loading...

Manfaat Batok Kelapa dalam Industri Super Kapasitor Sebagai Elektroda Fleksibel



Abstrak. Telah berhasil dibuat fleksibel karbon aktif untuk aplikasinya sebagai elektroda superkapasitor yang berbahan dasar limbah tempurung kelapa yang diproduksi oleh petani lokal. Peningkatan sifat fisik dan elektrokimia karbon tempurung kelapa telah dilakukan dengan aktivasi kimia menggunakan KOH dan radiasi gelombang mikro. Elektroda karbon aktif fleksibel diproduksi dengan metode penyemprotan. Sifat fisik dan elektrokimia yang diuji adalah luas permukaan spesifik dan kapasitansi spesifik. Permukaan luas dan kapasitansi optimal diperoleh dari elektroda karbon fleksibel yang terbuat dari karbon berbasis tempurung kelapa masing-masing adalah 194,429 m2/g dan 10,55 F/g. 


Resume:

Elektroda pada perangkat adalah komponen utama yang menentukan jumlah energi dan daya yang dapat disimpan dalam sel superkapasitor. Mencari elektroda yang unggul masih berlangsung sampai sekarang, salah satu caranya adalah dengan memilih bahan baku dasar yang dapat dikembangkan menjadi berbagai bentuk dan modifikasi pori-pori untuk elektroda karbon. Bahan karbon menarik untuk dipelajari karena keuntungan dari beberapa sifat seperti ketersediaan bahan yang melimpah, harga murah, pori-pori mudah dikendalikan dan stabil dalam karakteristik fisik dan kimia. Beberapa bahan karbon dihasilkan dari limbah pertanian. Bahan limbah berbasis kelapa, seperti tempurungnya yang telah dipelajari kompatibilitasnya sebagai elektroda karbon untuk aplikasi superkapasitor.

Proses produksi karbon aktif dimulai dengan proses penghancuran CSC melalui teknik penggilingan manual untuk menghasilkan ukuran butir kecil 0,5 mm. Butiran CSC dilanjutkan dengan proses ball milling selama 20 jam untuk menghasilkan ukuran butiran yang lebih halus yaitu pada kisaran 50-100 mm. Selanjutnya, CSC diaktifkan dengan aktivasi kimia menggunakan KOH sebagai agen pengaktif dengan komposisi 1: 3, 1: 4 dan 1: 5 dalam rasio berat. Perbedaan komposisi karbon dan KOH menghasilkan sampel yang berbeda dan diberi label sebagai A1, A2 dan A3 untuk 1: 3, 1: 4 dan 1; 5, masing-masing, prosedur yang sama telah dilaporkan sebelumnya. Langkah selanjutnya dari setiap sampel diiradiasi menggunakan gelombang mikro yang dipancarkan pada daya 600 watt selama 20 menit. Selanjutnya Langkah terakhir dalam persiapan karbon aktif dicuci menggunakan air suling dan dikeringkan untuk mendapatkan karbon aktif tempurung kelapa bubuk (ACSC).

Super sel kapasitor dibangun dengan menggunakan beberapa komponen seperti: sepasang pengumpul arus Stainless Steel, pemisah menggunakan kertas whatman filter, sepasang elektroda ACSC, dan 1 M H2SO4 sebagai elektrolit. Proses produksi elektroda karbon aktif meliputi beberapa langkah: pertama, bubuk karbon aktif direndam ke dalam larutan 1 M H2SO4 selama 2x24 jam. Selanjutnya larutan elektrolit dan ACSC disemprotkan pada satu sisi pemisah dengan jarak 15 cm dan jumlah semprotan 3 kali. Penyemprotan elektroda karbon dilakukan pada tekanan 8 kg / cm2. Lembaran karbon kemudian dikeringkan pada suhu 65˚C selama 5 menit. Proses yang sama kemudian diulangi di sisi lain pemisah. Tahap terakhir, elektroda dikeringkan lagi dan elektroda karbon fleksibel diperoleh dari ACSC berbasis tempurung kelapa. Selain itu, elektroda siap untuk difabrikasi menjadi sel superkapasitor untuk pemeriksaan.

