, karbon berpori, PANI, nanokomposit, superkapasitor