Diterjemahkan dari bahasa Inggris ke bahasa Indonesia - www.onlinedoctranslator.com
bahan nano
Tinjauan
Superkapasitor Canggih Terbaru: Tinjauan Mekanisme
Penyimpanan, Bahan Elektroda, Modifikasi, dan
Perspektif
Niraj Kumar, Su-Bin Kim, Seul-Yi Lee* and Soo-Jin Park*
Departemen Kimia, Universitas Inha, Incheon 22212, Korea
* Korespondensi: leesy1019@inha.ac.kr (S.-YL); sjpark@inha.ac.kr (S.-JP);
Telp: +82-32-876-7234 (S.-YL & S.-JP)
Abstrak:Dalam beberapa tahun terakhir, pengembangan perangkat penyimpanan energi mendapat banyak
perhatian karena meningkatnya permintaan energi terbarukan. Supercapacitors (SCs) telah menarik banyak
perhatian di antara berbagai perangkat penyimpanan energi karena kapasitas spesifiknya yang tinggi, densitas
daya yang tinggi, siklus hidup yang panjang, efisiensi ekonomi, ramah lingkungan, keamanan tinggi, dan
tingkat pengisian/pengosongan yang cepat. SC adalah perangkat yang dapat menyimpan energi listrik dalam
jumlah besar dan melepaskannya dengan cepat, menjadikannya ideal untuk digunakan dalam berbagai aplikasi.
Mereka sering digunakan bersamaan dengan baterai untuk memberikan dorongan daya saat dibutuhkan dan
juga dapat digunakan sebagai sumber daya yang berdiri sendiri. Mereka dapat digunakan dalam berbagai
aplikasi potensial, seperti peralatan portabel, sistem elektronik pintar, kendaraan listrik, dan sistem
penyimpanan energi jaringan. Terdapat berbagai macam material yang telah dipelajari untuk digunakan
sebagai elektroda SC, masing-masing dengan kelebihan dan keterbatasannya. Bahan elektroda harus memiliki
rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi untuk memungkinkan kepadatan penyimpanan energi yang
tinggi. Selain itu, bahan elektroda harus sangat konduktif untuk memungkinkan transfer muatan yang efisien.
Kutipan:Kumar, N.; Kim, S.-B.; Lee,
Selama beberapa tahun terakhir, beberapa material baru telah dikembangkan yang dapat digunakan untuk
S.-Y.; Park, S.-J. Superkapasitor
meningkatkan kapasitansi SC. Artikel ini mengulas tiga jenis SC: electrochemical double-layer capacitors (EDLCs),
Canggih Terbaru: Tinjauan
pseudocapacitors, dan supercapacitors hybrid, perkembangannya masing-masing, mekanisme penyimpanan
Mekanisme Penyimpanan, Bahan
energi, dan kemajuan penelitian terbaru dalam persiapan dan modifikasi material. Selain itu,
Elektroda, Modifikasi, dan Perspektif.
Bahan nano2022,12, 3708. https://
doi.org/10.3390/ nano12203708
Kata kunci:bahan berbasis karbon; oksida logam; polimer konduktif; kapasitor hibrida;
superkapasitor
Editor Akademik: Le Yu
Diterima: 19 September 2022
Diterima: 19 Oktober 2022
Diterbitkan: 21 Oktober 2022
Catatan Penerbit:MDPI tetap netral
sehubungan dengan klaim yurisdiksi
dalam peta yang diterbitkan dan afiliasi
kelembagaan.
1. Perkenalan
Dalam beberapa tahun terakhir, dunia telah mengalami peningkatan pembangunan, yang menyebabkan
kekurangan energi dan pemanasan global. Masalah-masalah ini telah menggarisbawahi perlunya
superkapasitor sebagai perangkat penyimpanan energi hijau. Superkapasitor dapat menyimpan energi dalam
jumlah besar dan memberikan daya yang luar biasa, menjadikannya ideal untuk berbagai aplikasi.
Superkapasitor adalah pilihan yang semakin menarik dalam perlombaan untuk mengembangkan teknologi
penyimpanan energi yang baru dan lebih baik karena kepadatan dayanya yang tinggi dan masa pakai yang
lama. Seiring pertumbuhan pasar superkapasitor, kebutuhan akan proses fabrikasi dan bahan elektroda yang
Hak cipta:© 2022 oleh penulis.
Penerima Lisensi MDPI, Basel, Swiss.
Artikel ini adalah artikel akses terbuka
lebih baik juga meningkat. Superkapasitor memiliki beberapa keunggulan dibandingkan perangkat
penyimpanan energi lainnya. Mereka dapat mengisi dan melepaskan dengan cepat, membuatnya sangat cocok
untuk berbagai aplikasi. Selain itu, superkapasitor ramah lingkungan dan memiliki masa pakai yang lama.
yang didistribusikan berdasarkan
Superkapasitor diharapkan tumbuh di tahun-tahun mendatang karena dunia mencari cara untuk mengatasi
syarat dan ketentuan lisensi Creative
kekurangan energi dan pemanasan global.
Commons Attribution (CC BY) (https://
Mengidentifikasi sumber energi baru yang bersih dan terbarukan serta mengembangkan teknologi
creativecommons.org/licenses/by/
dan perangkat penyimpanan energi yang efisien untuk pembangunan ekonomi rendah karbon dan
4.0/).
berkelanjutan menjadi penting [1–4]. Penyimpanan dan konversi energi elektrokimia umum
Nanobahan2022,12, 3708. https://doi.org/10.3390/nano12203708
https://www.mdpi.com/journal/nanomaterials
Bahan nano2022,12, 3708
2 dari 36
sistem termasuk baterai, kapasitor, dan superkapasitor [5]. Ketiga sistem penyimpanan energi saling
melengkapi dalam aplikasi praktis dan memenuhi kebutuhan yang berbeda dalam situasi yang berbeda.
Meskipun ketiga sistem tersebut memiliki mekanisme penyimpanan dan konversi energi yang berbeda,
semuanya didasarkan pada termodinamika dan kinetika elektrokimia yang serupa, yaitu proses
penyediaan energi terjadi pada batas fasa antarmuka elektroda/elektrolit dengan transpor elektron dan
ion independen.6]. Kemajuan terbaru dalam perangkat elektronik pintar telah mendorong peningkatan
yang sesuai dalam penggunaan superkapasitor.
Superkapasitor adalah perangkat penyimpanan energi yang menjanjikan antara kapasitor
fisik tradisional dan baterai. Berdasarkan perbedaan model dan struktur penyimpanan energi,
superkapasitor umumnya dibagi menjadi tiga kategori: kapasitor lapisan ganda elektrokimia
(EDLC), kapasitor elektrokimia redoks (pseudocapacitors), dan kapasitor hibrida (Gambar1) [7].
Angka1merangkum prinsip-prinsip penyimpanan energi dasar superkapasitor dengan klasifikasi
sebagai kerangka dasar dan mengkaji kemajuan penelitian bahan elektroda yang umum
digunakan dalam beberapa tahun terakhir.
Kapasitor Hibrid-Tahap III
Pseudocapacitor-Tahap II
(Oksida Logam, Hidroksida,
Sulfida, Polimer Penghantar /
Bahan Karbon)
1971
(Oksida Logam, Hidroksida, Sulfida,
1957
Polimer Penghantar)
Tahap I
Aplikasi Cerdas Superkapasitor Terbaru
Bahan Elektroda
Pemisah
Mikrokapasitor
Aktivitas redoks
1993
Bahan Elektroda
Bahan Elektroda
Pemisah
Kolektor Saat Ini
Elektrolit
Pemisah
Kolektor Saat Ini
Elektrolit
Kolektor Saat Ini
Elektrolit
Dapat dikenakan
Mandiri
Transparan
Tambalan Portabel
Kapasitor Lapisan Ganda Listrik
(Bahan Karbon)
Sejarah Perkembangan dan kemajuan dalam superkapasitor
Dapat terurai secara hayati
Gambar 1.Klasifikasi superkapasitor berdasarkan berbagai bahan elektroda dan aplikasi
lanjutannya.
Superkapasitor sedang diteliti secara ekstensif dalam aplikasi elektronik pintar seperti
penyimpanan energi fleksibel, biodegradable, transparan, dpt dipakai, fleksibel, on-chip, dan
portabel. Dibandingkan dengan kapasitor konvensional, superkapasitor menggunakan bahan
dengan luas permukaan spesifik yang tinggi sebagai elektroda [8,9]. Luas permukaan spesifik yang
lebih tinggi dan dielektrik yang lebih tipis menghasilkan kapasitansi spesifik dan kepadatan energi
yang lebih besar. Dibandingkan dengan kapasitansi pengenal kapasitor tradisional dalam kisaran
antara mikro dan mili-Farad, kapasitansi unit superkapasitor dapat mencapai ribuan Farad.
Berbeda dengan baterai, mekanisme penyimpanan muatan superkapasitor didasarkan pada reaksi
permukaan bahan elektroda, dan tidak ada difusi ion di dalam bahan. Oleh karena itu,
superkapasitor memiliki kerapatan daya yang lebih baik di bawah volume yang sama. Karakteristik
elektrokimia lain yang berbeda antara superkapasitor dan baterai adalah bahwa muatan pada
elektroda dari superkapasitor tipikal selalu meningkat (atau menurun) secara linier, menghasilkan
kenaikan (atau penurunan) tegangan selama proses pengisian dan pengosongan.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar2, selama proses pengisian dan pengosongan, kurva
voltametri siklik (CV) dari superkapasitor (Gambar2a) tetap persegi panjang, sedangkan arusnya
hampir konstan. Selain itu, kurva galvanostatic charge-discharge (GCD) (Gambar2c) biasanya
miring dengan kemiringan konstan. Baterai menunjukkan reaksi Faradaic selama proses pengisian
dan pengosongan, dan kurva CV-nya menunjukkan puncak redoks yang jelas; itu memelihara a
Bahan nano2022,12, 3708
3 dari 36
voltase konstan kecuali ketika mendekati 100% terisi/habis (TOC/EOD) (kurva GCD
menunjukkan platform charge-discharge yang relatif datar).
(A)
(B)
(C)
(D)
Gambar 2.(A,B) voltametri siklik (CV) kurva dan (C,D) kurva galvanostatic charge-discharge (GCD) dari
superkapasitor dan baterai. Direproduksi dengan izin [10] Hak Cipta © 2022, Ulasan Bahan Kimia.
Superkapasitor memiliki banyak keunggulan lain, seperti ramah lingkungan, memiliki masa pakai
yang lama, mampu beroperasi dalam rentang temperatur yang lebar, dan baik dalam mempertahankan
muatan bahkan saat arus besar diterapkan; mereka banyak digunakan dalam elektronik konsumen,
smart meter, dan transportasi [7–10]. Superkapasitor telah menunjukkan bahwa mereka dapat bekerja
dengan sangat baik di beberapa aplikasi, tetapi masih ada beberapa kekurangan yang relevan di
beberapa aplikasi. Ini termasuk persyaratan kepadatan energi yang tinggi dan waktu kerja yang sangat
lama. Khususnya, area di mana superkapasitor dapat menyimpan muatan terbatas pada permukaan
(atau di dekat area permukaan aktif) elektroda; mereka memiliki kepadatan energi yang lebih rendah
daripada baterai.
Menurut rumus kepadatan energie=1
2CV2(eadalah
kepadatan energi,Cadalah
kapasitansi spesifik, danVadalah jendela tegangan), kerapatan energi kapasitor bergantung
pada kapasitansi spesifik bahan elektroda dan perbedaan potensial antara elektroda positif
dan negatif. Salah satu cara paling efektif untuk meningkatkan kerapatan energi
superkapasitor adalah dengan mengembangkan bahan nanoelektroda berpori. Dengan
meningkatkan luas permukaan spesifik, material nanoelektroda berpori dapat meningkatkan
kapasitansi spesifik dan densitas energi. Ini adalah cara yang sangat efektif untuk
meningkatkan kinerja superkapasitor dan memiliki potensi untuk merevolusi cara
penggunaannya dalam berbagai aplikasi. Metode lain adalah membangun superkapasitor
hybrid/asimetris, yang dapat meningkatkan kinerja perangkat secara keseluruhan.
Dalam ulasan ini, kami meninjau kemajuan terbaru dalam bahan elektroda untuk superkapasitor.
Superkapasitor menjadi sangat diperlukan dalam elektronik modern dengan beberapa keunggulan yang
menjanjikan. Oleh karena itu, perlu untuk memahami secara mendalam dan meringkas secara
menyeluruh kemajuan dan perkembangan terkini dalam bahan elektroda untuk superkapasitor. Tinjauan
ini menjelaskan kemajuan dan perkembangan terkini dalam bahan elektroda untuk perangkat
superkapasitor. Selain itu, secara singkat menjelaskan mekanisme penyimpanan superkapasitor, aplikasi
potensial dari teknologi ini, dan tantangan yang terkait dengan pengembangannya. Ulasan ini memiliki
gambaran yang komprehensif tentang karakteristik jenis supercapacitors.
Bahan nano2022,12, 3708
4 dari 36
Ini secara singkat menjelaskan penelitian terbaru dengan celah penelitian potensial dan jenis bahan
elektroda untuk elektroda superkapasitor dengan tren terkini dan perspektif logis komparatif. Ini juga
memberikan beberapa pekerjaan penelitian yang telah dilakukan di masa lalu pada elektroda dan
perangkat superkapasitor. Kemudian membahas tantangan masa depan yang ditimbulkan oleh
pengembangan bahan elektroda untuk aplikasi superkapasitor.
1.1. Kemajuan dan Klasifikasi
SC memiliki struktur yang mirip dengan kapasitor dielektrik konvensional, kecuali bahwa alihalih logam, elektroda berpori yang dilapisi dengan elektrolit agar lebih efektif, bahan elektrolit
yang sesuai digunakan sebagai pengganti dielektrik yang sesuai agar sesuai untuk penyaluran ion.
Menurut mekanisme penyimpanan energi yang berbeda, superkapasitor umumnya dapat dibagi
menjadi EDLC dan pseudokapasitor (Gambar3) [11].
(A)
(B)
(C)
Gambar 3.Skema mekanisme penyimpanan muatan untuk (A) EDLC dan (B–D) berbagai jenis
elektroda pseudokapasitif: (B) pseudocapacitor deposisi underpotensial, (C) redoks
pseudokapasitor, dan (D) pseudokapasitor interkalasi ion. Direproduksi dengan izin [11]. Hak Cipta
© 2022, American Chemical Society.
1.1.1. EDLC (Kapasitor Lapisan Ganda Elektrokimia)
EDLC saat ini merupakan perangkat penyimpanan energi paling mapan yang banyak digunakan
dalam aplikasi komersial. HI Becker (General Electric Company) pertama kali mendemonstrasikan
kapasitansi lapisan ganda pada tahun 1957 dan mematenkannya. Belakangan, superkapasitor komersial
pertama diproduksi pada tahun 1971 oleh Standard Oil Company of Ohio dan digunakan dalam aplikasi
memori oleh perusahaan Jepang bernama NEC. Pada tahun 1971, dilaporkan bahwa jenis kapasitor baru
yang disebut kapasitor semu yang menggunakan proses reaksi kimia yang dikenal sebagai reaksi
Faradaic dikembangkan berdasarkan RuO2. Penemuan kapasitansi semu menarik karena membuka cara
baru untuk meningkatkan kemampuan penyimpanan muatan kapasitor elektrokimia. Tahun berikutnya,
Pinnacle Research Institute (1982) memanfaatkan rutenium oksida sebagai bahan elektroda untuk
mengembangkan perangkat EC-nya. Mereka menamai perangkat itu "pseudocapacitor" untuk
menekankan kinerja perangkat EC yang sangat tinggi. Garis waktu untuk pengembangan EC
diilustrasikan pada Gambar1. EDLC dapat menyimpan muatan melalui listrik statis atau proses nonFaraday, yang tidak melibatkan transfer muatan antara elektroda dan elektrolit [12]. Oleh karena itu,
mekanisme penyimpanan EDLC memungkinkan penyerapan dan transmisi energi yang cepat serta
meningkatkan kinerja daya.
Karena tidak adanya proses Faraday, pembengkakan bahan aktif selama proses
pengisian dan pengosongan baterai dihilangkan, berkontribusi pada stabilitas siklus EDLC
yang sangat baik. Selain itu, kinerja EDLC dapat dimodulasi sesuai dengan jenis elektrolit
yang digunakan. Namun, karena mekanisme pengisian permukaan elektrostatik, kerapatan
energi peralatan EDLC terbatas, yang sangat membatasi penerapan EDLC.
Bahan nano2022,12, 3708
5 dari 36
Saat ini, penelitian tentang EDLC terutama difokuskan pada peningkatan efisiensi energi dan
kisaran suhu pengoperasian. Bahan karbon melimpah dan ramah lingkungan, dengan luas
permukaan spesifik yang tinggi, konduktivitas listrik yang baik, stabilitas kimia yang tinggi, dan
rentang temperatur operasi yang lebar. Ini adalah bahan elektroda yang menjanjikan untuk
aplikasi superkapasitor. Berbagai jenis bahan karbon saat ini banyak digunakan sebagai bahan
elektroda pada EDLC komersial. Bahan elektroda karbon dari superkapasitor memiliki luas
permukaan spesifik yang efisien, volume pori yang optimal dan distribusi ukuran pori, serta
konduktivitas listrik dan keterbasahan yang baik.
1.1.2. Pseudocapacitor
Pada tahun 1951, Conway mengusulkan mekanisme kuasi-kapasitor Faraday
berdasarkan kapasitor dua dimensi atau kuasi dua dimensi [13]. Model ini menyarankan
mekanisme potensial pengisian elektroda melalui deposisi underpotensial dengan reaksi
redoks adsorpsi-desorpsi reversibel. Untuk kapasitor kuasi Faraday, proses penyimpanan
muatan mencakup penyimpanan pada lapisan ganda dan reaksi redoks antara ion elektrolit
dan bahan aktif. Ketika ion-ion dalam elektrolit (seperti H+, OH−, K+, atau Li+) menyebar dari
larutan ke antarmuka elektroda / larutan di bawah aksi medan listrik yang diterapkan,
mereka akan memasuki fase curah oksida aktif pada permukaan elektroda melalui reaksi
redoks pada antarmuka, menghasilkan penyimpanan sejumlah besar muatan dalam
elektroda. Selama proses pelepasan, ion-ion yang memasuki oksida ini akan dikembalikan ke
elektrolit melalui kebalikan dari reaksi redoks di atas, dan muatan yang tersimpan dilepaskan
melalui sirkuit eksternal. Ini adalah mekanisme pengisian dan pengosongan kapasitor kuasi
Faraday. Beberapa pseudokapasitor dengan mekanisme penyimpanan muatan yang berbeda
ditunjukkan di sisi kiri Gambar3. Kapasitor semu dapat menyimpan muatan melalui
elektroporasi, reaksi redoks, atau interkalasi, memungkinkannya memiliki kapasitansi dan
kepadatan energi yang lebih tinggi daripada EDLC. Perlu dicatat bahwa pseudokapasitor
tidak memiliki karakteristik yang sama dengan baterai biasa karena mengalami reaksi redoks
permukaan, berbeda dengan baterai, di mana reaksi redoks dilakukan pada sebagian besar
bahan elektroda. Ketika pseudocapacitor berulang kali digunakan untuk pengisian dan
pengosongan, mereka menjadi lebih cepat habis daripada EDLC.
