Komposit Serat Nano Lignin / Oksida Logam Non Mulia Dengan Metode Elektrospinning Dan Aplikasinya Dalam Penyimpan Dan Pengkonversi Energi

Rois, Mahardika F (2023) Komposit Serat Nano Lignin / Oksida Logam Non Mulia Dengan Metode Elektrospinning Dan Aplikasinya Dalam Penyimpan Dan Pengkonversi Energi. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02211960012008-Dissertation.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 April 2025. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Transformasi energi fosil menjadi energi terbarukan menjadikan instrument penyimpanan energi banyak dibutuhkan. Terdapat beberapa alternatif seperti kapasitor, aki, dan yang lazim digunakan adalah baterai. Dalam perkembangannya teknologi baterai, salah satu jenis baterai yang banyak diteliti adpalah metal air battery, hanya saja terdapat beberapa kelemahan diantaranya adalah reaksi pada katoda yang cukup lambat. Oleh karenanya, salah satu elemen penting dalam metal-air battery yang menarik untuk diteliti adalah elektrokatalis yang berfungsi untuk mempercepat reaksi reduksi oksigen (ORR) di katoda tersebut. Adapun beberapa material yang banyak diteliti untuk dapat berfungsi sebagai elektrokatalis pengganti Platina yang sangat mahal adalah MnO2. Dan untuk meningkatkan unjuk kerja elektrokatalisnya, MnO2 dikompositkan pada matrik karbon yang mempunyai konduktifitas listrik yang baik dengan dimodifikasi strukturnya berupa nanofiber, dimana salah satu sumber karbon yang digunakan adalah lignin. Disertasi ini terbagi menjadi 3 bagian. Yang pertama adalah (1) observasi mengenai potensi lignin yang dikalsinasi sebagai sumber karbon partikel untuk dijadikan sebagai superkapasitor, dan setelah dikompositkan dengan oksida logam non mulia, akan dilihat mengenai performa nya sebagai support elektrokatalis. Dalam hal ini yang akan digunakan adalah alkali lignin dan Sodium Lignosulfonate sebagai sumber ligninnya. Setelah ditemukan kondisi operasi terbaik dalam mengompositkan karbon lignin dengan MnO2, maka dilanjutkan dengan (2) mengobservasi kemampuan lignin yang dibuat dalam bentuk nanofiber sebagai potensi elektrokatalis. Hal ini dilakukan karena sumber polimer yang digunakan adalah PVA yang ekonomis namun memiliki konduktivitas elektrik yang rendah. Sehingga perlu menentukan komposisi yang terbaik dimana masih didapatkan bentuk nanofiber yang elastis serta konduktif pada waktu yang bersamaan. Setelah diperoleh kodisi terbaik, maka pada bagian terakhir adalah (3) mengobservasi kemampuan komposit lignin nanofiber/MnO2 yang dikonfigurasikan dengan beberapa sumber logam dan elektrolit sebagai sel penuh dari baterai logam udara. Bab 2 memberikan penggambaran mengenai karbon berbasis Na-Lignin sebagai material support superkapasitor. Na-Lignin yang digunakan ini diperoleh dari proses delignifikasi sabut kelapa. Na-Lignin yang di karbonasi pada suhu 700 °C menunjukkan nilai kapasitansi terbaik adalah pada 700 °C yang menghasilkan luas permukaan 1573 m2/g dan nilai kapasitas spesifik yakni 168 F/g.sehingga mampu menjadi material yang potensial untuk menjadi superkapasitor Bab 3 mempelajari tentang performa karbon lignin setelah dikompositkan dengan oksida logam non mulia yang dalam hal ini diambil dari KMnO4. Material karbon berbasis Sodium Lignosulfonat yang secara kuantitatif jauh lebih melimpah dibandingkan Na-Lignin mampu mereduksi KmnO4 menjadi MnO2 dengan polimorfi berupa α-MnO2 dan setelah dikompositkan dengan MnO2 47,5 µmol mampu menunjukkan performa elektrokatalitik yang baik. Bab 4 menjelaskan mengenai performa lignin nanofiber sebagai material support elektrokatalis. Pada bagian ini dibandingkan antara waktu penambahan KMnO4 yang dilakukan antara sebelum electrospinning (pre-) atau setelah electrospinning (post-). Komposit Nanofiber/Sodium Lignosulfonat dengan konsentrasi 4,5% w/v yang dikompositkan dengan MnO2 47,5 µmol yang diproses dengan metode pre-elektrospining mampu menunjukkan preforma ORR yang baik dengan n transfer 2 dan rapat arus hingga 1.5 mA/cm2. Bab 5 selanjutnya lembaran komposit diuji pada konfigurasi sel penuh. Pada bagian ini digunakan beberapa logam sebagai anoda yakni Aluminium, Seng dan Magnesium. Komposit lignin nanofiber / MnO2 menunjukkan stabilitas elektrokatalitik yang baik dengan hanya bergeser 17 mV setelah 1000 cycle. Selain itu setelah dianalisa performa baterai logam udara dengan anoda Zn, Al, dan Mg, menunjukkan kapasitas 291 mAh/g dan potensial 0.8 V per sel nya untuk Zn-air battery, kapasitas 314 mAh/g dengan potensial 0.5 V per sel nya untuk Al-air battery, dan kapasitas 335 mAh/g dengan potensial 0.9 V per sel nya untuk Mg-air battery.
================================================================================================================================
