Nama Mahasiswa : Luhur Prandika NRP : Dosen Pembimbing : Diah Susanti, ST, MT, Ph.D

Nama Mahasiswa : Luhur Prandika

NRP : 2709100056

Dosen Pembimbing : Diah Susanti, ST, MT, Ph.D

Krisis energi Harga minyak meningkat

Tarif dasar

listrik mahal

Pemecahan masalah

Mencari sumber energi baru

Menghemat energi

Mensubtitusi komponen untuk

meningkatkan efisiensi

Kapasitor elektrokimia

 Bagaimana pengaruh variasi

temperatur kalsinasi terhadap sifat kapasitif kapasitor elektrokimia dari

material WO ₃ hasil sintesa sol-gel yang

dilapiskan diatas substrat grafit?



Ukuran serbuk tungsten heksaklorida (WCl

₆

) dianggap homogen.



Kecepatan stirring dan spin coating dianggap konstan.



Temperatur saat pembentukan sol-gel dianggap konstan



Temperatur holding saat kalsinasi dianggap konstan.



Membuat elektroda kapasitor elektrokimia dari material tungsten trioksida (WO

₃

).



Menganalisa pengaruh variasi temperatur kalsinasi

terhadap sifat kapasitif dan nilai kapasitansi kapasitor

elektrokimia dari material WO

₃



Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan kapasitor

elektrokimia dari material WO

₃

. Dan selanjutnya dapat

dikembangkan kapasitor elektrokimia jenis lain dengan

metode dan/atau material yang berbeda.

Bab 2 Tinjauan Pustaka

Tungsten trioksida (WO₃) adalah senyawa kimia yang mengandung oksigen dan

logam transisi tungsten.

 Sifat :

1. Berbentuk serbuk

2. Kerapatan 7,2 g/cm³

3. Temperatur melting 1427^oC

4. Massa molar 231,84 g/mol

5. Polimorfi (hexagonal, tetragonal, orthorombic,monoklinik )

Alasan menggunakan WO₃

1. Penelitian kapasitor elektrokimia WO₃ masih jarang 2. Electronic Conductivity seimbang

3. Protonic conductifity seimbang

4. Memiliki bilangan oksidasi 0 sampai +6 5. Surface area yang besar

6. Metal oksida

7. Relatif murah dibandingkan RuO2, IrO2



Sifat:

1.

Konduktivitas Tinggi

2.

Struktur kristal hexagonal

3.

Ikatan kovalen

4.

Densitas : 2,27 g/cm3

5.

Relatif murah

Teknik Material dan Metalurgi

Proses yang melibatkan transisi sistem

dari sebuah sol "cair" (kebanyakan koloid) menjadi tahap "solid gel”

1. Hidrolisis

2. Kondensasi

3. Polimerisasi

Keuntungan: - Langkah kerja yang mudah - Biaya yang rendah

- Homogenitas yang tinggi

- Menggunakan temperatur rendah

Proses kalsinasi adalah proses perlakuan panas yang diterapkan pada sebuah bahan yang bertujuan untuk:

1. dekomposisi termal

2. transisi fasa

3. penghapusan fraksi volatile

4. mengeliminasi senyawa yang berikatan secara kimia.



Kapasitor merupakan alat elektronik yang mampu menyimpan dan memberikan muatan dan juga energi

Kapasitor

Electrochemical capasitor

Pseudocapacitor

Metal Oksida Polimer

EDLC

Karbon

Kapasitor Elektrolit

 kapasitor jenis khusus yang bekerja berdasarkan charging (pemasukan muatan) dan discharging (pelepasan muatan) dari interface dari material- material yang mempunyai luas spesifik yang tinggi seperti material karbon yang berpori atau beberapa oksida logam yang berpori. ( Chang, 2010 )

- Kapasitas / Densitas energi yang tinggi 178 – 1300 F/g - Densitas daya yang tinggi

- Siklus hidup yang panjang

Teknik Material dan Metalurgi

Peneliti : Kuo-Hsin Chang, dkk ( 2011 )

Metode : microwave – assisted hydrothermal

Parameter : Pemanasan dengan variasi temperatur 150, 200, 300, 400 dan 500^oC, holding 2 jam

Hasil CV Thin film WO3 (1) tanpa pemanasan Pemansan: (2) 150^oC (3) 200^oC (4) 300^oC

(5) 400^oC (6) 500^oC , holding 2 jam.

Terbaik =

290 Farad/gram

Pada scan rate 25mV/s

Teknik Material dan Metalurgi

Peneliti : Aditya, Dwi ( 2012 )

Metode : Sol gel dan kalsinasi, alumina sebagai substrat

Parameter : kalsinasi dengan variasi temperatur 300, 400, 500 dan 600^oC, holding 1 jam

Hasil CV Thin film WO3 pada variasi Temperatur kalsinasi 500 ⁰C.

Terbaik =

22,96 Farad/gram Pada scan rate 2mV/s

Teknik Material dan Metalurgi

Peneliti : Narendra, Rizky ( 2012 )

Metode : Sol gel dan kalsinasi, grafit sebagai substrat

Parameter : kalsinasi dengan variasi temperatur 300, 400, 500 dan 600^oC, holding 1 jam

Hasil CV Thin film WO3 pada variasi Temperatur kalsinasi 400 ⁰C.

Terbaik =

186,88 farad/gram Pada scan rate 2mV/s

Peneliti : widiantoro, augustino ( 2013 )

Metode : Sol gel dan kalsinasi, grafit sebagai substrat

Parameter : kalsinasi dengan variasi temperatur 300, 400, 500 dan 600^oC, holding 1 jam

Hasil CV Thin film WO3 pada variasi Temperatur kalsinasi 300 ⁰C.