Pseudocapacitance dapat dihasilkan pada permukaan elektroda dan di dalam seluruh
elektroda; dengan demikian, kapasitansi yang lebih tinggi dan kepadatan energi yang lebih tinggi
dapat diperoleh dibandingkan dengan EDLC. Dengan area elektroda yang sama, kapasitansi
pseudokapasitor bisa 10-100 kali kapasitansi lapisan ganda listrik. Secara umum, pseudokapasitor,
yang dikategorikan berdasarkan oksida logam dan polimer konduktif, mewakili resistivitas tinggi,
mengakibatkan transpor elektron yang tidak efisien dalam proses elektrokimia dan densitas daya
yang rendah. Selain itu, dibandingkan dengan jumlah siklus (puluhan ribu) EDLC, masa pakai
kapasitor semu buruk. Untuk mengurangi resistansi kontak antarmuka dan meningkatkan
kapasitansi spesifik, solusi yang umum digunakan adalah bahan elektroda nanometer [14,15] atau
menyiapkan bahan elektroda dengan morfologi dan struktur khusus untuk mengurangi jarak
difusi ion elektrolit dan jarak konduksi elektron [16,17]. Selain itu, bahan elektroda dapat
ditumbuhkan dengan baik pada substrat konduktif untuk menyiapkan superkapasitor bebas
pengikat [18,19].
1.1.3. Kapasitor Hibrid
Teknologi kapasitor hibrida bertujuan untuk mencapai kinerja tinggi dengan menggabungkan
keunggulan EDLC dan kapasitor semu. Namun, SC memiliki kepadatan energi yang lebih rendah daripada
baterai dan sel bahan bakar, yang merupakan tantangan utama dalam skenario saat ini. Perkembangan terbaru
dalam bahan elektroda untuk SCs berfokus pada peningkatan kerapatan energinya, yang melibatkan
pengembangan bahan elektroda dengan kapasitansi spesifik (F/g) yang sangat tinggi yang memungkinkan sel
beroperasi pada voltase yang lebih tinggi. Superkapasitor hibrid atau asimetris menghasilkan kapasitansi yang
lebih tinggi menggunakan elektroda yang terbuat dari EDLC dan bahan pseudokapasitif lainnya. Tegangan yang
lebih tinggi diterapkan pada elektroda yang terbuat dari bahan Faradaic menyebabkan jendela potensi operasi
yang luas untuk aplikasi kinerja tinggi. Elektroda hibrida
Bahan nano2022,12, 3708
6 dari 36
material, yang memanfaatkan keunggulan penyimpanan muatan EDLC dan Faradic, juga membantu
mengembangkan perangkat penyimpanan energi berkinerja tinggi.
1.2. Karbon Nanotube
Carbon nanotubes (CNTs) adalah salah satu alotrop karbon yang memiliki struktur nano kolumnar
berbasis fullerene. Kroto dan Smalley menemukan fullerene pada tahun 1985, sedangkan CNT
ditemukan oleh Iijima pada tahun 1991. CNT memiliki struktur satu dimensi (1D), konduktivitas yang
sangat baik, porositas tinggi, dan stabilitas mekanik dan kimia yang sangat baik dalam superkapasitor,
sehingga banyak digunakan sebagai kapasitor aktif. bahan elektroda [20,21]. CNT diklasifikasikan
menjadi tabung nano karbon berdinding tunggal (SWCNT) atau tabung nano karbon berdinding banyak
(MWCNT) menurut morfologi strukturalnya.
1.2.1. Nanotube Karbon Dinding Tunggal (SWCNTS)
Luas permukaan spesifik dan ukuran pori elektroda CNT mempengaruhi kinerja elektrokimia.
SWCNT memiliki luas permukaan spesifik yang lebih besar dan kapasitansi spesifik yang lebih baik
daripada MWCNT [22–24]. Zhu dkk. [25] menyajikan struktur tabung nano core-shell CNTs@NiCo-LDH
yang tertata dengan baik secara hierarkis (Gambar4). Tidak seperti perangkat konvensional, struktur unik
ini menunjukkan sifat elektrokimia yang sangat baik dan kerapatan material serta desain struktural yang
wajar. CNT dalam struktur core-shell secara efektif mengurangi jalur difusi ion elektrolit dan
memecahkan masalah lambatnya laju transpor ion NiCo-LDH eksternal. Selain itu, struktur internal pori
penukar ion dikembangkan untuk mengurangi efek penyusutan volumetrik selama pengisian dan
pengosongan multisiklus. Struktur inti-cangkang berbasis CNT menunjukkan kapasitansi spesifik yang
sangat baik dari 1 A g−1hingga 176,33 mAh g−1. Selain itu, superkapasitor buatan menunjukkan
kerapatan energi tinggi sebesar 37,38 Wh kg−1pada 800 W kg−1dan stabilitas bersepeda yang sangat baik
(retensi 90,2% setelah 5200 siklus).
Hsieh et al. [26] menyajikan CoMn2HAI4(CMO) elektroda nanosheet yang dilapisi pada tabung nano
karbon yang ditanam pada jaring baja tahan karat (SSM) sebagai elektroda untuk superkapasitor
menggunakan pengendapan uap kimia. CNT menyediakan banyak ruang tiga dimensi untuk
menumbuhkan lembar nano CMO dan mencegah konduksi karena aglomerasi. Mereka menciptakan
cacat untuk elektrodeposisi lebih lanjut dari lembar nano CMO melalui pengendapan uap kimia pada
SSM. CMO elektrodeposisi menunjukkan bentuk yang menguntungkan dengan mengontrol waktu
deposisi, dan kinerja kapasitansi spesifik yang sangat baik dapat diperoleh. CMO elektrodeposisi
menunjukkan potensi oksidasi kobalt yang tinggi dan kemampuan transpor elektron mangan yang
cepat. CMO yang ditanam pada CNT dan SSM menghambat penggunaan bahan pengikat atau aditif dan
mencegah resistensi yang tidak diinginkan. Elektroda CMO/CNT bebas pengikat menunjukkan
kapasitansi spesifik yang sangat baik sebesar 732 F/g−1dengan laju pemindaian 2 mV/dtk. Selain itu,
ketika superkapasitor asimetris (ASC) menggunakan jaringan hibrida seperti katoda dan karbon aktif (AC)
sebagai anoda, kepadatan energi adalah 47,39 W/kg−1, kerapatan daya adalah 400 Wh/kg−1, dan daya
gagal setelah 5000 siklus Ini menunjukkan stabilitas yang baik dari kapasitas pemeliharaan 77%.
Resistansi seri ekivalen (ESR) harus diminimalkan untuk superkapasitor berdaya tinggi. Ketika CNT murni
digunakan sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor, luas permukaan yang sesuai dengan lubang
yang ditumpuk di antara CNT terutama digunakan. Secara umum, luas permukaan internal CNT tidak
dapat digunakan, tetapi kapasitansi spesifik dapat ditingkatkan dengan memodifikasi permukaan
internal. Metode yang paling umum adalah mengaktifkan CNT menggunakan larutan asam atau basa.
Penelitian sebelumnya telah menggunakan asam nitrat 10% berat [27], campuran asam nitrat dan asam
sulfat pekat (1:3) [28,29] atau larutan basa seperti KOH [30,31] atau NaOH [32–34]. Dengan cara ini, luas
permukaan spesifik dan volume pori sangat meningkat.
Bahan nano2022,12, 3708
7 dari 36
(A)
(C)
(e)
(B)
(D)
(F)
Gambar 4.(A) Array CNT turunan ZIF-8. (B) CNTs@NiCo-LDH core-shell nanotube arrays. (C)
Gambar TEM dari array nanotube core-shell CNTs@NiCo-LDH . (D) Gambar HRTEM dari array
nanotube core-shell CNTs@NiCo-LDH yang disintesis dan pemetaan Elemen. (e) Kurva CV tipikal
dari susunan nanotube core-shell CNTs@NiCo-LDH pada 5 mV s−1. (F) Kapasitas spesifik dari
CNTs@NiCo-LDH //ZIF-8 turunan karbon ASC yang telah disiapkan pada kepadatan arus yang
berbeda. Direproduksi dengan izin [25] Hak Cipta © 2022, Jurnal Teknik Kimia.
1.2.2. Nanotube Karbon Multi-Dinding (MWCNT)
Sebuah mekanisme dimana MWCNTs dari struktur yang berbeda diaktifkan dengan KOH dan
NaOH juga telah dilaporkan [35]. NaOH yang digunakan hanya efektif pada struktur yang tidak
teratur, tetapi KOH menunjukkan efektif pada semua struktur. Dimulai dengan reaksi redoks
antara KOH atau NaOH, proses aktivasi kimia menghasilkan logam K, Na, dan logam karbonat (K2
BERSAMA3atau Na2BERSAMA3). Frakoviak dkk. [36] mengembangkan nanotube karbon multidinding murni (MWCNTs) murni yang sangat maju menggunakan aktivasi kimia KOH. Bahan
nanotube mesopori banyak digunakan secara elektrokimia karena mikroporositas permukaannya.
Para peneliti menemukan bahwa ketika rasio KOH/C adalah 4:1, bahan yang diaktifkan memiliki
morfologi tabung nano dengan volume mikropori yang sangat meningkat sambil
mempertahankan sifat mesoporinya. MWCNT yang teraktivasi ini telah digunakan sebagai bahan
elektroda untuk superkapasitor dalam media asam, basa, dan aprotik. Hasilnya, kapasitansi
meningkat 7 kali lipat dari 15 F/g−1untuk nanotube yang tidak aktif hingga 90 F/g−1melalui aktivasi
kimia. Gupta dkk. [37] menyiapkan nanotube karbon polianilin(PANI)/dinding tunggal
Bahan nano2022,12, 3708
8 dari 36
(SWCNT) melalui polimerisasi elektrokimia dan mempelajari sifat kapasitif dan daya
energinya. Elektroda yang menggunakan komposit PANI/SWCNT menunjukkan kapasitansi
spesifik, energi spesifik, dan daya spesifik yang jauh lebih tinggi daripada PANI dan SWCNT
murni. SWCNT yang dihias dengan 73 wt% PANI memiliki kapasitansi spesifik, daya spesifik,
dan energi spesifik tertinggi sebesar 485 F g−1, 228 Wh kg−1dan 2250 W kg−1. Dipastikan
bahwa kapasitansi spesifik yang diinginkan dapat diperoleh dengan mengontrol struktur
mikro material komposit PANI/SWCNT.
Kapasitansi spesifik dapat ditingkatkan melalui penguatan kimia dengan menambahkan
gugus fungsi redoks aktif ke CNT. Namun, oksidasi yang berlebihan mengurangi konduktivitas dan
mengurangi siklus hidup. Xia dkk. [38] membuat superkapasitor hibrida PANI/CNT dengan struktur
nano inti-cangkang. Hibrida inti-cangkang PANI/CNT menunjukkan tingkat tinggi 1005 F g−1dalam
1 MH2JADI4elektrolit pada 2,0 A g−1. Kapasitansi spesifik yang ditingkatkan sebesar 1547 F g−1juga
dicapai dengan menambahkan Fe3+/. Menggunakan 0,02 M Fe3+/Fe2+sebagai redoks, peningkatan
kapasitansi spesifik 1128 F g−1diperoleh. Superkapasitor fleksibel dibuat dengan PVA/H2JADI4/Fe3+/
Fe2+elektrolit gel memberikan kepadatan energi 22,9 Wh kg−1pada kerapatan daya 700,1 W kg−1.
Lee dkk. [39] Komposit disiapkan dengan mendekorasi permukaan CNT dengan MoO3dan MnO2.
Dalam hal luas permukaan spesifik, MoO3@CNT ditingkatkan menjadi 68 m2G−1dan MnO2@CNT ke
343 m2G−1, dan tingkat retensi kapasitansi dipertahankan pada 96,8% pada 5 A g−1bahkan setelah
10.000 siklus. Melenguh3@CNT dan MnO2Komposit @CNT masing-masing digunakan sebagai
katoda dan katoda, memberikan kemungkinan pengembangan perangkat penyimpanan energi
yang aman dan murah dengan porositas tiga dimensi dan konduktivitas yang baik.
Karena sifatnya yang menarik dan kemungkinan bahwa mereka akan berperilaku mirip dengan
graphene, karbon nanotube (CNT) menjadi bahan elektroda yang lebih umum dalam aplikasi
superkapasitor. Karena area kecil struktur atomnya, tabung nano karbon (CNT) dianggap sebagai bahan
yang sangat padat daya. Masalah lain dengan CNT yang menyebabkan kontaminasi juga merupakan
penghalang untuk pengadopsiannya; hal ini dapat diatasi dengan menambahkan langkah-langkah pada
proses manufaktur untuk meningkatkan kualitas produksi. CNT (atau, dalam beberapa kasus, graphene)
dapat digunakan untuk meningkatkan konduktivitas dan struktur karbon aktif/elektroda lainnya.
1.3. Turunan Grafena
Graphene pertama kali diisolasi pada tahun 2004 oleh fisikawan Rusia Geim dan Novoselov
dengan menempelkan selotip ke ujung pensil dan berulang kali mengelupas bubuk grafit yang
menempel pada selotip dengan selotip kaca. Graphene adalah bahan yang menarik dengan
berbagai aplikasi potensial. Kisi heksagonal graphene terdiri dari satu lapisan atom karbon.
Graphene baru-baru ini menarik perhatian luar biasa karena luas permukaan spesifiknya yang
tinggi dan konduktivitas listrik yang sangat baik. Khususnya, elektron dapat bergerak secara
balistik dalam sp2-ikat lapisan graphene pada kecepatan 15.000 m2V−1S−1pada suhu kamar tanpa
terhambur, membuka bidang studi baru untuk aplikasi elektrokimia [40]. Ada beberapa turunan
graphene yang berbeda, masing-masing dengan sifat unik. Misalnya, graphene oxide (GO) lebih
stabil secara kimia daripada graphene, membuatnya ideal untuk aplikasi tertentu. Demikian pula,
oksida graphene tereduksi (rGO) lebih konduktif secara elektrik, sehingga cocok untuk perangkat
elektronik. Ada banyak aplikasi potensial untuk turunan graphene dan graphene. Karena sifat-sifat
ini, turunan graphene seperti graphene oxide (GO) dan pengurangan graphene oxide (rGO) banyak
digunakan dalam dioda pemancar cahaya, layar sentuh, transistor efek medan, sel surya,
superkapasitor, baterai, dan sensor [41,42]. Selain itu, graphene menunjukkan kemampuan
penyimpanan energi yang tinggi dengan membentuk kompleks dengan berbagai bahan elektroda
seperti oksida logam, polimer konduksi, karbon nanotube, dan karbon aktif. Graphene berpotensi
menjadi bahan yang cocok untuk superkapasitor. Bahan ini memiliki konduktivitas dan luas
permukaan yang tinggi, sehingga ideal untuk menyimpan dan melepaskan energi listrik. Selain itu,
graphene kuat dan stabil serta dapat menahan pengisian dan pengosongan berkali-kali tanpa
mengurangi bentuk atau integritasnya. Graphene memiliki luas permukaan spesifik yang luar
biasa tinggi hingga 2630 m22G−1, memiliki sangat
Bahan nano2022,12, 3708
9 dari 36
kapasitansi teoretis tinggi (area) hingga 550 F g−1, dan menghantarkan listrik dengan sangat baik; karakteristik
ini menjadikannya kandidat yang baik untuk superkapasitor. Elektroda graphene yang lebih sedikit ditumpuk
memiliki gangguan yang lebih tinggi, dan banyak situs cacat yang tersedia (bidang tepi) membantu
meningkatkan kapasitansi superkapasitor graphene. Ada kemungkinan bahwa graphene dapat dibongkar, atau
setidaknya ditumpuk menjadi satu lembar, tetapi sulit untuk menjaganya tetap tidak tertumpuk saat merakit
perangkat dan menerapkan perangkat tersebut. Gao dkk. [43] mensintesis kerangka kerja graphene tiga
dimensi (3DGF) berorientasi yang menyerupai kertas tetapi dengan permukaan yang berorientasi, makropori,
dan bagian yang saling berhubungan yang dibuat menggunakan perakitan pesanan yang diarahkan oleh
templat keras. 3DGF menunjukkan luas permukaan spesifik yang tinggi sebesar 402,5 m2/g, yang
memungkinkan seseorang untuk menentukan jumlah pori, dan secara mekanis fleksibel untuk aplikasi sebagai
elektroda superkapasitor. Pendekatan sintesis memberikan ukuran pori yang terkontrol dan struktur laminar
homogen dari mikrosfer polistiren, yang memberikan cara yang efisien untuk menghasilkan 3DGF dengan
tingkat kontrol yang tinggi terhadap ukuran dan orientasi pori (Gambar5). Ini memiliki kapasitansi spesifik tinggi
95 F/g pada 0,5 A/g, memungkinkan peningkatan kemampuan laju. Yan dkk. [44] mengembangkan graphene
nanospheres (GNS) dengan menggabungkan pemisahan template dengan pemanasan gelombang mikro dan
lapisan karbon grafitisasi untuk membentuk nanosfer graphene berongga. Kemajuan dalam graphene yang
disintesis membantu memaksimalkan kinerja lebih lanjut. Material GNS dengan luas permukaan spesifik 2794 m
2G−1dapat
memberikan kapasitansi lebih tinggi dari 529 F g−1pada 1 Ag−1dan memiliki retensi kapasitansi 62,5%
dalam catu daya berkelanjutan. Graphene dikembangkan dengan jarak interlayer yang melebar, cacat, dan
jembatan graphene yang terhubung, yang membantu elektroda menghasilkan kinerja elektrokimia yang unggul
[45]. Wen dkk. [46] merancang film komposit berbasis MXene dengan konten graphene berbeda yang berhasil
dicetak ke film graphene tipis menggunakan pencetakan inkjet. Elektroda komposit graphene mempertahankan
konduktivitas matriks yang sangat baik
itu sendiri, tetapi mereka juga menunjukkan jarak antar lapisan yang besar, yang mengurangi jalur
pengangkutan elektrolit untuk sampai ke elektroda. Efek penumpukan sendiri dari MXene ditingkatkan
dengan memasukkan nanosheet graphene ke dalam struktur MXene. Dimungkinkan untuk mencapai
kapasitansi yang sangat tinggi sebesar 183,5 F cm−3, dan superkapasitor yang dirakit menggunakan
elektroda tersebut mencapai kerapatan energi luar biasa sebesar 0,53 MWhcm−2. Untuk mencegah efek
penumpukan yang mungkin dimiliki lembaran graphene ketika ditumpuk satu sama lain, spacer seperti
oksida logam dan bahan konduktif disisipkan di antara dua lapisan graphene agar lebih mudah diakses
oleh elektrolit dan situs elektroaktif lainnya.