The transformation of fossil energy into renewable energy makes energy storage instruments much required. There are several alternatives such as capacitors, accu, and what is commonly used is the battery. In the development of battery technology, one type of battery that has been widely researched is the metal-air battery, which have several weaknesses including the reaction at the cathode which is quite slow. Therefore, one of the most important elements in the metal-air battery that is interesting to be studied is the electrocatalyst to accelerate the oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode. There are several materials that have been extensively researched as electrocatalysts to replace the very expensive-platinum, one of them is MnO2. And to improve the electrocatalyst performance, MnO2 is composited on a carbon matrix which has good electrical conductivity by modifying its structure into nanofiber, where one of the carbon sources used is lignin. This dissertation is divided into 3 parts. The first is (1) an observation on the potential of lignin based carbon as a source of carbon particles to be used as a supercapacitor, and after being composited with non-noble metal oxides, the performance as a supporting electrocatalyst was observed. In this case alkaline lignin and Sodium Lignosulfonate as the source of the lignin were observed. After finding the best operating conditions for compositing lignin carbon with MnO2, then it is continued by (2) observing the ability of lignin nanofibers as an electrocatalyst potential. This is need to be analized because the polymer source used is PVA which is economical but has low electrical conductivity. So it is necessary to determine the best composition in which nanofiber forms are obtained which are elastic and conductive at the same time. After obtaining the best conditions, the last section (3) observes the ability of the lignin nanofiber/MnO2 composite configured with several metal and electrolyte sources as a full cell of a metal air battery. Chapter 2 provides a description of Na-Lignin based carbon as a supercapacitor support material. The Na-Lignin used is obtained from the delignification process of coconut coir. Na-Lignin which is carbonated at 700 °C shows the best capacitance value at 700 °C which produces a surface area of 1573 m2/g and a specific capacity value of 168 F/g. So it can be a potential material to become a supercapacitor.
Chapter 3 studies the performance of lignin carbon after it is composited with non-noble metal oxides which in this case are taken from KMnO4. Sodium Lignosulfonate-based carbon material which is quantitatively much more abundant than Na-Lignin is able to reduce KmnO4 to MnO2 with α-MnO2 polymorphic and after being composited with 47.5 µmol MnO2 is able to show good electrocatalytic performance. Chapter 4 describes the performance of lignin nanofibers as an electrocatalyst support material. In this section, we compare the time before electrospinning (pre-) or after electrospinning (post-) the addition of KMnO4 is performed. Composite Nanofiber/Sodium Lignosulfonate with a concentration of 4.5% w/v which was composited with MnO2 47.5 µmol which was processed by the pre-electrospining method was able to show good ORR performance with n = and current density up to 1.5 mA/cm2. In Chapter 5, composite mats are analized in the full cell configuration. In this section, several metals are used as anodes namely Aluminum, Zinc and Magnesium. The lignin nanofiber/MnO2 composite showed good electrocatalytic stability with only 17 mV shift after 1000 cycles. In addition, after analyzing the performance of metal air batteries with Zn, Al, and Mg anodes, it shows a capacity of 291 mAh/g and a potential of 0.8 V per cell for Zn-air battery, a capacity of 314 mAh/g with a potential of 0.5 V per cell for Al -air battery, and a capacity of 335 mAh/g with a potential of 0.9 V per cell for the Mg-air battery.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	Metal-air Battery, Supercapacitor, Lignin, Baterai logam udara, superkapasitor, lignin, MnO2, elektrospinning.
Subjects:	T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK2941 Storage batteries T Technology > TP Chemical technology T Technology > TP Chemical technology > TP339 Ethanol as fuel. Biomass energy.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Chemical Engineering > 24001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Mahardika Fahrudin Rois
Date Deposited:	16 Feb 2023 03:03
Last Modified:	16 Feb 2023 03:03
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/97531

Actions (login required)

View Item