Terbaik =

5991 mFarad/gram Pada scan rate 2mV/s

Teknik Material dan Metalurgi

Proses

Hot plate stirrer Magnetic stirrer

Aluminium foil Larutan

Es batu

Stiring Centrifuge

Spin coating Kalsinasi

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Teknik Material dan Metalurgi

Pengujian karakterisasi

BET SEM

XRD

Teknik Material dan Metalurgi

Pembuatan piece kapasitor

Layer WO₃

Lem epoxy Kawat Tembaga

Substrat grafit yang dilapisi lem silikon

Teknik Material dan Metalurgi

Pengujian Electrochemistry System

Sel dua elektroda

1. Cyclic voltametry

Grafit (elektroda counter)

Sample (elektroda kerja)

Teknik Material dan Metalurgi

1. Cyclic voltametry

Grafik Ampere (I) vs potensial (V)

Menghitung kapasitansi:

Dimana:

C = kapasitansi(farad. gram^-1) ʃidV =Luas area dari kurva

w = berat thin film WO₃ (gr) v = scanrate (volt / detik)

(a) ^(b) (c) _(d)

Hasil pelapisan material WO₃ di atas substrat grafit setelah proses kalsinasi pada temperatur :

(a) 300^oC (b) 350^oC (c) 400^oC dan (d) 450^oC

300^oC = Monoklinik (JCPDS No. 83-0950)

350^oC = Monoklinik (JCPDS No. 83-0950) 400^oC = Monoklinik (JCPDS No. 83-0950)

450^oC = Monoklinik (JCPDS No. 83-0950)

T (^oC) B(rad) Ө(^o) Cos ө D (Ǻ)

300 0,00398 11,80 0,9789 355,91

350 0,00278 11,81 0,9788 485,13

400 0,00247 12,14 0,9776 574,37

450 0,00117 11,83 0,9787 1212,98

Semakin Tinggi Temperatur

semakin besar ukuran kristal

300^oC = Monoklinik (JCPDS No. 43-1035) 350^oC = Monoklinik (JCPDS No. 43-1035) 400^oC = Monoklinik (JCPDS No. 43-1035) 450^oC = Monoklinik (JCPDS No. 43-1035)

T (^oC) B(rad) Ө(^o) Cos ө D (Ǻ)

300 0,00518 11,77 0,9789 273,42

350 0,00459 11,80 0,9788 308,78

400 0,00399 12,11 0,9777 355,20

450 0,00339 11,49 0,9799 417,21

Semakin Tinggi Temperatur

semakin besar ukuran kristal

Cross Section lapisan WO₃ diatas substrat grafit Temperatur kalsinasi 300 ⁰C

perbesaran 500x

Lapisan WO₃ Substrat grafit Tebal lapisan WO₃

11.67 – 15.44 µm.

Hasil SEM dari material WO₃ dengan perbesaran 1.000x

300^oC

350^oC 450^oC

400^oC

300^oC

450^oC 350^oC

400^oC

Hasil SEM dari material WO₃ dengan perbesaran 30.000x

No Temperatur

Kalsinasi (^oC) Ukuran butir (µm)

1 300 0.06 – 1,21

2 350 0.11 – 1.23

3 400 0.14 – 2.03

4 450 0.18 – 2,47

Semakin Tinggi temperatur kalsinasi

Semakin besar ukuran partikel

300^oC

450^oC 400^oC

350^oC

No Temperatur Kalsinasi (^oC)

Ukuran butir (µm)

1 300 0,10 – 0,92

2 350 0,14 – 1,23

3 400 0,17 – 1,27

4 450 0,18 – 1,79

Semakin Tinggi temperatur kalsinasi

Semakin besar ukuran partikel

Temperatur

kalsinasi 300ºC 350ºC 400ºC 450ºC Luas permukaan

aktif (m²/g) 35,733 15,396 10,377 6,612

Semakin Tinggi temperatur kalsinasi

Semakin kecil luas permukaan aktif

Kapasitansi Kapasitor Elektrokimia WO₃

Semakin kecil scanrate

semakin besar nilai kapasitansi

Semakin rendah temperatur kalsinasi

semakin besar nilai kapasitansi

450^oC 300^oC

350^oC

400^oC



Berdasarkan hasil XRD diketahui struktur kristal WO

₃

temperatur kalsinasi 300

^o

C , 350

^o

C, 400

^o

C dan 450

^o

C adalah monoklinik intensitas kristal menurun setelah pengujian CV.

Partikel-partikel WO

₃

berbentuk lembaran tipis dengan

ukuran semakin besar seiring kenaikan temperatur kalsinasi.

Luas permukaan aktif WO

₃

semakin kecil dengan kenaikan temperatur kalsinasi. Dari uji cyclic voltametry dihasilkan nilai kapasitif terbesar terdapat pada kapasitor elektrokimia WO

₃

temperatur kalsinasi 300

^o

C pada scan rate 5mV/s yaitu

sebesar 121,46 F/gr atau 242,92 mF/cm

²

. Hal ini dapat di

simpulkan bahwa Semakin tinggi temperatur kalsinasi maka

semakin tinggi ukuran kristal yang diikuti oleh naiknya ukuran

butir berakibat pada menurunkan luas permukaan aktifnya

sehingga berpengaruh pada turunnya nilai kapasitansi.



Untuk selanjutnya diharapkan material WO

₃

dapat dicari sifat yang lain dan dikembangkan menjadi aplikasi yang lain dikarenakan WO

₃

mempunyai kemampuan kelistrikan yang baik.



Dapat dibuat kapasitor elektrokimia dengan

mengunakan material dan/atau metode yang

berbeda.

TERIMA KASIH