(A)
(D)
(B)
(e)
(C)
(F)
Gambar 5.(A) Ilustrasi skema persiapan elektroda bebas pengikat. (B) Mikrograf SEM perbesaran rendah dari
permukaan 3DGF. (C) Gambar TEM 3DGF (pembesaran tinggi). (D) Kurva CV 3DGF pada berbagai tingkat
pemindaian. (e) Kurva CV komparatif 3DGF dan GF800 pada kecepatan pindai 50 mV/s. (F) Menghitung
kapasitansi spesifik 3DGF dan GF800 pada berbagai kepadatan arus. Direproduksi dengan izin [44] Hak Cipta ©
2022 Elsevier BV Semua hak dilindungi undang-undang.
Bahan nano2022,12, 3708
10 dari 36
1.3.1. Grafena Oksida (GO)
GO adalah materi yang akhir-akhir ini banyak menarik perhatian karena aplikasi potensialnya di
berbagai bidang. GO adalah satu lapisan atom karbon yang telah teroksidasi atau ditambahkan atom
oksigen. Ini menghasilkan penambahan atom oksigen ke kisi karbon. GO dibuat dengan mengelupas
grafit dalam asam kuat. Bahan yang dihasilkan adalah lembaran karbon setebal satu atom dengan atom
oksigen terikat pada atom karbon pada lembaran. Salah satu hal yang paling menonjol tentang
graphene oxide adalah fleksibilitasnya. Ini membuatnya ideal untuk aplikasi dengan fleksibilitas penting,
seperti perangkat elektronik. Graphene oxide lebih stabil secara kimia daripada graphene, artinya lebih
kecil kemungkinannya untuk terurai seiring waktu. Stabilitas ini menjadikannya bahan yang menjanjikan
untuk penyimpanan energi jangka panjang dan aplikasi lain yang mengutamakan daya tahan. Graphene
oxide kurang konduktif daripada graphene, tetapi masih merupakan konduktor listrik yang baik. Tian
dkk. [47] menggunakan penyebar homogen berkecepatan tinggi untuk mengelupas area grafit yang
sangat luas dan menambahkan aditif berbiaya rendah untuk membuat lembaran nano graphene/
graphene oksida. Komposit yang disiapkan dari graphene dan graphene oxide nanosheets memiliki sifat
elektrokimia yang lebih baik (kapasitansi spesifik 483 F g−1pada 1 Ag−1). Sifat elektrokimia dari bahan
komposit menunjukkan bahwa mereka bekerja dengan baik dalam aktivitas elektrokimia, yang dianggap
berasal dari struktur 3D, konduktivitas tinggi, luas permukaan spesifik yang tinggi, dan homogenitas. Li
dkk. [48] merancang dan melaksanakan studi yang mengevaluasi berbagai jalur degradasi yang
dihasilkan dari inhibitor berbasis GO (htrGO) yang direduksi secara hidrotermal. Mereka secara
sistematis mempelajari tingkat oksidasi awal berbeda yang ada dalam struktur htrGO. Efek oksidasi awal
pada perilaku penyimpanan energi material ditunjukkan dengan menganalisis sifat permukaan dan
antarmukanya. Mereka menyiapkan struktur kerangka terbuka yang menjangkau skala panjang berbeda
yang memfasilitasi konduktansi/transportasi ion, meningkatkan kepadatan gugus fungsi yang
mengandung oksigen pada permukaan struktur ini. Struktur yang diperoleh dengan mengoptimalkan
GO dapat menghasilkan 330 F g−1pada 1 Ag−1.
1.3.2. Mengurangi Grafena Oksida (rGO)
GO berkurang graphene oxide (rGO) ketika atom oksigen dihilangkan. Proses ini dapat
dicapai dengan menggunakan berbagai teknik, seperti reduksi termal, reduksi kimia, atau reduksi
elektrokimia. Reduksi termal adalah metode yang paling umum dan melibatkan pemanasan GO
dalam atmosfer lembam, seperti nitrogen atau argon. Sahu dkk. [49] mensintesis graphene oxide
nanoribbons (LRGONR) tereduksi lacey dengan membuka ritsleting MWCNT secara kimiawi dengan
bantuan zat pengoksidasi kuat. Itu memperoleh hasil kapasitansi spesifik tinggi dari kombinasi EDL
dan pseudokapasitas dari kelompok permukaan yang berhubungan dengan oksigen di bidang
tepi. Ditemukan bahwa menghapus lapisan graphene dengan lubang di dalamnya akan
meningkatkan aksesibilitas elektrolit dari graphene tetapi juga menyebabkannya menjadi berlapis
untuk membuat beberapa deformasi atau puntiran graphene. Karena sifat struktural yang
ditingkatkan, LRGONR di H2JADI4memiliki kepadatan energi yang sangat tinggi (15,06 W · h · kg−1)
dengan kerapatan daya 807 W kg−1.
Baru-baru ini, dimungkinkan untuk menghasilkan graphene atau mengurangi graphene
oxide (rGO) dengan bantuan beberapa reaksi kimia sederhana menjadi superkapasitor atau
bahan perangkat penyimpanan energi lainnya. Mengemas ulang lapisan graphene/rGO
melalui interaksi nonkovalen merupakan masalah serius saat mengembangkan kapasitor
lapisan dispersi elektrolit (EDL) berdasarkan graphene atau rGO yang disintesis. Graphene
dan rGO yang belum disintesis secara kimia bersifat hidrofobik dan tidak mudah dibasahi.
Sampel graphene dan rGO yang dihasilkan dari sintesis kimiawi bersifat hidrofilik dan
menunjukkan sifat pembasahan yang baik. Interaksi hidrofobik antara graphene dan rGO
adalah alasan utama lapisan graphene/rGO ditumpuk kembali [50]. Susun ulang lapisan
tetangga dapat merusak kinerja kapasitif kapasitor karena area elektrolit yang tersedia untuk
pembentukan elektrolit berkurang, dan ion dalam larutan terdispersi lebih kuat. Ketika
lapisan tetangga ditumpuk kembali, ini menyebabkan penurunan konduktivitas listrik
kapasitor karena berkurangnya area efektif untuk elektrolit dan peningkatan resistensi difusi
untuk ion. Beberapa upaya telah dilakukan untuk mencegah penumpukan lapisan tetangga
Bahan nano2022,12, 3708
11 dari 36
dan untuk meningkatkan kapasitansi kapasitor berbasis EDL. Memfungsikan graphene / rGO
dengan bagian fungsional hidrofilik akan mencegah pembentukan muatan statis dan
meningkatkan keterbasahan permukaan. Fungsionalisasi semacam itu dapat secara signifikan
meningkatkan kinerja kapasitansi.
Nanomaterial berbasis graphene tidak tersedia secara komersial dalam jumlah besar yang
dibutuhkan untuk aplikasi industri. Perlu dicatat bahwa kinerja tergantung pada kemurnian dan ukuran
lembaran grafit, dan metode produksi yang memungkinkan kemurnian sangat tinggi juga memiliki biaya
tinggi dan hasil yang rendah. Hal ini dapat dikurangi dengan mereduksi graphene oxide (karena lebih
mudah dibuat dan lebih murah), yang lebih mudah dibuat dalam jumlah besar (walaupun sifat-sifatnya
masih akan terpengaruh). Namun, para peneliti bekerja untuk mengatasi tantangan tersebut. Terlepas
dari tantangan yang terkait dengan penggunaannya, para ilmuwan berusaha keras untuk membuatnya
bekerja secara efisien. Graphene bisa menjadi komponen kunci dari perangkat penyimpanan energi
baru. Superkapasitor hibrida berbasis graphene sangat menarik bagi para peneliti karena sifat khusus
mereka. Para peneliti sedang berupaya meningkatkan kepadatan energi untuk aplikasi superkapasitor
dan mengurangi biayanya. Teknologi masa depan untuk superkapasitor berbasis graphene akan menjadi
penting dalam mengembangkan sistem penyimpanan energi.
1.4. Karbon aktif
Di antara berbagai bahan elektroda untuk superkapasitor, elektroda karbon aktif sangat cocok untuk
pengembangan superkapasitor karena memberikan luas permukaan spesifik yang besar, stabil dalam sifat fisik dan
kimia, menghantarkan listrik dengan baik, dan murah. Namun, karena luas permukaan spesifik dari bahan karbon aktif
yang khas adalah sekitar 1000-1500 m2G−1, dan kapasitansi spesifiknya rendah, sehingga ada batasan untuk penerapan
bahan kutub lapis ganda elektrik berkapasitas sangat tinggi. Oleh karena itu, fokus utama penelitian sampai saat ini
adalah optimalisasi struktur pori, kontrol morfologi, dan modifikasi permukaan karbon aktif untuk mendapatkan
kapasitansi spesifik yang lebih tinggi. Karbon aktif dengan luas permukaan spesifik yang tinggi umumnya dibuat dari
prekursor organik yang dikarbonisasi kaya karbon dengan gas inert (tahap perlakuan panas) dan dioksidasi secara
selektif dalam karbon dioksida, uap air, atau KOH (tahap aktivasi) untuk mendapatkan permukaan spesifik yang tinggi.
luas dan volume pori. Setelah tahap aktivasi, karbon aktif memiliki struktur jaringan berpori, dan ukuran pori rata-rata
karbon aktif dapat meningkat dengan bertambahnya waktu atau suhu aktivasi untuk meningkatkan luas permukaan
yang dapat diakses. Kapasitas adsorpsi karbon aktif yang besar dikaitkan dengan luas permukaan spesifik yang besar
yang disediakan oleh struktur rongga. Beberapa adsorpsi dapat terjadi pada permukaan bagian dalam makropori
(berukuran >50 nm), dan molekul yang teradsorpsi memasuki karbon aktif melalui makropori. Jumlah makropori
terutama mengontrol laju adsorpsi. Mesopori (2–50 nm) memiliki fungsi yang sama dengan makropori dan menyerap
makromolekul yang tidak dapat memasuki mikropori (<2 nm) [ dan molekul yang teradsorpsi memasuki karbon aktif
melalui makropori. Jumlah makropori terutama mengontrol laju adsorpsi. Mesopori (2–50 nm) memiliki fungsi yang
sama dengan makropori dan menyerap makromolekul yang tidak dapat memasuki mikropori (<2 nm) [ dan molekul
yang teradsorpsi memasuki karbon aktif melalui makropori. Jumlah makropori terutama mengontrol laju adsorpsi.
Mesopori (2–50 nm) memiliki fungsi yang sama dengan makropori dan menyerap makromolekul yang tidak dapat
memasuki mikropori (<2 nm) [51]. Mikropori karbon aktif terutama bertanggung jawab untuk fungsi adsorpsi dan
membantu meningkatkan kinerja elektrokimia. Namun, jika diameter pori terlalu kecil, resistansi internal meningkat,
memperlambat gerakan elektrolit di dalam pori.
Karbon aktif dapat diperoleh dari berbagai bahan baku. Bahan prekursor umum untuk
menyiapkan karbon aktif termasuk bahan kayu (termasuk semua jenis kayu [52–54], bambu [
55–57], dan kanji [58–60]), limbah dari industri pertanian dan makanan (seperti tempurung
kelapa [61–63], kulit kenari [64,65], kulit kakao [66,67], kulit pisang [68–70], kulit kacang [71,
72], sekam padi [73,74], ampas tebu [75,76], dan daun teh [77,78]), bahan berbasis batubara
(antrasit [79,80], aspal [81,82], dan lignit [83–85]), bahan minyak bumi (minyak kokas [50–52,
86–88], kokas jarum [53–55,89–91], melempar [56–58,92–94], dan residu minyak bumi [59–61,
95–97]), dan bahan plastik (resin fenolik [62–64,98–100] dan poli(vinilidena klorida) [65–67,101
–103]). Bahan prekursor yang berbeda secara langsung mempengaruhi struktur karbon aktif
yang disiapkan. Selain itu, tahap aktivasi sangat penting dalam pembuatan karbon aktif, yang
menentukan diameter pori dan luas permukaan spesifik karbon aktif dan secara langsung
mempengaruhi kinerja elektrokimianya. Metode aktivasi yang umum digunakan adalah fisik
atau kimia. Metode aktivasi fisik
Bahan nano2022,12, 3708
12 dari 36
juga disebut aktivasi gas. Menggunakan uap air, gas buang (komponen utamanya adalah CO
2), gas yang mengandung oksigen, atau gas campuran seperti udara sebagai aktivator, dan
diaktifkan melalui kontak dengan bahan berkarbonisasi pada suhu tinggi (di atas 600◦C) atau
diaktifkan oleh dua aktivator. Hasilnya, produk karbon aktif dengan luas permukaan spesifik
yang besar dan pori-pori yang berkembang dengan baik dihasilkan. Melalui reaksi gasifikasi,
pori-pori tertutup dari bahan karbonat dibuka dan diperbesar, dinding pori dibakar, dan
struktur tertentu diaktifkan secara selektif untuk menghasilkan pori-pori baru. Pembentukan
pori-pori pada karbon aktif berkaitan erat dengan derajat oksidasi karbon. Dalam kisaran
tertentu, tingkat gasifikasi yang lebih dalam antara gas aktif dan bahan karbonisasi
menghasilkan luas permukaan spesifik karbon aktif yang lebih besar yang menghasilkan
pori-pori yang lebih berkembang dan kinerja adsorpsi yang lebih baik. Metode aktivasi fisik
melibatkan proses produksi yang sederhana dan tidak mengalami masalah seperti korosi
peralatan dan pencemaran lingkungan.
Dalam metode aktivasi kimia, bahan baku dan larutan pekat aktivator biasanya
dicampur dan direaksikan. Bahan baku campuran dikeringkan, dipanaskan, dan dipirolisis
dalam tungku aktivasi. Produk pirolisis diekstraksi untuk menghilangkan aktivator dan
mendapatkan produk karbon aktif. Aktivator yang biasa digunakan adalah H3PO4[104,105], H
2JADI4[106,107], CaCl2[108,109], NaOH [110,111], ZnCl2[112,113], dan KOH [114,115]. Metode
aktivasi kimia dapat menguraikan dan memisahkan hidrogen dan oksigen yang terkandung
dalam hidrokarbon dalam bahan baku dalam bentuk air, sehingga secara signifikan
mengurangi suhu karbonisasi. Berdasarkan dua metode aktivasi ini, microwave [116–118]
dan karbonisasi terus menerus [119–121] metode aktivasi telah dikembangkan. Metode ini
memiliki efisiensi termal yang lebih tinggi, memungkinkan pemanasan material yang
seragam, menghasilkan lebih sedikit polusi, dan memerlukan suhu karbonisasi yang rendah.
Luas permukaan spesifik merupakan faktor penting dalam menentukan sifat elektrokimia
karbon aktif. Dalam kasus luas permukaan konstan, kapasitansi spesifik karbon aktif meningkat
dengan peningkatan luas permukaan spesifiknya [122–124]. Lu dkk. [125] menyiapkan karbon aktif
mesopori untuk superkapasitor berperforma tinggi menggunakan jerami jagung. Karbon aktif
berbahan dasar jerami jagung memberikan kapasitansi spesifik yang tinggi yaitu 202,188 F g−1
pada kerapatan arus 1 A g−1dalam elektrolit cair organik dan ionik. Ini jauh lebih baik daripada
karbon aktif komersial YP50 (51 Wh kg−1). Oleh karena itu, dapat dilihat bahwa bahan karbon
dengan mesopori optimal melalui aktivasi menunjukkan karakteristik berbiaya rendah dan
berperforma tinggi sebagai bahan EDLC.
Namun, teori bahwa kapasitansi spesifik karbon aktif meningkat dengan peningkatan
luas permukaan spesifik tidak selalu akurat karena efek ukuran ionik (seperti jari-jari ionik
atau jari-jari Stokes) [126] dan kapasitansi spesifik permukaan mikropori dan permukaan luar
berbeda [127]. Barbieri dkk. [128] menyelidiki hubungan antara kapasitansi spesifik dan luas
permukaan berbagai bahan karbon. Dapat dilihat bahwa kapasitansi bahan karbon tidak
meningkat secara linier dengan bertambahnya luas permukaan spesifik, dan kapasitansi
cenderung stabil ketika luas permukaan spesifik 1200 m2G−1atau lebih. Oleh karena itu,
dengan meningkatnya luas permukaan spesifik, dinding pori tidak dapat menampung jumlah
muatan yang sama pada potensial elektroda yang diberikan, dan kapasitansi gravimetri
jenuh dengan meningkatnya luas permukaan spesifik.
Salah satu faktor kunci yang menentukan bahan karbon aktif EDLC adalah distribusi ukuran
pori. Dolas dkk. [129] menciptakan karbon aktif dari cangkang pistachio yang diaktifkan secara fisik
setelah aktivasi kimia. Setelah menghamili cangkang pistachio dengan ZnCl2, larutan HCl
diimpregnasi untuk membentuk struktur mesopori halus. Karbon aktif dengan luas permukaan
spesifik terbesar dihasilkan dari cangkang pistachio yang diresapi dengan larutan garam 40%.
Semakin besar ukuran pori, semakin sedikit energi yang disimpan dalam karbon aktif, tetapi
semakin cepat energi dapat ditransfer. Oleh karena itu, karbon aktif dengan ukuran pori yang
besar cocok untuk diaplikasikan pada superkapasitor berdaya tinggi. Selanjutnya, Talreja et al. [130
]. melaporkan karbon aktif berbasis fenol-formaldehida-resin dengan ukuran pori karbon
terkontrol. Ion logam (Fe+, Zn+) digunakan sebagai templat, dan ukuran pori dikontrol dalam
kisaran 2–50 nm dengan mengubah ion logam. Zn-karbon
Bahan nano2022,12, 3708
13 dari 36
partikel menunjukkan kapasitansi spesifik yang tinggi dari ion 152 Fg−1karena mesopori
yang tinggi. Superkapasitor yang terdiri dari partikel Fe/Zn-karbon memiliki kerapatan
energi maksimum 64 Wh kg−1dan kerapatan daya maksimum 709 kW kg−1. Dari sini,
terlihat bahwa karbon aktif dengan distribusi ukuran pori terkontrol meningkatkan
difusi cepat elektrolit dan kinerja superkapasitor.
Umumnya, ketika microporousness sangat tinggi, sulit untuk melewatkan ion elektrolit,
mengakibatkan resistansi internal yang berlebihan. Di sisi lain, makroporositas yang sangat tinggi
berkontribusi pada kecilnya luas permukaan spesifik dan kecilnya kapasitas spesifik; dengan demikian,
distribusi ukuran pori secara langsung mempengaruhi kinerja elektrokimia material. Karbon mesopori
terurut (OMC) merupakan jenis material karbon dengan luas permukaan spesifik dan porositas yang
tinggi. Ukuran pori-pori dapat disesuaikan dalam kisaran tertentu, dan pori-pori meso memiliki berbagai
bentuk. Karbon mesopori terurut (OMC) merupakan jenis material karbon dengan luas permukaan
spesifik yang tinggi dan porositas yang tinggi. Ukuran pori-pori dapat disesuaikan dalam kisaran
tertentu, dan pori-pori meso memiliki berbagai bentuk. Mesopori ini memfasilitasi
transportasi ion yang cepat dan berskala besar (Gambar6).
(e)
Gambar 6.(A–D) Sintesis solidothermal dari karbon mesopori yang dihias dengan nitrogen dengan
area permukaan yang luas dianalisis dengan karakterisasi TEM, (e) Skema sintesis KN-OMC-T.
Direproduksi dengan izin [131]. Hak Cipta © 2022, Jurnal Teknik Kimia.
