Supercapattery dengan Material MoS2 Berstruktur Nanoflower : Solusi Efisien untuk Penyimpanan Energi Terbarukan

Tim peneliti dari Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Departemen Fisika, Universitas Negeri Malang yang terdiri dari 3 mahasiswa (Sedtia Prayogo, Esa Amiliya, Michele Amanda) dan 1 dosen pendamping (Prof. Dr. Markus Diantoro) berhasil mensintesis material 2D MoS2 dengan struktur nanoflower untuk dijadikan sebagai material aktif elektroda supercapattery.

Kebutuhan energi dunia terus meningkat seiring dengan pesatnya pertumbuhan populasi. Hal ini menjadikan pengembangan sumber energi terbarukan sebagai langkah penting untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil yang berdampak buruk pada lingkungan. Namun, untuk memaksimalkan pemanfaatan energi terbarukan ini, diperlukan teknologi penyimpanan energi yang efisien, cepat, dan ramah lingkungan. Superkapasitor, dengan siklus hidup yang panjang serta waktu pengisian yang lebih cepat dibandingkan baterai konvensional, muncul sebagai salah satu jawaban atas tantangan ini. Superkapasitor memiliki keunggulan kepadatan daya yang tinggi, tetapi masih memiliki keterbatasan dalam hal kepadatan energi dibandingkan dengan baterai.

Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, supercapattery hadir sebagai solusi hibrida yang menggabungkan keunggulan superkapasitor dan baterai. Supercapattery adalah perangkat hybrid yang menggabungkan elektroda tipe baterai dengan elektroda superkapasitor, menciptakan kombinasi yang memungkinkan penyimpanan energi yang lebih besar sekaligus memberikan daya yang lebih cepat. Teknologi ini, yang sering disebut sebagai hybrid supercapacitor, asymmetric supercapacitor, atau battery-supercapacitor hybrid device, menawarkan kepadatan daya tinggi pada sisi elektroda superkapasitor (EDLC) dan kepadatan energi tinggi pada sisi elektroda tipe baterai.

Material yang digunakan untuk pengembangan supercapattery sangat berpengaruh terhadap kinerjanya. Berbagai material, seperti kobalt, tembaga, nikel, dan mangan, telah dieksplorasi dan terbukti mampu memberikan performa yang baik pada perangkat hibrida ini. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, molibdenum disulfida (MoS) telah menarik perhatian karena performa yang luar biasa sebagai material elektroda superkapasitor asimetris. MoS dikenal memiliki kapasitansi spesifik yang tinggi, hingga 1866.66 F/g, serta kerapatan daya dan energi yang cukup tinggi. Bentuk struktur yang dihasilkan, yaitu nanoflower, terbukti meningkatkan luas permukaan elektroda, sehingga interaksi antara elektroda dan elektrolit semakin optimal, memungkinkan peningkatan kapasitas penyimpanan energi.

Penelitian terbaru kami pada MoS telah dilakukan dengan variasi waktu sintesis menggunakan metode hidrotermal. Proses hidrotermal dengan variasi durasi 6, 12, dan 24 jam menunjukkan bahwa durasi optimal adalah 12 jam, di mana struktur nanoflower terbentuk dengan sempurna dan kapasitansi spesifik mencapai nilai tertinggi, yaitu 43,474 F/g dengan resistansi/stabilitas kapasitif mencapai 63,02% setelah 1000 siklus, selain itu kurva CV pada sampel 12 jam memiliki luas area terbesar. Struktur nanoflower ini, yang menyerupai kelopak bunga berukuran nano, memberikan keuntungan berupa peningkatan luas permukaan kontak yang mampu meningkatkan kapasitas penyimpanan energi secara signifikan. Dengan kata lain, semakin lama waktu hidrotermal, struktur nanoflower terbentuk dengan lebih baik, dan dengan demikian menghasilkan performa yang lebih optimal.

Metode Hidrotermal

Teknologi supercapattery dengan material MoS berbentuk nanoflower ini menjanjikan masa depan yang lebih cerah bagi penyimpanan energi terbarukan. MoS tidak hanya ramah lingkungan tetapi juga efisien, tahan lama, dan berpotensi digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari kendaraan listrik hingga penyimpanan energi skala besar untuk rumah tangga dan industri. Inovasi dalam struktur dan material penyimpanan energi ini akan terus menjadi pusat perhatian bagi para peneliti dan insinyur, karena menawarkan solusi untuk menghadapi tantangan energi di masa depan.

Credit by Sedtia Prayogo