Pembuatan Lapisan Komposit rGO/TiO2 dan Penggunaannya sebagai Material Aktif Elektroda Superkapsitor
No Thumbnail Available
Date
2022-07-14
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Reduced graphene oxides (rGO) memiliki potensi yang besar sebagai material aktif elektroda superkapasitor karena memiliki luas permukaan tinggi dan konduktivitas elektronik tinggi. Namun, akibat pengurangan gugus oksigen pada proses reduksi, lembaran rGO cenderung mengalami agregasi sehingga dapat mengurangi luas permukaan. Selain itu, superkapasitor berbasis rGO memiliki energi spesifik rendah akibat keterbatasan aksesbilitas ion. Di lain pihak, superkapasitor yang menggunakan elektroda TiO2 memiliki kapasitansi spesifik dan densitas energi tinggi. Penambahan nanopartikel TiO2 pada permukaan rGO diharapkan dapat mengurangi agregasi permukaan rGO sehingga meningkatkan sifat kapasitif. Dalam penelitian ini, dibuat komposit rGO/TiO2 menggunakan proses hidrotermal dengan variasi penambahan %massa TiO2 sebesar 0%, 40%, 50%, 60%, dan 100% pada suhu 120oC selama 24 jam. Karakteristik bahan yang disintesis dilakukan menggunakan FTIR, spektroskopi Raman, SEM/EDS, spektroskopi UV-Vis, dan four-point probe. Film tipis komposit rGO/TiO2 yang dideposisi pada permukaan pelat nikel menggunakan teknik spray coating digunakan sebagai elektroda superkapasitor. Ada dua model divais superkapasitor yang dibuat, yaitu model sel dan model sandwich. Divais model sel terdiri dari sepasang elektroda simetris rGO/TiO2 dalam elektrolit 1M KCl yang dipisahkan pada jarak 0,2 cm. Model sandwich terdiri dari sepasang elektroda simetris rGO/TiO2 yang dipisahkan oleh separator yang mengandung elektrolit 1M KCl. Performa model divais superkapasitor diukur dengan menggunakan cyclic voltammetry (CV) dan electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Hasil pengukuran FTIR menunjukkan adanya ikatan Ti-O-C dan Ti-O-Ti pada bilangan gelombang masing-masing 798 cm-1 dan 954 cm-1 yang menunjukkan adanya interaksi antara TiO2 dan rGO. Hasil spektroskopi raman menunjukkan sampel komposit memiliki puncak pada raman shift 1350 cm-1 dan 1590 cm-1 yang berkaitan dengan pita D dan pita G yang terkait dengan adanya rGO dan adanya puncak pada raman shift 100 cm-1 – 700 cm-1 yang mengindikasi adanya fase campuran anatase dan rutile pada TiO2. Hasil SEM/EDS menunjukkan adanya nanopartikel TiO2 menempel pada lembaran rGO dengan persentase atomik C dan Ti masing-masing 62% dan 5%. Hasil spektroskopi UV-Vis menunjukkan adanya puncak absorbansi pada λ = 277 nm yang terkait dengan rGO dan puncak pada λ = 317,5 nm yang terkait dengan TiO2. Komposit rGO/TiO2 yang dibuat dengan proses hidrotermal memiliki band gap 3,17 eV (40% TiO2), 3,12 eV (50% TiO2), dan 3,09 eV (60% TiO2), yang lebih kecil dari band gap TiO2. Resistivitas sampel menurun seiring dengan penambahan %massa rGO mencapai 107,82 Ωm yang diikuti dengan kenaikan konduktivitas elektronik mencapai 9,28 x 10-3 S/m. Divais model sel yang dibuat memiliki kapasitansi spesifik, energi spesifik, dan daya spesifik optimum berturut-turut sebesar 83,41 F/g, 11,58 Wh/kg, dan 3164,58 Watt/kg, yaitu yang menggunakan elektroda rGO/TiO2 (50% TiO2). Hasil EIS menunjukkan nilai Rct, Rint, dan konstanta waktu relaksasi (𝜏) superkapasitor model sel elektroda rGO/TiO2 (50% TiO2) berturut-turut sebesar 188,32 Ω, 94,00 Ω, dan 30,30 ms. Divais model sandwich memiliki nilai kapasitansi spesifik optimum 2,89 F/g, energi spesifik optimum 0,40 Wh/kg, dan daya spesifik optimum 188,86 Watt/kg, yaitu yang menggunakan elektroda rGO/TiO2 (60% TiO2). Hasil EIS menunjukkan nilai Rct, Rint, dan konstanta waktu relaksasi (𝜏) superkapasitor model sandwich elektroda rGO/TiO2 (60% TiO2) berturut-turut sebesar 0,45 Ω, 0,95 Ω, dan 0,48 ms.
Description
Keywords
Hidrotermal, reduced graphene oxide, spray coating