Du et al. [132] menyiapkan karbon mesopori yang dipesan (OMC) dengan mengubah
monomer fenol menjadi karbon mesopori. OMC disiapkan dengan pengendapan magnetik
sesuai dengan metode penggilingan fase padat, dan OMC yang diperoleh mereplikasi
morfologi templat dan memperlihatkan luas permukaan yang tinggi, volume pori yang besar,
dan struktur mesopori yang seragam. Ukuran pori mesopori lebih besar dari ukuran ionik
elektrolit, yang bermanfaat untuk transmisi ion yang cepat dan pemeliharaan resistansi
internal yang rendah, sehingga meningkatkan kapasitansi spesifik material. Di dalam
Bahan nano2022,12, 3708
14 dari 36
Selain itu, kapasitansi spesifik EDLC terkait dengan luas permukaan mesopori tetapi bukan
luas permukaan spesifik BET. Penelitian telah menunjukkan bahwa doping heteroatom
seperti nitrogen [133,134] dan boron [135,136] dalam struktur OMC dapat membantu
meningkatkan sifat permukaan karbon, selanjutnya meningkatkan kinerja elektrokimia
material. Ragavan et al. [137] menyiapkan karbon mesopori yang dipesan (OMC) yang diolah
dengan serangkaian heteroatom seperti nitrogen dan fosfor. Di antara sampel yang
disiapkan, nitrogen dan fosfor co-doped OMC (NPOMC) menunjukkan kapasitansi spesifik
yang tinggi sebesar 355 F g−1karena heteroatom pada kerapatan arus 0,5 A g−1. Melalui ini,
struktur OMC yang didoping heteroatom meningkatkan konduktivitas listrik dan permukaan
afinitas struktur karbon, dan struktur OMC menyediakan saluran untuk transportasi massa
ion elektrolit yang cepat.
Suatu jenis mikropori, mesopori, dan makropori yang mengandung karbon berpori hierarkis telah
dipelajari secara ekstensif. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar7, karbon mengandung pori-pori
dengan ukuran berbeda, dan banyak struktur pori yang saling berhubungan dan tersusun dalam bentuk
hierarkis. Seperti disebutkan sebelumnya, keberadaan mikropori menyediakan area permukaan yang
besar untuk meningkatkan kemampuan penyimpanan muatan. Di sisi lain, mesopori, makropori, dan
struktur hierarkis dapat meningkatkan penetrasi elektrolit dan mendorong difusi ion. Kapasitansi
elektroda superkapasitor berbasis karbon umumnya dipertahankan antara 100 dan 200 F g−1, sedangkan
kapasitansi elektroda superkapasitor berbasis karbon berpori bergradasi melebihi 300 F g−1.
Gambar 7.gambar SEM dari (A) struktur pori karbon berpori hierarkis (HPC-1) (B) struktur pori seperti
busa dari karbon berpori hierarkis (HPC-2), (C) struktur berlapis karbon berpori hierarkis (HPC-3), (D,e)
Gambar TEM dari HPC-3 (F) Plot kapasitansi khusus Gravimetri dari HPC pada kepadatan arus yang
berbeda. Direproduksi dengan izin [138] Hak Cipta © 2022, Jurnal Penyimpanan Energi.
Zhu dkk. [138] menerapkan bahan karbon berpori hierarkis (HPC) yang dihasilkan dari bio-oil
berat ke superkapasitor dan menemukan bahwa bahan karbon yang dibuat dengan rasio
prekursor karbon turunan NaOH/minyak berat dari 3:1 memiliki luas permukaan spesifik tertinggi
pada 2826 M2G−1dan volume pori terbesar sebesar 1,78 cm3G−1. Kapasitansi spesifik elektroda
HPC-3 tunggal dalam superkapasitor simetris dua elektroda mencapai 259 F g−1
pada 0,5 Ag−1dalam 6 M KOH elektrolit. Di sini, ia memiliki kepadatan energi dan kapasitansi spesifik
yang lebih tinggi daripada banyak karbon aktif yang berasal dari biomassa. Yang dkk. [139] mensintesis
karbon berpori hierarkis (HPC) dengan struktur hibrida multiskala yang didoping heteroatom dari aspal
minyak berbiaya rendah yang dikarbonisasi. HPC yang disintesis menunjukkan kapasitansi 437 F g−1
dalam KOH elektrolit 1 A g−1dan kinerja tingkat yang sangat baik dari 336 F g−1pada 50 Ag−1. Selain itu,
elektroda HPC menunjukkan perilaku elektrokimia yang tinggi di Na2JADI4
dan gel dan elektrolit PVA/KOH, menjadikannya bahan elektroda yang menjanjikan untuk
superkapasitor berperforma tinggi.
AC menunjukkan kapasitansi spesifik 244,5 F g−1pada kerapatan arus 0,2 A g−1
dalam larutan elektrolit KOH 6 M. Kapasitas tetap pada 81,8% dari kapasitansi awal di
Bahan nano2022,12, 3708
15 dari 36
40 Ag−1, dan kapasitas spesifik tetap pada 91,6% setelah 10.000 siklus. Perangkat dapat memberikan
kepadatan energi 8,5 Wh kg−1dengan kerapatan daya 100 Wh kg−1. SCs telah mengadopsi karbon aktif
secara luas karena sifatnya yang sangat berpori, kemampuan untuk menyesuaikan ukuran dan distribusi
pori, dan biaya produksi yang rendah, tetapi hasil konduktivitas terbatas dari porositas tinggi, yang
membatasi AC sebagai aplikasi superkapasitor berkinerja tinggi.
1.5. Serat Karbon
Serat karbon aktif (ACF) memiliki berbagai keunggulan, seperti porositas tinggi, kapasitas
volumetrik tinggi, dan kerapatan pengepakan yang sangat baik [140]. Secara umum, prekursor
serat organik yang mengandung karbon distabilkan pada suhu rendah (200-400◦C) dan kemudian
diaktifkan pada suhu tinggi (700–1000◦C) untuk menghasilkan pori-pori berskala nano pada
permukaan dan meningkatkan luas permukaan spesifik. ACF memiliki diameter serat 5-20μm, luas
permukaan spesifik rata-rata sekitar 1000–3000 m2G−1, dan diameter pori rata-rata 1,0–4,0 nm,
dan volume mikropori menyumbang lebih dari 90% dari total volume pori. Saluran ACF relatif tidak
terhalang, dan makropori, mesopori, dan mikropori terhubung erat, yang bermanfaat untuk
transmisi dan adsorpsi ion elektrolit. Dibandingkan dengan karbon aktif granular, ACF memiliki
kapasitas adsorpsi yang lebih besar dan kinetika adsorpsi yang lebih cepat. Kapasitas spesifiknya
adalah 280 F g−1, dan daya spesifik lebih besar dari 500 W kg−1[141,142]. Serat prekursor yang
umum digunakan termasuk pitch [143,144] rayon [145–147], resin fenolik [148–150], dan
polipropilena [151–153].
ACF yang dibuat dari bahan baku yang berbeda memiliki sifat elektrokimia yang berbeda.
Serat karbon yang berasal dari biomaterial ramah lingkungan akhir-akhir ini menjadi fokus
penelitian. Misalnya, Chen et al. [154] membuat elektroda superkapasitor mandiri bebas pengikat
menggunakan kertas serat karbon aktif berbasis selulosa berkinerja tinggi (Gambar8). Kertas serat
karbon aktif (ACFP) yang dihasilkan ditandai dengan luas permukaan spesifik yang tinggi (808–1106
m2).2G−1), konduktivitas tinggi (1640–1786 S m−1), kekuatan tarik yang baik (4,6–6,4 MPa), dan
kemampuan proses yang fleksibel. ACFP juga menunjukkan kapasitansi spesifik hingga 48,8 F cm−3
berdasarkan seluruh elektroda dan stabilitas bersepeda yang sangat baik. Ini menunjukkan bahwa
bahan elektroda berbasis kertas dapat diterapkan secara luas dan hemat biaya untuk aplikasi
penyimpanan energi.
Adsorpsi ACF ke molekul adsorbat bergantung pada struktur pori, karakteristik
permukaan, dan karakteristik molekul adsorbat. Untuk mencapai kinerja yang diinginkan,
struktur pori ACF biasanya disesuaikan, atau struktur permukaannya difungsikan. Kinerja
elektrokimia ACF dapat ditingkatkan dengan mengubah proses aktivasi dan derajat aktivasi.
Luo dkk. [155] fabrikasi superkapasitor asimetris menggunakan serat karbon aktif (ACF) yang
terdiri dari hidroksida ganda lapisan Ni dan Co dan karbon aktif yang diekstraksi dari kulit
kayu cemara sebagai anoda dan katoda. NiCo-LDH berkumpul di sekitar ACF untuk
membentuk struktur inti-cangkang seperti mikrosfer. Struktur ini menyediakan area
permukaan yang besar, porositas hierarkis, dan banyak situs aktif untuk muatan dan transfer
massa yang efisien. ACF yang disintesis menunjukkan kapasitansi tertinggi pada 1 A g−1
hingga 1453,3 Fg−1. Selain itu, kapasitansi sebesar 79,8% dipertahankan bahkan setelah
10.000 siklus. Lin dkk. [156] menggunakan serat polyacrylonitrile (PAN) teroksidasi sebagai
prekursor dan menyelidiki efek dari metode aktivasi yang berbeda (kimia tradisional, fisik
tradisional, dan kimia yang ditingkatkan) dan suhu perlakuan yang berbeda (700, 800, 900,
dan 1000◦C) pada kinerja elektroda ACF berpori. Studi telah menunjukkan bahwa metode
aktivasi yang berbeda memengaruhi struktur berpori ACF, tinggi penumpukan lapisan
karbon, dan kinerja kapasitansi. Peningkatan aktivasi kimia dapat meningkatkan jumlah
gugus fungsi oksigen (seperti CO dan -COOH) dan luas permukaan spesifik kapasitor. ACF
memperoleh kapasitansi spesifik setinggi 158 F g−1, yang lebih tinggi dari kapasitansi spesifik
yang diperoleh dengan menggunakan dua metode aktivasi konvensional. Dalam kisaran
suhu tertentu, kapasitas spesifik elektroda ACF meningkat dengan peningkatan suhu aktivasi;
Namun, setelah mencapai nilai puncak, kapasitas spesifik menurun. Selain luas permukaan
dan volume pori BET, gugus fungsi oksigen permukaan juga memainkan peran penting
dalam kinerja kapasitif.
Bahan nano2022,12, 3708
16 dari 36
(A)
(B)
(C)
(D)
Angka 8.(A) Foto dan gambar SEM CP primer dengan perbesaran berbeda (10% CF, 15% CF, 30%
CF, 45% CF). (B) Gambar SEM dari ACFP berbasis selulosa dengan perbesaran berbeda (ACFP-10,
ACFP-15%, ACFP-30, ACFP-45). (C) Ilustrasi skema pembuatan ACFP berbasis selulosa. (D) Proses
dan mekanisme struktur ACFP dan pembentukan pori. Direproduksi dengan izin [154] Hak Cipta ©
2022, Jurnal Teknik Kimia.
ACF memiliki kerapatan elektron tak berpasangan yang lebih tinggi, memiliki reaktivitas tinggi, dan
dapat dengan mudah bereaksi dengan unsur lain untuk membentuk gugus fungsi kimia yang
mendominasi struktur kimia permukaan. Modifikasi permukaan dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi
ACF. Ni et al. [157] mensintesa serat karbon berpori kodoping oksigen-nitrogen tersintesis dengan luas
permukaan spesifik yang tinggi menggunakan aspal sebagai bahan baku. Serat karbon berpori yang
telah disiapkan digunakan sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor dalam sistem tiga elektroda.
ACF yang disiapkan menunjukkan kapasitansi spesifik tinggi 301 F g−1dan 482 Fg−1pada 1 Ag−1dalam 6 M
KOH dan 1 MH2JADI4, masing-masing. Peningkatan kinerja elektrokimia ACF dapat dikaitkan tidak hanya
dengan luas permukaan spesifik yang tinggi dan mikropori kecil yang melimpah, yang dapat
memberikan lebih banyak penyimpanan muatan, tetapi juga untuk doping heteroatom permukaan
(nitrogen dan oksigen), yang dapat meningkatkan perilaku pembasahan.
1.6. Karbon Aerogel
Karbon aerogel adalah bahan nanokarbon massal baru yang ringan, berpori, amorf [158
]. Struktur jaringan tiga dimensi yang berkelanjutan dapat dikontrol dan disesuaikan pada
skala nanometer. Ini adalah aerogel dengan porositas 80–98%, ukuran pori kurang dari 50
nm, diameter partikel jaringan koloid 3–20 nm, luas permukaan spesifik 600–1100 m2G−1, dan
konduktivitas listrik yang baik 25–100 S cm−1[159,160]. Pada 1980-an, Laboratorium Nasional
Lawrence Livermore di Amerika Serikat memperoleh aerogel karbon
Bahan nano2022,12, 3708
17 dari 36
menggunakan reaksi polikondensasi resorsinol dan formaldehida sebagai bahan baku
untuk pertama kalinya. Li dkk. [161] menyiapkan aerogel karbon dengan struktur
jaringan seperti mutiara melalui reaksi polikondensasi resorsinol (R) dan formaldehida
(F) dengan natrium karbonat sebagai katalis. Kinerja elektrokimia elektroda aerogel
karbon dalam tiga jenis elektrolit (6 M KOH, 1 M Na2JADI4, dan 2 M (NH4)2JADI4)
dievaluasi. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa elektroda karbon aerogel stabil dalam
elektrolit KOH. Kapasitansi sekitar 110 F g−1. Kapasitansi maksimum superkapasitor yang
menggunakan karbon aerogel sebagai bahan elektroda aktif adalah 28 F g−1.
Seperti disebutkan sebelumnya, bahan elektroda yang ideal harus memiliki struktur berpori
hierarkis dengan pori-pori besar untuk kolam penyangga ion, mesopori untuk transportasi ion, dan
mikropori untuk penyimpanan muatan yang ditingkatkan. Oleh karena itu, struktur karbon berpori dari
aerogel karbon sebaiknya memiliki pori-pori multiskala. Liu dkk. [131] membuat superkapasitor
multifungsi menggunakan aerogel karbon komposit berbasis nanoselulosa (Gambar9). Aerogel karbon
berbasis nanoselulosa yang diproduksi. Memberikan kompresibilitas tinggi dan ketahanan lelah yang
sangat baik karena kapasitansinya yang tinggi sebesar 109,4 mF cm−2sebesar 0,4 mA cm-1−2dan struktur
berporinya. Porositas struktur sarang lebah secara efisien mentransfer tekanan ke seluruh struktur
mikro dan berkontribusi pada pengangkutan ion yang cepat. Karena karakteristik ini, 85% kapasitansi
dipertahankan bahkan setelah 10.000 siklus. Aerogel karbon yang dihasilkan melalui proses ini adalah
elektroda superkapasitor dengan fleksibilitas mekanik yang sangat baik dan
sensitivitas linier, yang dapat diterapkan secara luas ke perangkat yang dapat dikenakan.
Gambar 9.(A) Ilustrasi pembuatan aerogel karbon CNF/CNT/RGO. (B) Diagram skematik interaksi
antara CNF, CNT, dan RGO. (C) Skema diagram mekanisme pertumbuhan kristal es. (D–F) Tampilan
atas dan (G) gambar SEM tampak samping dari aerogel karbon CNF/CNT/RGO-3. (H) Kurva CV CNF/
CNT/RGO-2, CNF/CNT/RGO-3, dan CNF/CNT/RGO-4 pada 2 mVs−1. (Saya) Kurva GCD aerogel karbon
CNF/CNT/RGO-3. Direproduksi dengan izin [162] Hak Cipta © 2022, Materi Fungsional Lanjutan.
Bahan nano2022,12, 3708
18 dari 36
Selain luas permukaan spesifik, distribusi ukuran pori, konduktivitas listrik, atau densitas daya
juga dapat memengaruhi kinerja superkapasitor. Yu dkk. [163] menyiapkan aerogel karbon berpori
dengan karboksimetil selulosa sebagai bahan baku menggunakan metode pirolisis, dan KOH
selanjutnya mengaktifkan aerogel karbon yang diperoleh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
aerogel karbon aktif KOH memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi (428 m2).2G−1), jauh lebih
tinggi daripada karbon aerogel tanpa aktivasi KOH (108 m2G−1). Selain itu, aerogel karbon aktif
memiliki struktur nano tiga dimensi yang sangat berpori dan saling berhubungan, yang dapat
menyediakan saluran untuk migrasi ion elektrolit dan elektron. Aerogel karbon aktif menunjukkan
kapasitansi spesifik yang tinggi sebesar 152,6 F g−1pada 0,5 Ag−1dalam larutan KOH 6 M. Liu dkk. [
164] menyiapkan aerogel karbon menggunakan metode resorsinol-formaldehida dengan natrium
karbonat sebagai katalis. Aerogel karbon yang disiapkan kemudian diaktifkan dengan CO22, dan
aktivasi CO22secara signifikan meningkatkan luas permukaan spesifik dari aerogel karbon. Di
bawah kondisi aktivasi yang optimal, luas permukaan spesifik maksimum (3431 m2).2G−1)
diperoleh. Kapasitansi spesifik maksimum dan kerapatan energi EDLC aerogel karbon aktif adalah
152 F g−1dan 27,5 Wh kg−1, masing-masing, dengan kerapatan arus 0,3 A g−1dengan 1 M
tetraetilamonium-tetrafluoroborat-amonium (Et4NBF4) dalam asetonitril sebagai elektrolit.
Modifikasi permukaan aerogel karbon juga memiliki efek positif pada sifat elektrokimia.
Fang dkk. [165] menggunakan surfaktan untuk memodifikasi permukaan karbon aerogel.
Kelompok fungsional Vinyltrimethoxysilane (VTMS) dicangkokkan ke permukaan aerogel
karbon aktif. Pengenalan VTMS surfaktan meningkatkan afinitas karbon aerogel untuk
propilena karbonat. Peningkatan keterbasahan permukaan mengurangi hambatan
transportasi ion elektrolit dalam mikropori dan meningkatkan luas permukaan yang tersedia
untuk pembentukan EDL, sehingga meningkatkan kapasitansi spesifik aerogel karbon yang
dimodifikasi VTMS (kapasitansi spesifik ditingkatkan sebesar 41%; kepadatan energi
meningkat sebesar 274%).
Superkapasitor berkinerja tinggi berbasis karbon berkontribusi secara signifikan terhadap
pengembangan perangkat elektronik modern. Superkapasitor berbasis karbon (karbon nanotube,
karbon aktif, graphene, serat karbon, aerogel karbon, dll.) memiliki struktur hierarki yang unik,
area permukaan spesifik yang tinggi, dan sifat listrik yang sangat baik yang dapat diterapkan pada
sensor penggerak otonom dan perangkat yang dapat dikenakan. Elektroda untuk superkapasitor
berbasis karbon dirangkum dalam Tabel1[52,53,56,93,99,133,163,166–174].
Tabel 1.Ringkasan kinerja elektroda berbasis karbon untuk superkapasitor. Elektroda untuk
superkapasitor berbasis karbon dirangkum dalam Tabel1.
