Analisis Pengaruh Penambahan Massa Grafit Terhadap Karakterisasi Fisis Dan Sifat Kapasitif Elektroda Komposit Psi/C Berbasis Sekam Padi Untuk Aplikasi Superkapasitor

Yalatama, Paksi Jakariya (2025) Analisis Pengaruh Penambahan Massa Grafit Terhadap Karakterisasi Fisis Dan Sifat Kapasitif Elektroda Komposit Psi/C Berbasis Sekam Padi Untuk Aplikasi Superkapasitor. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5011211058-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (12MB) | Request a copy

Abstract

Material silikon berpori (porous silicon/PSi) merupakan hasil perlakuan khusus secara elektrokimia pada silikon untuk menghasilkan struktur berpori dengan luas permukaan spesifik yang tinggi. Karakteristik ini membuat PSi berpotensi besar untuk digunakan pada aplikasi penyimpanan energi, seperti elektroda baterai dan superkapasitor. Dalam penelitian ini, abu sekam padi digunakan sebagai bahan baku sumber silika karena merupakan material alam yang ramah lingkungan, berkelanjutan, dan kaya akan silika, serta mampu menghasilkan silikon berpori dengan kadar impuritas yang rendah melalui proses ekstraksi alkali dan leaching asam. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh variasi massa grafit terhadap struktur, morfologi, serta sifat kapasitif dari komposit PSi/C (porous silicon/carbon). Silikon berpori dipilih karena memiliki kemampuan menyimpan muatan melalui mekanisme pseudokapasitansi, sedangkan grafit dipilih karena memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, stabilitas kimia yang baik, dan mekanisme penyimpanan muatan yang dominan melalui kapasitansi lapisan ganda listrik (Electric Double Layer Capacitance/EDLC). Penggunaan grafit dalam komposit dimaksudkan untuk mengatasi keterbatasan konduktivitas pada silikon berpori serta meningkatkan stabilitas siklus dan efisiensi transfer ion-elektron, yang padaakhirnya dapat meningkatkan performa elektrokimia dari komposit. Porous silicon disintesis menggunakan metode reduksi magnesiothermik, sedangkan pembuatan komposit pSi/C dilakukan melalui pencampuran fisik dan ultrasonikasi dengan variasi rasio penambahan massa grafit sebesar 25%, 50%, dan 75% dengan basis massa berat total 0,4 gram. Karakterisasi fisis dilakukan menggunakan SEM-EDX, XRD, dan FTIR, sementara performa elektrokimia diuji dengan metode Cyclic Voltammetry (CV), Galvanostatic Charge-Discharge (GCD), dan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) menggunakan elektrolit H2SO4 1 M. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposit variasi PsiC75 memberikan performa terbaik dengan kapasitansi spesifik sebesar 146,7 F/g pada scan rate 5 mV/s, 7,625 F/g pada arus 0,5 A/g, konduktivitas sebesar 6,882 S/m dan nilai total impedansi sebesar 1,453 Ω.cm2 pada frekuensi 10 Hz. Kerapatan energi dan daya maksimal yang dicapai berturut-turut adalah 13,037 Wh/kg dan 845,25 W/kg. Peningkatan performa ini terjadi dengan meningkatnya konduktivitas listrik, dan berkurangnya nilai impedansi total elektroda akibat penambahan variasi massa berat grafit serta kontribusi sinergis antara mekanisme pseudokapasitansi dari PSi dan EDLC dari grafit.
==================================================================================================================================
Porous silicon (PSi) is a nanostructured material obtained through electrochemical processing, resulting in a highly porous architecture with a large specific surface area. These features make PSi a promising candidate for energy storage applications, including battery electrodes and supercapacitors. In this study, rice husk ash was employed as a sustainable and environmentally benign silica precursor, chosen for its high silica content and potential to produce low-impurity porous silicon via alkaline extraction followed by acid leaching. The research focuses on evaluating the effect of varying graphite content on the structural, morphological, and electrochemical properties of PSi/carbon (PSi/C) composites. PSi serves as a pseudocapacitive material, while graphite was incorporated due to its superior electrical conductivity, chemical stability, and predominant electric double-layer capacitance (EDLC) mechanism. Graphite was introduced to address the intrinsic conductivity limitations of PSi and to improve ion–electron transport dynamics and cycle stability, thereby enhancing the overall electrochemical performance. Porous silicon was synthesized using a magnesiothermic reduction approach, while PSi/C composites were fabricated through physical mixing and ultrasonication with graphite additions of 25%, 50%, and 75% by weight (based on 0.4 g total mass). Material characterization was conducted using SEM-EDX, XRD, and FTIR, whereas electrochemical assessments were carried out using cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge–discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in 1 M H2SO4 electrolyte. Among the tested composites, the sample with 75% graphite (PSiC75) exhibited the best performance, achieving a specific capacitance of 146.7 F/g at 5 mV/s, 7.625 F/g at 0.5 A/g, a conductivity of 6.882 S/m, and a total impedance of 1.453 Ω·cm2 at 10 Hz. The corresponding energy and power densities reached 13.037 Wh/kg and 845.25 W/kg, respectively. These improvements are attributed to the enhanced electrical conductivity and reduced interfacial resistance provided by the graphite content, along with the synergistic interaction between the pseudocapacitance of PSi and the EDLC behavior of graphite.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	grafit, reduksi magnesiothermik, sekam padi, silikon pori, superkapasitor, graphite, magnesiothermic reduction, rice husk, silicon porous, supercapacitor
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA455.G65 Graphene T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ165 Energy storage. T Technology > TK Electrical engineering. Electronics Nuclear engineering > TK7872.C65 Supercapacitors.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Material & Metallurgical Engineering > 28201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Paksi Jakariya Yalatama
Date Deposited:	30 Jul 2025 02:54
Last Modified:	30 Jul 2025 02:54
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/123122

Actions (login required)

View Item