Berkenalan dengan Carbon Nanotubes: Material Superkecil untuk Pengembangan Superkapasitor

Dewasa ini, perangkat penyimpan energi menjadi salah satu pertimbangan pengembangan energi alternatif. Energi listrik dapat disimpan menggunakan baterai, sel bahan bakar, dan kapasitor. Baterai dan sel bahan bakar dapat menyimpan energi dalam jumlah besar, namun outputnya rendah. Sebaliknya, kapasitor dapat menghasilkan daya yang tinggi tetapi menyimpan energi yang sangat sedikit. Oleh karena itu, para peneliti telah mengembangkan superkapasitor yang dapat menyimpan energi dalam jumlah besar dan menghasilkan daya yang tinggi.

Superkapasitor merupakan alat penyimpan energi listrik yang unggul dibandingkan kapasitor konvensional, karena memiliki waktu hidup (lifetime) yang lebih lama, prinsip kerja dan modelnya yang sederhana, waktu recharge yang pendek, serta aman dalam penggunaannya. Sebuah superkapasitor terdiri dari elektroda, elektrolit, pemisah (separator), dan pengumpul arus. 

Salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai elektroda untuk superkapasitor adalah adalah material organik. Material organik dengan kandungan yang tinggi adalah bahan yang baik untuk menghasilkan elektroda. Diantara beragam material organik yang ada, carbon nanotubes dinilai prospektif untuk dikaji lebih lanjut sebagai elektroda superkapasitor. Carbon nanotubes merupakan lembaran grafit berbentuk silinder yang terdiri atas ikatan heksagonal atom karbon sp3. Struktur carbon nanotubes mirip dengan fullerene. Perbedaannya adalah atom-atom karbon pada fullerene berbentuk bola, sedangkan atom-atom karbon pada carbon nanotubes berbentuk silinder, dimana tiap-tiap ujungnya ditutup oleh atom-atom karbon yang berbentuk setengah bola. Berdasarkan jumlah dindingnya, carbon nanotubes dikelompokkan menjadi dua jenis. Pertama adalah Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNT), yakni jenis carbon nanotubes berdinding tunggal dengan diameter 0,4-2,5 nm dan dengan panjang beberapa mikrometer sampai beberapa millimeter. Adapun jenis kedua adalah Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT), yakni jenis carbon nanotubes berdinding banyak dengan diameter yang lebih besar dari jenis SWCNT.

Carbon nanotubes dapat dibuat dari berbagai bahan baku, termasuk limbah biomassa. Sebagai contoh, sebuah penelitian pada tahun 2017 yang dilakukan oleh tim peneliti dari Institut Teknologi Bandung, telah berhasil membuat carbon nanotubes dari limbah cair pabrik kelapa sawit untuk elektroda superkapasitor. Carbon nanotubes yang dihasilkan memiliki luas permukaan 526,240 m2/g. Carbon nanotubes ini kemudian diaplikasikan sebagai elektroda superkapasitor dengan penambahan karbon aktif pada rasio 1:1. Superkapasitor dengan campuran carbon nanotubes-karbon aktif ini memiliki nilai kapasitansi sebesar 2,4137 F/g. Carbon nanotubes memiliki konduktivitas yang lebih tinggi dibandingkan material lain sehingga mampu menurunkan polarization resistance pada superkapasitor. Hal ini menjadi bukti bahwa carbon nanotubes memiliki potensi besar untuk pengembangan superkapasitor.

Superkapasitor banyak digunakan di berbagai bidang seperti elektronik, transportasi,  dan komunikasi digital. Superkapasitor menjadi semakin populer karena kelebihannya seperti siklus penggunaan lebih dari 100.000, kepadatan energi yang tinggi, kapasitas penyimpanan energi yang besar, pengoperasian yang mudah, dan pembuatan yang mudah. Superkapasitor juga dianggap aman karena tidak mengandung zat korosif dan hampir tidak mengandung zat beracun.