Bahan
Berpori hierarkis
karbon/KOH-aktif
Potensi
Jendela/V
Elektrolit
Spesifik
Kapasitansi/F g−1
(Kecepatan Pemindaian atau
Kepadatan arus)
Penyimpanan/%
(Siklus)
referensi
− 1–0
6 M KOH
303 (1 Ag−1)
99 (5000)
[52]
− 1–0,9
1 MH2JADI4
280 (0,5 A g−1)
99,3 (2000)
[53]
− 1–0
1 MH JADI
2 4
223(1 A g−1)
93,6 (4000)
[56]
− 1–0
6 M KOH
341,3 (0,1 Ag−1)
96,1 (5000)
[93]
serbuk gergaji kayu
Karbon aktif
serat/kayu cair
Heteroatom (O, N)-doping
karbon berpori
Seperti buah delima
karbon berpori
Sekam padi (RH)-berasal dari
0–1
6 M KOH
330 (0,5 Ag−1)
92 (2000)
[99]
cangkang Kenari AC yang diaktifkan
0–1
6 M KOH
330 (0,1 Ag−1)
95 (10.000)
[133]
Coal-tar pitch (CTP)/serbuk gergaji
− 1–0
6 M KOH
251 (0,1 Ag−1)
93 (7000)
[163]
karbon (ACWS)
(SD) kokarbonisasi
Bahan nano2022,12, 3708
19 dari 36
Tabel 1.Lanjutan
Bahan
dipesan dengan doping nitrogen
karbon mesopori
dipesan dengan doping boron
karbon mesopori (B-OMC)
mikropori yang didoping nitrogen
bola karbon (NMCSs)
Hirarki yang didoping nitrogen
karbon (NHPC)
ONS co-doped hirarkis
karbon berpori
Karbon aktif turunan sisal
serat (SC)
Biobased nano berpori aktif
serat karbon
Berpori hierarkis
aerogel karbon
Aerogel karbon aktif KOH
Potensi
Jendela/V
Elektrolit
− 1–0,7
1 MH JADI
2 4
0–0,9
Spesifik
Kapasitansi/F g−1
Penyimpanan/%
(Siklus)
referensi
264 (0,5 Ag−1)
86 (10.000)
[166]
1 MH2JADI4
290 (20 A G−1)
–
[167]
− 0,2–0,8
6 M KOH
416 (0,2 Ag−1)
96,9 (10.000)
[168]
0–0,9
6 M KOH
257 (0,5 Ag−1)
90,3 (10.000)
[169]
− 1–0
6 M KOH
244,5 (0,2 Ag−1)
91,6 (10.000)
[170]
− 1–0
6 M KOH
415 (0,5 Ag−1)
93 (10.000)
[171]
0–1
6 M KOH
225 (0,5 Ag−1)
85,3 (10.000)
[172]
− 1–0
6 M KOH
142,1 (0,5 Ag−1)
93,9 (5000)
[173]
− 1–0
6 M KOH
152,6 (0,5 Ag−1)
–
[174]
(Kecepatan Pemindaian atau
Kepadatan arus)
1.7. Bahan Karbon Lainnya
Dalam dua dekade terakhir, karbon dan material hibridnya telah banyak digunakan dalam
aplikasi penyimpanan energi. Komposit berbasis karbon yang berasal dari kayu dapat digunakan
dalam berbagai aplikasi. Namun, elektrokimia mereka seringkali di bawah standar karena luas
permukaannya yang kecil dan impedansi tinggi pada antarmuka [175]. Kayu karbonisasi memiliki
struktur tiga dimensi yang berbeda yang dapat digunakan untuk mendukung senyawa logam dan
juga merupakan dukungan yang ideal untuk aplikasi penyimpanan energi. Baru-baru ini, telah
ditunjukkan bahwa menggabungkan doping heteroatom dengan doping substrat karbon dapat
meningkatkan kinerja elektrokimia elektroda hibrid. Wang dkk. [176] menyiapkan monolit turunan
kayu yang ditumpuk secara hierarkis yang dilapisi dengan nanopartikel Ag, dan mereka
memproduksi NiCo2S4, yang memiliki kapasitansi areal/volumetri tinggi. Struktur hierarki
WC@AgNiCo ini2S4elektroda menunjukkan karakteristik elektrokimia yang sangat baik, kapasitansi
6,09 Fcm−2, dan stabilitas jangka panjang (stabilitas 84,5%) hingga 10.000 siklus. Bahan komposit
ini dapat bekerja lebih baik daripada pendahulunya karena kombinasi faktor, termasuk penurunan
energi adsorpsi OH- dan pengurangan d-band atom Ag, yang membantu meningkatkan transpor
elektron dan transfer ion.
Bahan karbon turunan poliamida juga merupakan bahan elektroda yang menjanjikan untuk
aplikasi superkapasitor; itu juga membantu dalam peningkatan kinerja elektrokimia dengan
mengintegrasikan dengan bahan nano lainnya. Polimida (PI) dengan struktur aromatik yang padat
merupakan prekursor yang sangat menarik untuk senyawa karbon karena sintesisnya yang mudah dan
murah serta stabilitas kimia dan termal yang baik.177]. Banyak spesies atom N dalam PI memungkinkan
kerangka karbon yang didoping N terbentuk ketika karbon dibakar. Selain itu, PI asimetris dapat
dibentuk dengan memanfaatkan molekul piridin, yang membantu membentuk bahan karbon dengan
hasil dan stabilitas tinggi. Selain itu, memperkenalkan beberapa molekul ekstra, seperti graphene dan
carbon nanotube, dapat mengubah struktur permukaan PI. Li dkk. [178] mensintesis struktur berpori
hierarkis dari bahan nano elektroda polimida yang diturunkan dari karbon (CPC-Fe/Zn) yang sangat
cocok untuk penggunaan hidrofilik. Pendekatan berbasis katalis yang mudah ini memungkinkan mereka
mengaktifkan campuran pada suhu tinggi secara selektif. CPC-Fe/Zn dapat menghasilkan kapasitansi
hingga 420 F/g pada densitas arus 1 A/g dan memiliki waktu retensi yang sangat baik sebesar 92,5%
bahkan setelah 10.000 siklus. Bimetalik membantu mengontrol perilaku elektroda karbon dengan
memodifikasi struktur porinya menggunakan teknik bantuan templat ini Bimetal membantu mengontrol
perilaku elektroda karbon dengan memodifikasi pori
Bahan nano2022,12, 3708
20 dari 36
struktur elektroda karbon. Ini menyediakan platform yang menjanjikan untuk berbagai aplikasi.
Selanjutnya, kitin (diperoleh dari berbagai biomassa) telah banyak digunakan sebagai prekursor
biomassa yang berfungsi amino untuk mensintesis karbon doping nitrogen menggunakan pirolisis
sederhana. Elektroda berpori kitin dan karbon turunan kitosan banyak digunakan dalam sistem
penyimpanan energi. Mereka sangat mudah diakses, sangat berpori, sangat ringan, dan secara alami
dapat terurai secara hayati, dapat didaur ulang, dan ramah lingkungan. Zheng dkk. [179] menggunakan
nanopartikel karbon berpori kitin yang didoping nitrogen dengan memungkinkannya menjalani transisi
sol-gel yang diinduksi secara mekanis dalam pelarut NaOH/Urea dan kemudian mengkarbonisasi
nanopartikel berpori dengan NaOH untuk aktivasi dan urea untuk doping N2. Kapasitansi sistem
kapasitansi 3-elektroda adalah 245 F/g pada kerapatan arus 0,5 A/g, dan kapasitansi sistem kapasitansi
2-elektroda adalah 227 F/g dengan retensi 98% setelah 1000 siklus. Penelitian terbaru telah
menunjukkan bahwa rami adalah bahan elektroda superkapasitor yang murah dan mudah disiapkan
dengan karakteristik yang baik dan kandungan karbon yang tinggi. Duan dkk. [180] menyiapkan bahan
elektroda berbasis karbon yang berasal dari serat rami yang diolah dengan garam seng untuk
superkapasitor yang disiapkan dengan mengolahnya dengan panas untuk menghamilinya dengan
garam seng. Mereka mendapatkan kapasitansi spesifik yang akan ditentukan menggunakan 292 Fg−1
pada 0,5 Ag−1kerapatan arus, dan tetap pada retensi 102% dengan 10.000 siklus berkelanjutan.
Meskipun sangat berpori, bahan karbon berpori membutuhkan banyak perbaikan dalam
konduktivitas dan elektrokimia. Dimungkinkan untuk meningkatkan grafitisasi dan konduktivitas
bahan karbon berpori dengan menggunakan spesies logam katalis yang bertindak sebagai situs
jangkar untuk spesies logam lainnya. Penambahan struktur molekul organik seperti karbon dapat
memberikan reaktivitas yang lebih tinggi dan menyediakan tempat yang cocok untuk menyerap
spesies logam. Doping heteroatom dengan spesies bermuatan positif mengubah distribusi muatan
pada permukaan karbon berbentuk berpori.
2. Superkapasitor Hibrid Karbon-Nanomaterial
2.1. Superkapasitor Hybrid Berbasis Keramik
Sebagian besar oksida logam yang digunakan dalam kapasitor semu sering terhalang oleh
agregasi partikel nano yang parah, transpor elektron-proton yang rendah, dan konduktivitas yang lemah
antara partikel nano, yang menyebabkan kapasitansi spesifik yang lebih rendah dalam aplikasi praktis.
Untuk mengatasi masalah ini secara efektif, pengembangan elektroda hibrida dengan menggabungkan
oksida logam dengan bahan karbon dengan luas permukaan spesifik yang tinggi, seperti karbon aktif,
graphene, CNT, dan aerogel karbon, telah menarik perhatian luas. Berbagai elektroda komposit bahan
oksida logam/karbon untuk superkapasitor dirangkum dalam Tabel2[181–201].
Meja 2.Rangkuman berbagai elektroda komposit oksida logam/karbon untuk superkapasitor.
Bahan
ZrO2serat nano karbon RuNi2
HAI4/rGO komposit NiO/komposit
karbon aktif Ni0,25Bersama0,25oksida/
karbon nanofiber
MnO/Fe2HAI3/serat nano karbon
ZnO/MnO/serat nano karbon AuMn3HAI4/ GO nanokomposit
Dua2HAI3/MWCNT komposit
NiO/MnO2/ komposit MWCNT
Karbon nanosheet/MnO2/
NiCo2HAI4komposit ZrO2/C
nanokomposit NiO/karbon
amorf berpori
struktur nano
Karbon mesopori rusak/
MnO2nanokomposit
Potensi
Jendela/V
Elektrolit
Spesifik
Kapasitansi/F g−1
Penyimpanan/%
(Siklus)
referensi
6 M KOH
2 M KOH
140 (1 A g−1)
792 (1 Ag−1)
568,7 (0,5 Ag−1)
431,2 (1 Ag−1)
437 (1 Ag−1)
1080 (1 Ag−1)
475 (1 Ag−1)
437 (1 Ag−1)
1320(1 A g−1)
82,6 (10.000)
93 (10.000)
90,6 (5000)
94 (2000)
94 (10.000)
96 (800)
94 (10.000)
88,7 (3000)
93,5 (3000)
[175]
[176]
[177]
[178]
[179]
[180]
[181]
[182]
[183]
0–1
1 M KOH
1254 (1 A g−1)
81,9 (5000)
[184]
0–1
0–1
0–0,4
− 1–0
0–1
0–1.6
− 0,2–1
− 1.2–0.2
0–0,55
(Kecepatan Pemindaian atau
Kepadatan arus)
6 M KOH
0,5 M Na2JADI4
2 M KOH
6 M KOH
6 M KOH
6 M KOH
0,5 MH2JADI4
0–1
1 MH2JADI4
214 (1,5 Ag−1)
97 (2000)
[185]
0–1.6
6 M KOH
508 (1 A g−1)
78 (3000)
[186]
− 0,8–0,8
1 M Na2JADI4
292 (0,5 Ag−1)
79 (2000)
[187]
Bahan nano2022,12, 3708
21 dari 36
Meja 2.Lanjutan
Bahan
Karbon aktif/MWCNT/
ZnFe2HAI4komposit
komposit NiO/ C@CNF
Titik kuantum karbon yang didoping N/
Bersama3HAI4nanokomposit
Mn3HAI4/Fe3HAI4@Karbon komposit
rGO/CNTs/MnO2komposit/// (HPC)/
polianilin (PANI) nanowire
Cyclodextrin polimer-difungsikan
polianilin (CDP)/karbon berpori
komposit (PC)
MnO2/ Graphene Oxide/Polyaniline
komposit
Potensi
Jendela/V
Elektrolit
− 0,1–0,6
3M KOH
− 0,1–0,5
3M KOH
− 0,4–0,6
6 M KOH
1M NaCl
− 0,4–1,2
Spesifik
Kapasitansi/F g−1
Penyimpanan/%
(Siklus)
referensi
609 (1 Ag−1)
91 (10.000)
[188]
742,2 (1 Ag−1)
88 (5000)
[189]
1867 (1 A g−1)
96 (500)
[190]
95 (1000)
89,2 (10.000)
91,6 (5000)
[191]
[192]
[193]
(Kecepatan Pemindaian atau
Kepadatan arus)
0–1,8
0–1,8
1 M Na2JADI4
1 MH2JADI4
178 (1 A g−1)
332,5 (0,5 A g−) 1
1080 (1 A g−1)
− 0,2–0,8
6 M KOH
437 (0,1 Ag−1)
81 (5000)
[194]
0–1
1 M Na 2SO4
512 (0,25 Ag−1)
97 (5100)
[195]
Karena struktur nano tidak dapat disintesis dalam skala besar yang memungkinkan kontrol
ukuran yang tepat, aplikasi real-time terbatas [202]. Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan luar
biasa telah dibuat dalam menyiapkan struktur nano keramik yang dibuat secara tepat dengan
mengatur ukuran, termasuk struktur nanorod dan nanofiber. Karbon dapat dikombinasikan
dengan bahan nano keramik untuk menghasilkan densitas energi yang sangat tinggi tanpa
mengorbankan performa lainnya (misalnya densitas daya). Baru-baru ini, Tiwari et al. [203]
mensintesis MnS yang sangat konduktif2/CNT dan MnO2/ Heterostruktur inti-cangkang CNT
dengan menggabungkan dua teknik berbeda: sputtering kimiawi dan magnetik. Dengan kontras
dalam fungsi kerja antara MoS2dan MnO2, mereka mengeksplorasi potensi jendela maksimal yang
bisa diperoleh dengan menerapkan desain asimetris. Elektroda siap berdiri sendiri, yang
merupakan konfigurasi 3 elektroda, memberikan kapasitansi sangat tinggi sebesar 0,41 dan 0,6
Fcm−2, masing-masing, untuk MoS2/CNT dan MnO2/ CNT. MoS2/ elektroda CNT memiliki polarisasi
elektrostatik antara−0,6 dan 0,2 V, sedangkan MnO2/ Elektroda CNT memiliki penyimpanan
muatan non-Faradaic antara 0 dan 1 V. Dengan menggabungkan teknik deposisi kimia dan fisik,
teknik sintesis yang dapat diskalakan ini memungkinkan sejumlah besar situs katalitik yang
terpapar tepi tersedia untuk interaksi elektroda-elektrolit. Hu dkk. [204] menyintesis NiCoO2
nanosheets menggunakan CNT untuk mengikatnya bersama menggunakan metode hidrotermal
dan membuat NiCoO terintegrasi2@ elektroda CNTs@NF . Elektroda swadaya ini memiliki beberapa
keunggulan, seperti memiliki struktur 3D dan jaringan yang sangat kuat, sifat penghantar yang
baik, dan banyak tempat di mana ion dapat terperangkap dan bereaksi dengan cepat
menggunakan reaksi redoks Faradaik yang cepat. NiCoO2@ CNTs@NF-integrated electrodes
memiliki kapasitansi dan stabilitas yang sangat baik karena efek sinergis yang luar biasa antara
NiCoO2nanosheets sebagai bahan pseudocapacitance Faradaic dan CNT sebagai bahan EDLC.
Perangkat fabrikasi memiliki kinerja yang sangat baik karena memiliki kapasitansi tinggi (151 F g−1
sebesar 5 mA cm-1−2) dan kemampuan luar biasa untuk beroperasi pada tingkat tinggi. Guo dkk. [
205] mengembangkan jaringan biner elektroda karbon aerogel/Ni kubik karbon dengan sifat yang
tidak bergantung pada ketebalan dan bentuk. Itu dicapai dengan menggunakan rute yang sangat
efisien dan ekonomis yang terdiri dari polimerisasi mudah lignin teknis dan formaldehida dalam
kondisi hipersalin. Porositas dan derajat grafitisasi dan residu karbon dalam LCAN dikendalikan
oleh rasio ZnCl2untuk lignin. Dengan menyesuaikan rasio secara tepat dan menggabungkan
keunggulan jaringan biner LCA/Ni, mereka mensintesis elektroda kubik dengan kinerja
elektrokimia yang optimal. Zhou dkk. [206] menggunakan lobak sebagai katalis murah dan
mengembangkan metode mudah untuk mensintesis aerogel karbon 3D yang menggabungkan
partikel nano MnOx. Kombinasi nanopartikel MnOx dan tabung nano karbon menjadi bahan
elektroda superkapasitor terbukti bermanfaat, karena tabung nano karbon memungkinkan
transportasi ion yang mudah, sehingga meningkatkan kapasitas superkapasitor. Kinerja
elektrokimia komposit karbon aerogel/MnOx dapat ditingkatkan dengan efek sinergis antara
tabung nano karbon dan partikel nano MnOx. Elektroda berbasis karbon aerogel disiapkan
Bahan nano2022,12, 3708
22 dari 36
(CAE) menunjukkan kapasitansi gravimetri (GP) tertinggi sebesar 557 F g−1pada kerapatan arus 1 A
g−1dalam sistem 3 elektroda. Bahan karbon dan pseudokapasitif umumnya memiliki kapasitansi
spesifik yang tinggi dan kepadatan energi yang tinggi dan diharapkan dapat digabungkan dengan
karbon aerogel untuk menghasilkan bahan komposit dengan kinerja elektrokimia yang lebih baik.
Kombinasi densitas energi karbon aerogel, kapasitansi spesifik, dan konduktivitas listrik dapat
menghasilkan material komposit dengan kinerja elektrokimia yang lebih tinggi. Kumar dkk. [207]
menggunakan pendekatan gelombang mikro sederhana dan cepat untuk mensintesis komposit
rGO@CoO dalam durasi singkat hanya 90 detik untuk mengembangkan elektroda superkapasitor
canggih. Komposit hibrida menggabungkan keunggulan sifat kapasitansinya dengan kinerja
elektrokimia yang ditingkatkan, termasuk kapasitansi spesifik yang lebih tinggi dan stabilitas siklus
jangka panjang yang sangat baik. Oksida logam transisi dengan berbagai morfologi menunjukkan
kinerja elektrokimia yang menjanjikan bersama dengan bahan graphene melalui kontribusi
sinergis dari masing-masing komponen serta penyisipan ion elektrolit yang mudah tanpa distorsi
struktur nano.
2.2. Superkapasitor Berbasis Polimer Konduktif
Polimer konduktif akan mengalami pembengkakan dan penyusutan yang nyata selama
pengisian dan pengosongan, yang dapat merusak sifat mekanik dan stabilitas siklus
elektroda polimer konduktif. Namun demikian, kombinasi polimer konduktif dan bahan
karbon dapat meningkatkan struktur rantai, sifat konduktif, dan stabilitas mekanik serta
mengurangi biaya, sehingga meningkatkan stabilitas siklus dan kapasitansi spesifik
komposit.