Sifat fisik ACSC Fleksibel dilakukan pada morfologi permukaan dan sifat luas permukaan dikarakterisasi menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) menggunakan Hitachi S-3400N dengan perbesaran 10.000 kali. Luas permukaan ACSC diukur dengan penyerapan gas N2 menggunakan Instrumen Nova Station B pada suhu 77 K. Sifat elektrokimia pada Sel superkapacitor yang digunakan yakni menggunakan voltametri Cyclic (CV) menggunakan instrumen buatan tangan UR RAD-ER 5841 yang telah dikalibrasi. Jendela potensial untuk pengukuran CV dari 0 V hingga 0,5 V dengan kecepatan pindai 1 mV / s dan dikendalikan oleh perangkat lunak dalam C ++.

Mikrograf SEM menunjukkan perbedaan warna gelap dan terang. Perbedaan tingkat kecerahan gambar morfologi SEM dapat menunjukkan perbedaan dalam sifat pori-pori dalam partikel ACSC. Berdasarkan Gambar 2, Gambar 2b dan 2d yang merupakan sampel A3 dan A3 + R memiliki tingkat kecerahan tertinggi dan terendah. Perbedaan morfologi tingkat kecerahan memiliki relevansi dengan luas permukaan sampel.

Penggunaan aktivator KOH pada penelitian ini telah menghasilkan pori rata-rata dalam mikropori, ukuran pori pori dengan diameter ≤ 2 nm. Keberadaan pori-pori ini ditunjukkan oleh tingkat kecerahan SEM yang lebih morfologis. Peningkatan konsentrasi KOH dapat meningkatkan jumlah mikropori sehingga meningkatkan kecerahan mikrograf SEM. Kekuatan radiasi gelombang mikro menghasilkan lebih banyak mikrograf cahaya pada A1 + R dibandingkan dengan A1. Proses radiasi telah menghasilkan memperbesar pori-pori yang ada dan meningkatkan pembentukan mikropori baru
 Kepadatan arus dinyatakan untuk dua kondisi pengisian dan pengosongan. Data sampel untuk pengukuran karakteristik CV ditunjukkan pada Gambar 2. Area yang dibentuk oleh arus pengisian dan pengosongan telah menjadi faktor kunci dalam menentukan sifat kapasitansi. Kapasitasi spesifik (Csp) dari elektroda dapat dihitung dengan menggunakan rumus 1, di mana masing-masing Ic, Id, s dan m adalah: rapat arus kas, rapat arus keluaran, laju pindaian dan massa elektroda. Hasil lengkap dari muatan, pelepasan untuk seluruh elektroda sel superkapasitor ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1 menunjukkan bahwa elektroda A1 + R memiliki nilai terbaik Ic-Id. Berdasarkan rumus 1 ditunjukkan dengan jelas bahwa kapasitansi spesifik dipengaruhi oleh Ic-Id dan massa elektroda. Sampel A1 + R menunjukkan nilai tertinggi Ic-Id, hasil ini dapat dikaitkan bahwa sampel ini akan menghasilkan nilai kapasitansi spesifik tertinggi. Sebaliknya sampel A1 menunjukkan nilai Ic-Id terendah. Hasil ini menunjukkan bahwa radiasi gelombang mikro telah mengubah sifat pori sampel A1. Aliran proses pembentukan terjadi dalam superkapasitor lapisan ganda yang disebabkan oleh proses pembentukan lapisan ganda muatan antara ion dan elektron ke dalam pori-pori elektroda. Hasil ini jelas menunjukkan bahwa sampel A1 + R memiliki struktur pori yang mudah difusi oleh ion sehingga pasangan ion-elektron lebih terbentuk.

Kesimpulan :
Penelitian ini telah menunjukkan peluang penggunaan karbon dari tempurung kelapa sebagai elektroda karbon aktif yang fleksibel. Ketersediaan yang melimpah, harga murah dan mudah untuk diaktifkan adalah sifat-sifat baik dari karbon berbasis tempurung kelapa yang dapat diandalkan. Akhirnya, dapat disimpulkan bahwa penelitian ini telah membuka ruang dalam pemanfaatan bahan karbon dari tempurung kelapa sebagai kandidat potensial dalam produksi elektroda karbon aktif untuk aplikasi superkapasitor.

Tahun: 2017

DOI: - 
LihatTutupKomentar