Liu dkk. [208] merancang elektroda superkapasitor berkinerja tinggi menggunakan busa
karbon yang dimodifikasi polipirol/polidopamin. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar10,
elektroda independen dan tebal dibuat dengan pengendapan elektrokimia polipirol dan
polidopamin pada busa karbon dengan struktur pori hierarkis (CFF). Dalam struktur ini, makropori
CFF yang saling berhubungan dan berlapis-lapis secara efektif mendorong pengangkutan ion di
dalam elektroda, dan penambahan polidopamin mengurangi kepadatan penumpukan polipirol
dan meningkatkan area aktif. Hasilnya, ketika massa pengendapan lapisan polipirol/polidopamin
adalah 8,5 mg, kapasitansi elektroda mencapai 1920 mF cm-1.−2pada 1 mA cm-1−2dan kerapatan
energi 0,12 mWh cm-1−2pada kerapatan daya 0,22 mW cm-1−2. Selain itu, kapasitansi
dipertahankan pada 100% bahkan setelah 10.000 siklus pengisian daya galvanostatik.
Cherusseri et al. [209] menyiapkan elektroda superkapasitor seperti sikat yang berasal
dari karbon nanotube teroksidasi (OCNT) dan polipirol (PPy). OCNTF, sebagai substrat
konduktif dan pengumpul arus, menyediakan area permukaan spesifik yang besar untuk
polimerisasi PPy. OCNT/PPy yang dioptimalkan mewakili kapasitansi gravimetrik 305 F g−1,
densitas energi gravimetri 42 Wh kg−1, dan kapasitansi volumetrik maksimum 14.950 mF
cm-1−3pada kerapatan arus 2,5 mA cm−2. Properti pseudocapacitive yang ditingkatkan dan
kapasitansi spesifik dikaitkan dengan gugus fungsi yang mengandung oksigen dan PPy aktif
redoks dari elektroda OCNT / PPy.
Karena efek penumpukan π-π yang kuat dari CNT, ia dengan mudah mengalami agregasi
yang parah, yang menyebabkan kinerja superkapasitor yang buruk, yang dapat ditingkatkan
dengan memperkenalkan polimer konduktif, oksida logam, sulfida logam, dll. Zhu et al. [210]
dilaporkan menggunakan Ag-doped PEDOT dalam komposit PSS / CNT untuk superkapasitor
keadaan padat semua film tipis. Pengenalan Ag-doped PEDOT: PSS meningkatkan konduktivitas
elektroda CNT, memberikan kapasitansi spesifik yang tinggi sebesar 85,3 F g−1(sesuai dengan 64
mF cm-1−2). Selain itu, elektroda CNT yang selaras kompak terikat erat ke rantai polielektrolit, dan
superkapasitor semua keadaan padat yang dirakit memiliki kapasitas tarik tinggi hingga 480%.
Bahan nano2022,12, 3708
23 dari 36
(A)
(B)
(C)
Gambar 10.(A) Diagram proses persiapan PPy/ PDA@CFFs. (B) Kurva CV dari PPy/ PDA@CFF-20
pada tingkat pemindaian yang berbeda. (C) Kurva GCD dari PPy/ PDA@CFF-20 pada kepadatan
arus yang berbeda. Direproduksi dengan izin [208] Hak Cipta © 2022, Jurnal Teknik Kimia.
Polimer konduktor memiliki laju muatan-pengosongan yang rendah karena difusinya yang
lebih lambat, yang membatasi kemampuan dayanya. Banyak dari polimer ini lemah dan tidak
bersiklus terlalu lama karena tegangannya selama setiap siklus. Umur siklus perangkat ini dapat
sangat diperpanjang dengan menambahkan karbon, dan efisiensi elektrokimia mereka dapat
sangat ditingkatkan. Performa elektrokimia bahan hibrid ini secara signifikan dapat meningkatkan
lebih dari sekadar polimer murni.
2.3. Superkapasitor Hibrid Berbasis MOFs
Metal-organic frameworks (MOFs) telah menarik banyak perhatian karena beragam keuntungan,
termasuk luas permukaan yang besar, distribusi ukuran pori yang menguntungkan, stabilitas yang
unggul, kekuatan merdu yang sangat baik, dan fleksibilitas untuk berbagai aplikasi [211]. Beberapa
bahan MOF murni telah digunakan untuk superkapasitor, tetapi konduktivitasnya yang rendah dan
stabilitasnya yang buruk biasanya membatasi hal ini. Stabilitas bahan MOF yang buruk disebabkan oleh
ikatan yang buruk; tidak seperti ikatan kovalen dalam banyak bahan, MOF dibentuk dengan membentuk
ikatan koordinasi secara reversibel, membentuk ion logam yang bertindak sebagai penghubung koreaktif yang membentuk ikatan koordinasi dengan ion lain. Ada tiga cara untuk meningkatkan
konduktivitas dan kinerja bahan MOF: (i) mengeksploitasi MOF konduktif baru, (ii) mengembangkan
berbagai bahan komposit terkait MOF multifungsi, atau (iii) memperoleh bahan bersumber MOF. Ketika
bahan MOF dimasukkan ke dalam komposit, efek gabungan dari bahan yang berbeda dapat
memperkuat keunggulannya dan menunjukkan sifat fisikokimia baru yang memungkinkannya
mengatasi keterbatasannya. Komposit oksida logam yang diturunkan dari MOF dapat menghasilkan
beberapa efek sinergis yang tidak dapat diberikan oleh individu dan telah mendapatkan lebih banyak
perhatian untuk SC. Banyak penelitian baru-baru ini berfokus pada penggabungan polimer konduksi
seperti polianilin, PEDOT, PPy, dan MOFs untuk menyiapkan bahan yang dapat memberikan kinerja
elektrokimia yang sangat baik untuk aplikasi superkapasitor. Selanjutnya, meningkatkan jumlah MOF
dalam superkapasitor dengan menyiapkan berbasis karbon
Bahan nano2022,12, 3708
24 dari 36
bahan seperti AC, graphene, atau CNT dapat meningkatkan sifat transfer muatannya. Aplikasi
bahan hibrida karbon-MOF ke elektroda juga menghadapi beberapa kendala karena interaksi yang
kuat antara nanosheets yang berdekatan mengarah pada pemulihan diri skala besar dan agregasi
lembaran ini, sangat membatasi akses ke ion elektrolit dan merusak elektrokimia perangkat.
Namun, potensi menggabungkan MOFs dan oksida logam sebagai elektroda SCs belum
sepenuhnya dieksplorasi. Pengomposisian lapisan oksida logam pada elektroda berbasis MOF
akan memungkinkan peneliti untuk menghasilkan elektroda dengan konduktivitas yang lebih baik.
Hal ini disebabkan efek sinergi antara lapisan oksida logam dan MOFs. Akan jauh lebih baik untuk
merancang strategi fabrikasi untuk nanokomposit oksida logam/MOF dengan memasukkan oksida
logam ke dalam sistem MOF.
3. Tantangan dan Prospek
Kemajuan superkapasitor telah menjadi topik yang sangat menarik dalam beberapa tahun terakhir.
Superkapasitor adalah teknologi yang menjanjikan untuk berbagai aplikasi. Mereka memiliki kepadatan
daya tinggi, kapasitansi tinggi, energi tinggi, siklus hidup panjang, dan tidak ada efek memori. Namun,
beberapa tantangan masih terkait dengan pengembangannya, termasuk menemukan elektrolit yang
cocok dan mencapai kepadatan energi yang tinggi. Perkembangan masa depan superkapasitor
didasarkan pada pengembangan dan penerapan bahan elektroda baru, dikombinasikan dengan bahan
lain untuk membentuk superkapasitor [212]. Sistem pengemasan dan penyegelan untuk perangkat
penyimpanan energi harus ditingkatkan secara besar-besaran agar dapat digunakan sebagaimana
dimaksud. Superkapasitor yang tahan terhadap kondisi ekstrem, seperti suhu tinggi dan rendah, asam
kuat, dan basa, sangat penting. Penelitian ini akan fokus pada pengembangan bahan elektroda dan
elektrolit baru serta bahan pemisah dan bahan pengikat. Ada banyak pekerjaan yang harus dilakukan
untuk mengkomersialkan bahan elektroda baru. Telah terjadi peningkatan pesat dalam jumlah
perangkat fleksibel, miniatur, ringan dengan perangkat kinerja elektrokimia yang sangat baik yang
mendorong perkembangan pesat perangkat penyimpanan energi fleksibel dalam elektronik modern [
213]. SC yang menggabungkan keunggulan seperti fleksibel dan mencapai efisiensi tinggi cocok untuk
perangkat tersebut.
SC banyak digunakan dalam berbagai aplikasi energi, otomotif, industri, dan elektronik konsumen. Mereka dapat meningkatkan baterai saat ini dengan banyak cara, seperti menyediakan daya ke
perangkat di lokasi terpencil atau sulit diakses atau menyediakan daya ke perangkat pintar yang tidak selalu membutuhkan daya. Superkapasitor memiliki satu kelemahan, yaitu biayanya. Namun, bahan
superkapasitor baru sedang dikembangkan dengan pengembangan nanoteknologi, nanomaterial, dan nanofabrikasi. Penelitian superkapasitor saat ini difokuskan pada peningkatan kinerja elektrokimia,
karakteristik material, dan fabrikasi. Kemajuan di bidang ini dapat mengarah pada kinerja superkapasitor yang lebih besar, sehingga meningkatkan efisiensi dan efektivitas biaya. Penelitian lebih lanjut
diperlukan untuk mengidentifikasi bahan baru; mencapai struktur yang terkendali; mengurangi resistensi internal; dan meningkatkan kapasitansi, energi, dan kepadatan daya, dan siklus hidup. Superkapasitor
dapat berdampak signifikan pada sektor transportasi dan energi jika tantangan ini dapat diatasi. Salah satu tantangannya adalah meningkatkan kepadatan energi superkapasitor. Ini penting karena secara
langsung memengaruhi jumlah daya yang disimpan di perangkat tertentu. Para peneliti sedang mengerjakan bahan dan desain baru yang secara signifikan dapat meningkatkan kepadatan energi. Tantangan
lain adalah mengurangi tingkat self-discharge superkapasitor; ini adalah tingkat di mana energi yang tersimpan hilang dari waktu ke waktu. Jika tingkat ini dapat dikurangi, itu akan sangat meningkatkan umur
perangkat superkapasitor buatan. Angka dan siklus hidup. Superkapasitor dapat berdampak signifikan pada sektor transportasi dan energi jika tantangan ini dapat diatasi. Salah satu tantangannya adalah
meningkatkan kepadatan energi superkapasitor. Ini penting karena secara langsung memengaruhi jumlah daya yang disimpan di perangkat tertentu. Para peneliti sedang mengerjakan bahan dan desain baru
yang secara signifikan dapat meningkatkan kepadatan energi. Tantangan lain adalah mengurangi tingkat self-discharge superkapasitor; ini adalah tingkat di mana energi yang tersimpan hilang dari waktu ke
waktu. Jika tingkat ini dapat dikurangi, itu akan sangat meningkatkan umur perangkat superkapasitor buatan. Angka dan siklus hidup. Superkapasitor dapat berdampak signifikan pada sektor transportasi dan
energi jika tantangan ini dapat diatasi. Salah satu tantangannya adalah meningkatkan kepadatan energi superkapasitor. Ini penting karena secara langsung memengaruhi jumlah daya yang disimpan di
perangkat tertentu. Para peneliti sedang mengerjakan bahan dan desain baru yang secara signifikan dapat meningkatkan kepadatan energi. Tantangan lain adalah mengurangi tingkat self-discharge
superkapasitor; ini adalah tingkat di mana energi yang tersimpan hilang dari waktu ke waktu. Jika tingkat ini dapat dikurangi, itu akan sangat meningkatkan umur perangkat superkapasitor buatan. Angka Ini
penting karena secara langsung memengaruhi jumlah daya yang disimpan di perangkat tertentu. Para peneliti sedang mengerjakan bahan dan desain baru yang secara signifikan dapat meningkatkan
kepadatan energi. Tantangan lain adalah mengurangi tingkat self-discharge superkapasitor; ini adalah tingkat di mana energi yang tersimpan hilang dari waktu ke waktu. Jika tingkat ini dapat dikurangi, itu akan
sangat meningkatkan umur perangkat superkapasitor buatan. Angka Ini penting karena secara langsung memengaruhi jumlah daya yang disimpan di perangkat tertentu. Para peneliti sedang mengerjakan
bahan dan desain baru yang secara signifikan dapat meningkatkan kepadatan energi. Tantangan lain adalah mengurangi tingkat self-discharge superkapasitor; ini adalah tingkat di mana energi yang tersimpan
hilang dari waktu ke waktu. Jika tingkat ini dapat dikurangi, itu akan sangat meningkatkan umur perangkat superkapasitor buatan. Angka itu akan sangat meningkatkan umur perangkat superkapasitor buatan.
Angka itu akan sangat meningkatkan umur perangkat superkapasitor buatan. Angka11merangkum dalam daftar tabel kemungkinan strategi dan tantangan peningkatan superkapasitor. Seperti yang kita lihat,
arsitektur optimal untuk desain superkapasitor bergantung pada faktor-faktor seperti struktur sel, bahan elektroda, fabrikasi, geometri, bahan elektroda, dan komposisi elektrolit. Bahan elektroda juga
menentukan kinerja akhir dari superkapasitor. Misalnya, elektroda karbon dengan lapisan graphene akan menunjukkan energi spesifik yang lebih tinggi daripada elektroda karbon tanpa graphene tetapi
dengan kapasitansi volumetrik yang lebih rendah. Terakhir, komposisi elektrolit dapat menentukan bagaimana bahan elektroda berinteraksi dengannya. Daftar tabularisasi memiliki tiga bagian. Bagian pertama
Bahan nano2022,12, 3708
25 dari 36
menjelaskan kemungkinan peningkatan kinerja superkapasitor. Bagian kedua berisi strategi
yang diperlukan untuk mencapainya. Bagian ketiga berisi tantangan peningkatan
superkapasitor. Bagian ketiga berisi analisis terperinci tentang tantangan yang terkait
dengan peningkatan superkapasitor. Tujuannya adalah untuk mengidentifikasi bidangbidang yang memerlukan perbaikan untuk membuat perangkat ini lebih efisien dan efektif.
Selain itu, bagian ini memberikan solusi potensial untuk mengatasi tantangan ini.
Kemungkinan, Strategi yang Diperlukan, dan Tantangan
Kemungkinan
Strategi yang Diperlukan
Tantangan
Bahan Elektroda Bi-metal
Meningkatkan Konduktivitas
Meningkatkan Konduktivitas
Integritas Koperasi Material
Integritas Koperasi Material
Struktur Mikro Diskrit
Struktur Mikro Diskrit
Meningkatkan Keberlanjutan
Memperkaya Reaksi Redoks
Jendela Potensi Luas
Jendela Potensi Luas
Ketahanan Dalam
Template Deposisi Gratis
Perkenalkan Pengisi Karbon
Fabrikasi Heterostruktur
Integrasi Perangkat Hybrid
Perangkat Cerdas/Dapat Dipakai
Mengoptimalkan Fungsi
Kompatibilitas Bahan
Struktur Mikro Kompak
Pelepasan Cepat
Pembatasan Aktivitas Redoks
Jendela Potensi Sempit
Miniaturisasi Perangkat
Cara strategis untuk meningkatkan Kinerja Supercapacitor
Gambar 11.Daftar tabel kemungkinan strategi dan tantangan peningkatan superkapasitor.
Tren utama penelitian teknologi superkapasitor adalah meningkatkan densitas energi dan
daya superkapasitor. Di sini kita membahas kemajuan terbaru dalam material elektroda dan
elektrolit untuk superkapasitor dan bagaimana material ini dapat dioptimalkan untuk
meningkatkan performa.
Tantangan dan Strategi Optimalisasi Peningkatan Kepadatan Energi dan Kepadatan Daya
Superkapasitor
1. Kepadatan energi superkapasitor adalah jumlah energi yang dapat disimpan di perangkat
per satuan volume. Ini adalah parameter penting saat memilih superkapasitor untuk
aplikasi tertentu. Kepadatan energi yang lebih tinggi (e=1/2CV2) berarti lebih banyak
energi yang dapat disimpan dalam volume tertentu, membuat superkapasitor lebih
padat.
Agar superkapasitor memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi, tiga hal berikut
perlu dilakukan:
Saya. Meningkatkan kapasitansi spesifik (C) dari bahan atau mengembangkan bahan elektroda baru dengan
kapasitansi spesifik yang tinggi.
ii. Memperbesar jendela tegangan (V) dari superkapasitor.
aku aku aku. Merancang dan mengoptimalkan baterai/superkapasitor hybrid atau superkapasitor
simetris. Superkapasitor asimetris dapat sepenuhnya mengeksploitasi jendela potensial yang
berbeda dari dua elektroda untuk memaksimalkan voltase yang dapat diterapkan ke kapasitor.
Perangkat semacam ini dapat secara efektif meningkatkan kepadatan energi perangkat.
2. Kepadatan daya menggambarkan tingkat kinerja perangkat penyimpanan energi. Seperti yang
dapat dilihat dari Gambar12, dibandingkan dengan perangkat penyimpanan energi lainnya,
superkapasitor menunjukkan kerapatan daya yang lebih tinggi [214]. Dari rumus kerapatan
daya (P=V2/4R, Di manaPadalah kepadatan daya,Vadalah jendela potensial, danRadalah
resistansi seri ekivalen), dapat dilihat resistansi seri ekivalen (ESR) dan jendela tegangan (V)
memiliki efek langsung pada kerapatan daya. Selain itu, jendela tegangan tidak hanya
berpengaruh pada kerapatan energi tetapi juga pada kerapatan daya.
Bahan nano2022,12, 3708
26 dari 36
Gambar 12.Plot Ragone tentang kepadatan energi dan daya spesifik dari berbagai perangkat
penyimpanan energi. Direproduksi dengan izin [7] Hak Cipta © 2022, Ilmu Energi & Lingkungan.
Superkapasitor adalah teknologi yang menjanjikan untuk penyimpanan energi, tetapi bahan
elektroda dan elektrolit membatasi kinerjanya. Selain itu, kerapatan energi superkapasitor masih
jauh lebih rendah daripada baterai. Hal ini disebabkan terbatasnya kapasitansi spesifik bahan
elektroda dan rendahnya kelarutan elektrolit dalam pelarut organik. Salah satu cara untuk
mengoptimalkan kinerja superkapasitor adalah memilih bahan dengan hati-hati
digunakan untuk elektroda dan elektrolit. Perangkat berkinerja tinggi dapat dicapai dengan
mengoptimalkan bahan elektroda dan elektrolit. (Angka13). Pada bagian ini, kita akan membahas
bagaimana mengoptimalkan material elektroda dan elektrolit untuk meningkatkan densitas energi
superkapasitor.
Performa tinggi
superkapasitor
mendekati
Kepadatan energi
Kapasitansi
Aktifkan bahan
Ukuran pori
Distribusi ukuran pori
Luas permukaan
Seri setara
Volta
perlawanan
Elektrolit
Ukuran ion
Aktifkan bahan
Konduktivitas listrik
Elektrolit
konduktivitas ionik
Jendela tegangan
Viskositas
Gambar 13.Skema pendekatan multifaset untuk mendapatkan superkapasitor berkinerja tinggi.
Beberapa faktor lain dapat memengaruhi kinerja kapasitif superkapasitor:
(1) Bahan nano digunakan untuk mengurangi ukuran partikel dan meningkatkan luas permukaan
spesifik superkapasitor. Nanomaterial dapat memiliki morfologi yang berbeda atau mengandung
ukuran pori efektif yang berbeda. Kelompok fungsional meningkatkan keterbasahan permukaan
bahan elektroda dengan elektrolit, meningkatkan siklus hidup.
Bahan nano2022,12, 3708
27 dari 36
(2) Elektrolit berair memiliki keuntungan karena sangat pekat, memiliki jari-jari ion yang kecil,
dan memiliki resistansi yang rendah. Air dapat terurai hanya pada 1,23 V, sangat
membatasi kepadatan energi dan daya perangkat. Saat menggunakan elektrolit yang
mengandung senyawa organik, rentang voltase meluas hingga sekitar 2,5–2,7 V.
Dengan meningkatkan kemurnian elektrolit, pengaruh pengotor pada kisaran voltase
kerja dan masa pakai perangkat dapat dikurangi.
(3) Resistensi elektrokimia (ERS) menggambarkan resistansi elektroda dan
antarmukanya dengan pengumpul arus. Ini juga menentukan seberapa baik
elektroda melakukan arus. ESR ditentukan oleh luas dan porositas elektroda,
konduktivitas elektrolit dan separator, serta suhu pengoperasian. Elektroda
biasanya dibuat dengan menerapkan bahan aktif listrik, zat konduktif, dan pengikat
ke bubur yang diterapkan ke pengumpul arus.
(4) Suhu operasi berpengaruh signifikan terhadap superkapasitor. Kapasitansinya akan
berkurang di bawah suhu tinggi, terutama dalam keadaan operasi suhu tinggi yang
terus menerus. Selain itu, suhu kerja sangat mempengaruhi viskositas elektrolit
dan konduktivitas ionik.
Superkapasitor adalah perangkat penyimpanan energi yang efektif di banyak industri dan bidang.
Pasar besar-besaran akan memberikan prospek tak terbatas untuk pengembangan superkapasitor.
Namun, masih ada ruang yang sangat besar untuk kemajuan dalam teknologi penyimpanan energi yang
bermanfaat ini. Mengemudi kendaraan listrik dan mengenakan pakaian pintar menjadi semakin trendi.
Akibatnya, penting untuk memperluas jangkauan aplikasi superkapasitor, menurunkan biaya, dan
meningkatkan kepadatan energi. Namun, masih ada masalah dengan beberapa bahan elektroda yang
memengaruhi performa dan biaya superkapasitor. Angka14menyajikan gambaran keadaan upaya untuk
memperoleh kinerja yang tinggi dan tinggi
perangkat superkapasitor yang berlaku.
Gambar 14.Skema beberapa tantangan saat ini dan solusi masa depan untuk mendapatkan perangkat superkapasitor yang
sangat dapat diterapkan.
4. Pandangan dan Kesimpulan
Superkapasitor telah menunjukkan potensi besar sebagai perangkat penyimpanan energi baru
dengan efisiensi tinggi di berbagai bidang, namun masih ada beberapa masalah dalam proses
aplikasinya. Superkapasitor dengan kerapatan energi tinggi, resistansi tegangan tinggi, dan resistansi
suhu tinggi/rendah akan menjadi arah pengembangan di masa mendatang. Pencarian untuk
Bahan nano2022,12, 3708
28 dari 36
bahan elektroda dan elektrolit generasi mendatang untuk superkapasitor adalah bidang penelitian yang
sangat aktif. Mengoptimalkan bahan elektroda dan elektrolit sangat penting untuk mengembangkan
superkapasitor berperforma tinggi dengan densitas energi, densitas daya, dan siklus hidup yang lebih
baik.
Secara umum, penelitian dapat dimulai dari empat hal berikut. Pertama,
mengembangkan bahan elektroda dengan kinerja tinggi, distribusi ukuran pori, luas
permukaan spesifik, konduktivitas listrik, gugus fungsi permukaan, struktur kristal,
keterbasahan, dan konduktivitas; ini memiliki pengaruh besar pada kinerja
supercapacitor. Kedua, kembangkan elektrolit fungsional yang sesuai untuk kondisi
tegangan tinggi dan/atau suhu tinggi/rendah. Dalam proses ini, pengaruh sifat garam
elektrolit, viskositas pelarut, konduktivitas ionik pada jendela tegangan, dan kinerja
superkapasitor harus dipertimbangkan. Ketiga, bangun baterai-superkapasitor hibrida
untuk mengatasi masalah rendahnya kepadatan energi superkapasitor. Keempat, selain
perbaikan elektroda dan elektrolit di atas,
Dengan pesatnya perkembangan teknologi elektronik, perangkat mikro elektronik yang fleksibel dan dapat dikenakan telah mendapat perhatian besar dalam beberapa tahun terakhir. Namun, ada
keterbatasan teknis dan ekonomi. Untuk alasan ini, bahan aktif yang digunakan dalam superkapasitor sebagian besar tersedia dalam bentuk bubuk karena karakteristik strukturalnya dan diproduksi dalam
bentuk sel silinder. Sulit untuk memecahkan masalah fleksibilitas dan implementasi elektroda. Untuk perangkat penyimpanan energi yang fleksibel, perlu mempelajari penerapan bahan aktif tipe bubuk ke sel
penyimpanan energi tipe serat yang dapat dibuat dengan metode seperti simpul, puntiran, dan tenun. Dibandingkan dengan baterai, kepadatan energi superkapasitor fleksibel terlalu rendah, dan masa pakai
baterai pendek, yang sulit untuk memenuhi kebutuhan penggunaan jangka panjang dalam kehidupan nyata. Proses deformasi mekanis dinamis menempatkan persyaratan yang lebih tinggi pada fleksibilitas
elektroda dan kekuatan pengikatan bahan multilayer permukaan. Penting untuk terus mengembangkan elektroda dengan kinerja elektrokimia yang sangat baik dan fleksibilitas mekanik yang baik. Selain itu,
pencarian bahan elektroda yang murah, ramah lingkungan, dan ramah lingkungan, serta pengembangan proses persiapan elektroda fleksibel yang sederhana dan efisien yang tidak memerlukan peralatan
tinggi, juga merupakan masalah yang perlu segera diselesaikan. Superkapasitor fleksibel yang cocok dengan produk elektronik portabel akan menjadi arah pengembangan potensial dari perangkat
penyimpanan fleksibel generasi berikutnya. Proses deformasi mekanis dinamis menempatkan persyaratan yang lebih tinggi pada fleksibilitas elektroda dan kekuatan pengikatan bahan multilayer permukaan.
Penting untuk terus mengembangkan elektroda dengan kinerja elektrokimia yang sangat baik dan fleksibilitas mekanik yang baik. Selain itu, pencarian bahan elektroda yang murah, ramah lingkungan, dan
ramah lingkungan, serta pengembangan proses persiapan elektroda fleksibel yang sederhana dan efisien yang tidak memerlukan peralatan tinggi, juga merupakan masalah yang perlu segera dipecahkan.
Superkapasitor fleksibel yang cocok dengan produk elektronik portabel akan menjadi arah pengembangan potensial dari perangkat penyimpanan fleksibel generasi berikutnya. Proses deformasi mekanis
dinamis menempatkan persyaratan yang lebih tinggi pada fleksibilitas elektroda dan kekuatan pengikatan bahan multilayer permukaan. Penting untuk terus mengembangkan elektroda dengan kinerja
elektrokimia yang sangat baik dan fleksibilitas mekanik yang baik. Selain itu, pencarian bahan elektroda yang murah, ramah lingkungan, dan ramah lingkungan, serta pengembangan proses persiapan elektroda
fleksibel yang sederhana dan efisien yang tidak memerlukan peralatan tinggi, juga merupakan masalah yang perlu segera dipecahkan. Superkapasitor fleksibel yang cocok dengan produk elektronik portabel
akan menjadi arah pengembangan potensial dari perangkat penyimpanan fleksibel generasi berikutnya. Penting untuk terus mengembangkan elektroda dengan kinerja elektrokimia yang sangat baik dan
fleksibilitas mekanik yang baik. Selain itu, pencarian bahan elektroda yang murah, ramah lingkungan, dan ramah lingkungan, serta pengembangan proses persiapan elektroda fleksibel yang sederhana dan
efisien yang tidak memerlukan peralatan tinggi, juga merupakan masalah yang perlu segera diselesaikan. Superkapasitor fleksibel yang cocok dengan produk elektronik portabel akan menjadi arah pengembangan potensial dari
Superkapasitor membantu mencapai konservasi energi dan pengurangan emisi yang lebih baik pada
mobil, angkutan kereta api, dan pembangkit listrik energi terbarukan serta memiliki prospek pengembangan
yang luas. Di masa mendatang, pengurangan biaya dan peningkatan kinerja akan menjadi satu-satunya cara
untuk mempercepat penerapan superkapasitor di bidang yang lebih luas.
Kontribusi Penulis:Konseptualisasi, investigasi, penulisan—penyusunan draf asli, visualisasi, NK
dan S.-BK; supervisi, S.-YL dan S.-JP Semua penulis telah membaca dan menyetujui versi naskah
yang diterbitkan.
Pendanaan:Penelitian ini didukung oleh hibah National Research Foundation of Korea (NRF) yang
didanai oleh pemerintah Korea (MSIT) (No. 2022M3J7A1062940). Karya ini juga didukung oleh Inha
University Research Grant, Korea Selatan.
Pernyataan Ketersediaan Data:Tak dapat diterapkan.
Konflik kepentingan:Para penulis menyatakan tidak ada konflik kepentingan.
Referensi
1. Simon, P.; Gogotsi, Y. Bahan untuk kapasitor elektrokimia. Di dalamNanosains dan Teknologi: Kumpulan Ulasan dari Jurnal Alam;
Ilmiah Dunia: Singapura, 2010; hlm. 320–329.
2. Miller, JR; Simon, P. Kapasitor elektrokimia untuk manajemen energi.Sains2008,321, 651–652. [CrossRef] [PubMed]
Bahan nano2022,12, 3708
29 dari 36
3. Chu, S.; Majumdar, A. Peluang dan tantangan untuk masa depan energi yang berkelanjutan.Alam2012,488, 294–303. [CrossRef] [PubMed]
4. Pomerantseva, E.; Bonaccorso, F.; Feng, X.; Cui, Y.; Gogotsi, Y. Penyimpanan energi: Masa depan dimungkinkan oleh bahan nano.Sains2019, 366,
eaan8285. [CrossRef]
5. Musim Dingin, M.; Brodd, RJApa itu Baterai, Sel Bahan Bakar, dan Superkapasitor?Publikasi ACS: Washington, DC, AS, 2004.
6. Liu, JL; Wang, J.; Xu, CH; Jiang, H.; Li, CZ; Zhang, LL; Lin, JY; Shen, ZX Advanced Energy Storage Devices: Prinsip Dasar, Metode
Analitik, dan Desain Bahan Rasional.Lanjut Sains.2018,5, 1700322. [CrossRef]
7. Lee, JH; Yang, G.; Kim, CH; Mahajan, RL; Lee, SY; Park, SJ Superkapasitor hibrid solid-state fleksibel untuk internet untuk segalanya
(IoE).Lingkungan Energi. Sains.2022,15, 2233–2258. [CrossRef]
8.Chen, CJ; Zhang, Y.; Li, YJ; Dai, JQ; Lagu, JW; Yao, YG; Gong, YH; Kierzewski, I.; Xie, J.; Hu, LB Semua-kayu, tortuositas rendah, berair,
superkapasitor biodegradable dengan kapasitansi sangat tinggi.Lingkungan Energi. Sains.2017,10, 538–545. [CrossRef]
9. Heo, YJ; Lee, JH; Kim, SH; Mun, SJ; Lee, SY; Park, SJ Superkapasitor Benang Tebal Milimeter Berasal dari Kertas yang Mengaktifkan Densitas Energi
Volumetrik Tinggi.Aplikasi ACS Antarmuka Mater2022,114, 42671–42682. [CrossRef]
10. Shao, Y.; El-Kady, MF; Matahari, J.; Li, Y.; Zhang, Q.; Zhu, M.; Wang, H.; Dunn, B.; Kaner, RB Desain dan Mekanisme Superkapasitor
Asimetris.kimia Putaran.2018,118, 9233–9280. [CrossRef]
11. Fang, YY; Zhang, QY; Cui, LF Kemajuan terbaru bahan mesopori untuk superkapasitor kinerja tinggi.mikropor. Mesopor. Tikar.
2021,314, 110870. [CrossRef]
12. Kiamahalleh, MV; Zein, SHS; Najafour, G.; SATA, SA; Buniran, S. Berdinding nanotube karbon berbasis nanocomposites untuk
superkapasitor: Tinjauan bahan elektroda.Nano2012,7, 1230002. [CrossRef]
13. Conway, B.; Bockris, JM; Ammar, I. Konstanta dielektrik larutan dalam lapisan ganda difus dan Helmholtz pada antarmuka
bermuatan dalam larutan berair.Trans. Faraday Soc.1951,47, 756–766. [CrossRef]
14. Zhao, P.; Yao, M.; Ren, H.; Wang, N.; Komarneni, S. Nanocomposites dari ultrathin MnO hirarkis2nanosheets/hollow carbon nanofibers
untuk superkapasitor asimetris berkinerja tinggi.Aplikasi Berselancar. Sains.2019,463, 931–938. [CrossRef]
15. Du, X.; Chen, Q.; Xiang, C.; Zou, Y.; Xu, F.; Xie, J.; Sun, L. Formasi Ultrafine MnO yang Sangat Tersebar2Nanopartikel pada Karbon Berpori
yang didoping Nitrogen untuk Aplikasi Superkapasitor.Int. J. Elektrokimia. Sains.2019,14, 4195–4205. [CrossRef]
16. Shinde, PA; Lokhande, VC; Ji, T.; Lokhande, CD Sintesis yang mudah dari MnO morfologi seperti mesopori hirarkis2
film tipis pada kain karbon untuk aplikasi superkapasitor berkinerja tinggi.J. Antarmuka Koloid Sci.2017,498, 202–209. [CrossRef] [
PubMed]
17.Gund, GS; Lokhande, CD; Park, HS Sintesis terkontrol struktur nanoflake hirarkis film tipis NiO untuk aplikasi superkapasitor.
J.Paduan. Komp.2018,741, 549–556. [CrossRef]
18. Kandasamy, N.; Venugopal, T.; Kannan, K. Facile One-Pot Synthesis of Flower Like Cobalt Oxide Nanostructures on Nickel Plate and Its
Supercapacitance Properties.J. Nanosci. Nanoteknologi.2018,18, 3960–3968. [CrossRef]
19. Kamu, ZG; Li, T.; Ibu, G.; Peng, XY; Zhao, J. Morfologi mengendalikan MnO2elektrodeposisi pada kertas serat karbon untuk
superkapasitor berkinerja tinggi.J. Sumber Daya2017,351, 51–57. [CrossRef]
20. Panci, H.; Li, JY; Feng, YP Carbon Nanotubes untuk Superkapasitor.Res skala nano. Lett.2010,5, 654–668. [CrossRef]
21. Lee, SY; Kim, JI; Park, SJ Karbon aktif nanotube/komposit polianilin sebagai elektroda superkapasitor.Energi2014, 78, 298–303. [
CrossRef]
22. Yuan, CZ; Li, JY; Hou, LR; Zhang, XG; Shen, LF; Lou, XW Ultrathin Mesopori NiCo2HAI4Nanosheet Didukung pada Ni Foam sebagai
Elektroda Canggih untuk Superkapasitor.Lanjut Fungsi. Mater.2012,22, 4592–4597. [CrossRef]
23. Frackowiak, E.; Jurewicz, K.; Delpeux, S.; Béguin, bahan F. Nanotubular untuk superkapasitor.J. Sumber Daya2001,97, 822–825. [CrossRef]
24. Putra, YR; Park, SJ Efek rasio graphene oxide/carbon nanotube pada perilaku elektrokimia dari busa graphene oxide/carbon nanotube tereduksi
seperti tulang spons yang disiapkan dengan pendekatan sederhana dan hijau.kimia Eng. J.2019,373, 1020–1029. [CrossRef]
25. Zhu, FF; Liu, WJ; Liu, Y.; Shi, WD Konstruksi antarmuka berpori pada CNTs@NiCo-LDH core-shell nanotube arrays untuk aplikasi
superkapasitor.kimia Eng. J.2020,383, 123150. [CrossRef]
26. Hsieh, CE; Chang, C.; Gupta, S.; Hsiao, CH; Lee, CY; Tai, NH CoMn bebas pengikat2HAI4/ elektroda komposit nanotube karbon untuk
superkapasitor asimetris berkinerja tinggi.J.Paduan. Komp.2022,897, 163231. [CrossRef]
27. Guan, D.; Gao, Z.; Yang, W.; Wang, J.; Yuan, Y.; Wang, B.; Zhang, M.; Liu, L. Sintesis hidrotermal karbon nanotube/kubik Fe3HAI4
nanokomposit untuk bahan elektroda superkapasitor kinerja yang ditingkatkan.Mater. Sains. Eng. B2013,178, 736–743. [
CrossRef]
28. Peng, C.; Zhang, S.; Jewell, D.; Chen, GZ Carbon nanotube dan melakukan komposit polimer untuk superkapasitor.Prog. Nat. Sains.2008,
18, 777–788. [CrossRef]
29. Lippen, PE; Wanita, M.; Kubiak, P.; Jumas, JC; Olivier-Fourcade, J. Struktur elektronik dari spinel Li4Ti5O12 dipelajari dengan perhitungan
ab initio dan spektroskopi serapan sinar-X.Sains Keadaan Padat.2004,6, 161–166. [CrossRef]
30.Lee, SM; Lee, SC; Jung, JH; Kim, HJ Karakterisasi pori dari tabung nano karbon berdinding banyak yang dimodifikasi oleh KOH.kimia Fisika. Lett.
2005,416, 251–255. [CrossRef]
31. Ji, L.; Shao, Y.; Xu, Z.; Zheng, S.; Zhu, D. Adsorpsi senyawa monoaromatik dan antibiotik farmasi pada tabung nano karbon yang
diaktifkan oleh pengetsaan KOH.Mengepung. Sains. Technol.2010,44, 6429–6436. [CrossRef]
Bahan nano2022,12, 3708
30 dari 36
32. Yanyan, L.; Kurniawan, TA; Albadarin, AB; Walker, G. Peningkatan penghilangan acetaminophen dari air limbah sintetik menggunakan tabung
nano karbon multi-dinding (MWCNTs) yang dimodifikasi secara kimiawi dengan NaOH, HNO3/H2JADI4, ozon, dan/atau kitosan.J.Mol. Liq. 2018,
251, 369–377. [CrossRef]
33. Shiraishi, M.; Takenobu, T.; Yamada, A.; Ata, M.; Kataura, H. Penyimpanan hidrogen dalam bundel karbon nanotube berdinding tunggal dan
peapoda.kimia Fisika. Lett.2002,358, 213–218. [CrossRef]
34. Khater, H.; El Gawaad, HA Karakterisasi mortar geopolimer aktif alkali yang didoping dengan MWCNT.Konstruksi Membangun. Mater.
2016,102, 329–337. [CrossRef]
35. Raymundo-Pinero, E.; Azaïs, P.; Cacciaguerra, T.; Cazorla-AmorHais, D.; Linares-Solano, A.; Béguin, F. KOH dan mekanisme aktivasi NaOH dari
tabung nano karbon berdinding banyak dengan organisasi struktural yang berbeda.Karbon2005,43, 786–795. [CrossRef]
36. Frackowiak, E.; Delpeux, S.; Jurewicz, K.; Szostak, K.; Cazorla-Amoros, D.; Beguin, F. Peningkatan kapasitansi karbon nanotube
melalui aktivasi kimia.kimia Fisika. Lett.2002,361, 35–41. [CrossRef]
37. Gupta, V.; Komposit Miura, N. Polyaniline/single-wall carbon nanotube (PANI/SWCNT) untuk superkapasitor performa tinggi.
Electrochim. Acta2006,52, 1721–1726. [CrossRef]
38. Xia, C.; Leng, MZ; Tao, W.; Wang, QF; Gao, YF; Zhang, Q. Polyaniline/carbon nanotube core-shell hybrid dan elektrolit aktif redoks
untuk superkapasitor fleksibel berkinerja tinggi.J.Mater. Sci.-Mater. Elektron.2019,30, 4427–4436. [CrossRef]
39. Lee, TH; Pham, DT; Sahoo, R.; Seok, J.; Luu, THT; Lee, YH Kepadatan energi tinggi dan peningkatan stabilitas superkapasitor
asimetris dengan MnO mesopori2@CNT dan nanodot MoO3Film berdiri bebas @CNT.Bahan Penyimpanan Energi.2018, 12,
223–231. [CrossRef]
40.Tian, GY; Liu, L.; Meng, QH; Cao, B. Facile sintesis graphene laminasi untuk bahan elektroda supercapacitor canggih melalui
reduksi simultan dan N-doping.J. Sumber Daya2015,274, 851–861. [CrossRef]
41. Yeo, CS; Heo, YJ; Shin, MK; Lee, JH; Taman, YY; Mun, SJ; Ismail, YA; Sinh, L.; Taman, SJ; Park, SY Superkapasitor Grafena Oksida
Ultralong dan Tebal Milimeter dengan Kapasitansi Volumetrik Tinggi.Aplikasi ACS Mater Energi.2021,4, 8059–8069. [CrossRef]
42. Kim, HJ; Lee, SY; Sinh, LH; Yeo, CS; Putra, YR; Cho, KR; Lagu, Y.; Ju, S.; Shin, MK; Taman, SJ; et al. Memaksimalkan kerapatan energi
volumetrik superkapasitor all-graphene-oxide dan potensi aplikasinya untuk memanen energi.J. Sumber Daya2017, 346, 113–
119. [CrossRef]
43. Gao, YD; Zhang, YY; Zhang, Y.; Xie, LJ; Li, XM; Su, TA; Wei, XX; Xu, ZW; Chen, CM; Cai, R. Kerangka graphene seperti kertas tiga dimensi
dengan struktur laminar yang sangat berorientasi sebagai elektroda superkapasitor bebas pengikat.J. Kimia Energi.2016, 25, 49–54. [
CrossRef]
44. Yan,ZX; Gao, ZH; Zhang, ZY; Dai, CJ; Wei, W.; Shen, PK Graphene Nanosphere sebagai Bahan Elektroda Lanjutan untuk Mempromosikan
Superkapasitor Simetris Kinerja Tinggi.Kecil2021,17, 2007915. [CrossRef] [PubMed]
45. Hasemi, SA; Mousavi, SM; Naderi, SDM; Bahrani, S.; Arjmand, M.; Hagfeldt, A.; Chiang, WH; Ramakrishna, S. Polipirol yang diperkuat
dengan serpihan graphene 2D yang dihiasi dengan kompleks oksida logam nikel-tungsten yang saling berhubungan menuju
superkapasitor yang stabil.kimia Eng. J.2021,418, 129396. [CrossRef]
46. Wen, D.; Ying, GB; Liu, L.; Li, YX; Matahari, C.; Hu, C.; Zhao, YL; Ji, ZY; Zhang, JF; Wang, X. Pencetakan inkjet langsung dari film komposit
MXene/graphene yang fleksibel untuk elektroda superkapasitor.J.Paduan. Komp.2022,900, 163436. [CrossRef]
47. Tian, J.; Wu, S.; Yin, XL; Wu, W. Novel persiapan nanosheets graphene / graphene oksida hidrofilik untuk elektroda supercapacitor.
Aplikasi Berselancar. Sains.2019,496, 143696. [CrossRef]
48. Li, ZN; Gadipelli, S.; Yang, YC; Dia, GJ; Guo, J.; Li, JT; Lu, Y.; Howard, CA; Brett, DJL; Parkin, IP; et al. Performa superkapasitor yang
luar biasa dari oksidasi graphene-oxide yang dioptimalkan.Bahan Penyimpanan Energi.2019,17, 12–21. [CrossRef]
49. Sahu, V.; Shekhar, S.; Sharma, RK; Singh, G. Superkapasitor Kinerja Ultratinggi dari Lacey Reduced Graphene Oxide
Nanoribbons.Aplikasi ACS Mater. Antarmuka2015,7, 3110–3116. [CrossRef]
50. Tas, S.; Samanta, A.; Bhunia, P.; Raj, CR Fungsionalisasi rasional oksida grafena tereduksi dengan cairan ionik berbasis imidazolium
untuk aplikasi superkapasitor.Int. J. Hidroen. Energi2016,41, 22134–22143. [CrossRef]
51.Lee, SY; Park, SJ Efek CO2aktivasi pada kinerja elektrokimia karbon mikro yang berasal dari poli(vinilidena fluorida).J. Bahan Kimia
Padat.2013,207, 158–162. [CrossRef]
52. Yang, L.; Feng, Y.; Cao, M.; Yao, J. Persiapan dua langkah karbon berpori hierarkis dari serbuk gergaji kayu yang diaktifkan KOH untuk
superkapasitor.Mater. kimia Fisika.2019,238, 121956. [CrossRef]
53. Jin, Z.; Yan, X.; Yu, Y.; Zhao, G. Serat karbon aktif berkelanjutan dari kayu cair dengan porositas yang dapat dikontrol untuk
superkapasitor berkinerja tinggi.J.Mater. kimia A2014,2, 11706–11715. [CrossRef]
54. Liu, X.; Lai, C.; Xiao, Z.; Zou, S.; Liu, K.; Yin, Y.; Liang, T.; Wu, Z. Penetrasi/penyerapan elektrolit yang luar biasa dari nanosheets karbon
berpori tiga dimensi untuk superkapasitor multifungsi.Aplikasi ACS Mater Energi.2019,2, 3185–3193. [CrossRef]
55. Zequine, C.; Ranaweera, C.; Wang, Z.; Singh, S.; Tripathi, P.; Srivastava, O.; Gupta, BK; Ramasamy, K.; Kahol, P.; Dvornic, P. Performa tinggi
dan superkapasitor fleksibel berdasarkan serat bambu berkarbonisasi untuk aplikasi suhu yang luas.Sains. Reputasi. 2016,6, 31704. [
CrossRef] [PubMed]
56. Han, J.; Li, Q.; Wang, J.; Kamu, J.; Fu, G.; Zhai, L.; Zhu, Y. Heteroatoms (O, N) -doped karbon berpori yang berasal dari cangkang rebung
untuk superkapasitor kinerja tinggi.J.Mater. Sains. Mater. Elektron.2018,29, 20991–21001. [CrossRef]
Bahan nano2022,12, 3708
31 dari 36
57. Echeverry-Montoya, N.; PrSayaas-BarragAn, J.; Tirado-MejSayaAl.; Agudelo, C.; Fonthal, G.; Ariza-CalderHain, H. Fabrikasi dan
respon listrik superkapasitor fleksibel berbasis karbon aktif dari bambu.Fisika. Status Solidi C2017,14, 1600258. [CrossRef]
58. Zhong, Y.; Shi, T.; Huang, Y.; Cheng, S.; Liao, G.; Tang, Z. Sintesis karbon berpori satu langkah yang berasal dari pati untuk superkapasitor tingkat
tinggi yang bebas pengikat semua karbon.Electrochim. Acta2018,269, 676–685. [CrossRef]
59. Cao, J.; Zhu, C.; Aoki, Y.; Habazaki, H. Karbon berpori hierarkis yang diturunkan dari pati dengan porositas terkontrol untuk superkapasitor
berperforma tinggi.Keberlanjutan ACS. kimia Eng.2018,6, 7292–7303. [CrossRef]
60. Kim, M.-H.; Tang, J.; Jang, S.-J.; Pol, VG; Roh, KC Lembaran karbon aktif grafit berpori yang didaur ulang dari kacang kemasan berbasis
pati untuk aplikasi dalam ultrakapasitor.J.Paduan. Komp.2019,805, 1282–1287. [CrossRef]
61. Ashraf, CM; Anilkumar, K.; Jinisha, B.; Manoj, M.; Pradeep, V.; Jayalekshmi, S. Asam dicuci, uap diaktifkan, tempurung kelapa
berasal karbon untuk aplikasi supercapacitor daya tinggi.J. Elektrokimia. Soc.2018,165, A900–A909. [CrossRef]
62. Barzegar, F.; Khaleed, AA; Ugbo, FU; Oyeniran, KO; Momodu, DY; Bello, A.; Dangbegnon, JK; Manyala, N. Cycling dan floating
performance dari symmetric supercapacitor yang berasal dari biomassa tempurung kelapa.Adv.AIP2016,6, 115306. [CrossRef]
63. Yin, L.; Chen, Y.; Zhao, X.; Hou, B.; Cao, B. Karbon aktif berpori hierarkis 3-Dimensi yang berasal dari serabut kelapa dengan
kinerja tingkat tinggi untuk superkapasitor simetris.Mater. Des.2016,111, 44–50. [CrossRef]
64. Xu, X.; Gao, J.; Tian, Q.; Zhai, X.; Liu, Y. Walnut shell memperoleh karbon berpori untuk superkapasitor semua keadaan padat simetris.Aplikasi Berselancar.
Sains.2017,411, 170–176. [CrossRef]
65. Qiu, X.; Wang, L.; Zhu, H.; Guan, Y.; Zhang, Q. Bahan penyerap gelombang mikro yang ringan dan efisien berdasarkan karbon berpori nano yang
diturunkan dari cangkang kenari.skala nano2017,9, 7408–7418. [CrossRef] [PubMed]
66. Wang, C.-H.; Wen, W.-C.; Hsu, H.-C.; Yao, B.-Y. Bahan karbon berpori yang mengandung nitrogen yang diaktifkan oleh KOH berkapasitas
tinggi dari ampas kopi dalam superkapasitor.Lanjut Teknol bubuk.2016,27, 1387–1395. [CrossRef]
67. Plaza-Recobert, M.; Trautwein, G.; Pérez-Cadenas, M.; Alcañiz-Monge, J. Persiapan monolit karbon aktif tanpa pengikat dari
sekam biji kakao.mikropor. Mesopor. Tikar.2017,243, 28–38. [CrossRef]
68. Zhang, Y.; Gao, Z.; Lagu, N.; Li, X. Superkapasitor dan baterai berkinerja tinggi yang berasal dari kulit pisang aktif dengan
struktur berpori.Electrochim. Acta2016,222, 1257–1266. [CrossRef]
69. Fasakin, O.; Dangbegnon, JK; Momodu, DY; Madito, M.; Oyedotun, KO; Eleruja, M.; Manyala, N. Sintesis dan karakterisasi karbon
berpori yang berasal dari kulit pisang aktif dengan porositas hirarkis untuk meningkatkan kinerja elektrokimia. Electrochim.
Acta2018,262, 187–196. [CrossRef]
70. Liu, B.; Zhang, L.; Qi, P.; Zhu, M.; Wang, G.; Mungkin.; Guo, X.; Chen, H.; Zhang, B.; Zhao, Z. Busa karbon berpori yang berasal dari kulit pisang yang didoping
nitrogen sebagai elektroda bebas pengikat untuk superkapasitor.Bahan nano2016,6, 18. [CrossRef]
71. Xiao, Z.; Chen, W.; Liu, K.; Cui, P.; Zhan, D. Karbon biomassa berpori yang berasal dari kulit kacang tanah sebagai bahan elektroda
dengan peningkatan kinerja elektrokimia untuk superkapasitor.Int. J. Elektrokimia. Sains.2018,13, 5370–5381. [CrossRef]
72. Sila, N.; Ndiaye, N.; Ngom, B.; Momodu, D.; Madito, M.; Mutuma, B.; Manyala, N. Pengaruh bahan peningkat porositas terhadap kinerja
elektrokimia elektroda ultrakapasitor berenergi tinggi yang berasal dari limbah kulit kacang tanah.Sains. Reputasi.2019,9, 13673. [
CrossRef]
73. Gao, Y.; Li, L.; Jin, Y.; Wang, Y.; Yuan, C.; Wei, Y.; Chen, G.; Ge, J.; Lu, H. Karbon berpori yang terbuat dari sekam padi sebagai bahan elektroda
untuk kapasitor lapisan ganda elektrokimia.Aplikasi Energi2015,153, 41–47. [CrossRef]
74. Zhang, W.; Lin, N.; Liu, D.; Xu, J.; Sha, J.; Yin, J.; Tan, X.; Yang, H.; Lu, H.; Lin, H. Karbonisasi langsung sekam padi untuk menyiapkan
karbon berpori untuk aplikasi superkapasitor.Energi2017,128, 618–625. [CrossRef]
75. Taer, E.; Manik, ST; Taslim, R.; Dahlan, D.; Deraman, M. Pembuatan elektroda monolit karbon aktif dari ampas tebu dengan
proses aktivasi fisik dan kimia-fisik untuk aplikasi superkapasitor. Di dalamPenelitian Material Tingkat Lanjut; Trans Tech
Publications Ltd.: Bäch, Switzerlands, 2014; hlm. 179–182.
76. Feng, H.; Hu, H.; Dong, H.; Xiao, Y.; Cai, Y.; Lei, B.; Liu, Y.; Zheng, M. Karbon terstruktur hierarkis yang berasal dari limbah ampas tebu:
Rute sintesis yang sederhana dan efisien serta sifat elektrokimia yang ditingkatkan untuk superkapasitor berkinerja tinggi.
J. Sumber Daya2016,302, 164–173. [CrossRef]
77. Inal, IIG; Holmes, SM; Banford, A.; Aktas, Z. Kinerja elektroda superkapasitor dikembangkan dari karbon aktif kimiawi yang
dihasilkan dari limbah teh.Aplikasi Berselancar. Sains.2015,357, 696–703. [CrossRef]
78. Ma, G.; Li, J.; Matahari, K.; Peng, H.; Feng, E.; Lei, Z. Karbon berpori berbasis nitrogen yang didoping daun teh untuk elektroda
superkapasitor berkinerja tinggi.J. Elektrokimia Solid State.2017,21, 525–535. [CrossRef]
79. Deng, J.; Peng, Z.; Xiao, Z.; Lagu, S.; Dai, H.; Li, L. Karbon Doping Berpori dari Antrasit untuk Superkapasitor Berkinerja Tinggi. Aplikasi
Sains.2020,10, 1081. [CrossRef]
80. Qi, J.; Jin, B.; Bai, P.; Zhang, W.; Xu, L. Pembuatan templat karbon berpori berbasis antrasit berbasis antrasit untuk
superkapasitor berkinerja tinggi dan elektrokatalis yang efisien untuk reaksi reduksi oksigen.RSC Adv.2019,9, 24344–24356. [
CrossRef]
81. Pietrzak, R.; Jurewicz, K.; Nowicki, P.; Babeł, K.; Wachowska, karbon aktif berbasis batu bara bitumen yang diperkaya H. Nitrogen sebagai bahan
untuk superkapasitor.Bahan bakar2010,89, 3457–3467. [CrossRef]
82. Hsu, L.-Y.; Teng, H. Pengaruh reagen kimia yang berbeda pada pembuatan karbon aktif dari batubara bituminous.Proses Bahan Bakar.
Technol.2000,64, 155–166. [CrossRef]
Bahan nano2022,12, 3708
32 dari 36
83. Li, L.; Wang, X.; Wang, S.; Cao, Z.; Wu, Z.; Wang, H.; Gao, Y.; Liu, J. Karbon aktif dibuat dari lignit sebagai bahan elektroda
superkapasitor.Elektroanalisis2016,28, 243–248. [CrossRef]
84. Xing, B.-L.; Guo, H.; Chen, L.-J.; Chen, Z.-F.; Zhang, C.-X.; Huang, G.-X.; Xie, W.; Yu, J.-L. Karbon aktif mesopori luas permukaan
tinggi turunan lignit untuk kapasitor elektrokimia.Proses Bahan Bakar. Technol.2015,138, 734–742. [CrossRef]
85. Xing, B.; Huang, G.; Chen, L.; Guo, H.; Zhang, C.; Xie, W.; Chen, Z. Microwave sintesis karbon aktif berpori hirarkis dari lignit
untuk supercapacitors kinerja tinggi.J. Porous Mater.2016,23, 67–73. [CrossRef]
86. Zhang, Y.; Zhang, Y.; Huang, J.; Du, D.; Xing, W.; Yan, Z. Meningkatkan Kinerja Kapasitif Karbon Aktif N-Doped dari Petroleum
Coke dengan Menggabungkan Amoksidasi dengan Aktivasi KOH.Res skala nano. Lett.2016,11, 245. [CrossRef] [PubMed]
87. Zhang, Y.; Cai, T.; Huang, J.; Xing, W.; Yan, Z. Karbon aktif yang difungsikan disiapkan dari kokas minyak bumi dengan kinerja
superkapasitif tingkat tinggi.J.Mater. Res.2016,31, 3723–3730. [CrossRef]
88. Zhang, Y.; Li, X.; Huang, J.; Xing, W.; Yan, Z. Fungsionalisasi karbon yang berasal dari kokas minyak bumi untuk meningkatkan kinerja
kapasitif secara sinergis.Res skala nano. Lett.2016,11, 163. [CrossRef] [PubMed]
89. Wang, J.; Chen, M.; Wang, C.; Wang, J.; Zheng, J. Persiapan karbon mesopori dari bahan karbon amfifilik untuk kapasitor lapis
ganda elektrik berkinerja tinggi.J. Sumber Daya2011,196, 550–558. [CrossRef]
90. Qiao, W.; Yoon, S.-H.; Mochida, I. KOH aktivasi kokas jarum untuk mengembangkan karbon aktif untuk EDLC kinerja tinggi. Bahan Bakar
Energi2006,20, 1680–1684. [CrossRef]
91. Wang, J.-z.; Wang, L.-q.; Chen, M.-m.; Wang, C.-y.; Zhang, C.; He, F. Karbon berpori nano dari kokas jarum hijau teroksidasi untuk digunakan dalam
superkapasitor berperforma tinggi.Bahan Karbon Baru.2015,30, 141–149. [CrossRef]
92. Mitani, S.; Lee, S.-I.; Yoon, S.-H.; Korai, Y.; Mochida, I. Aktivasi kokas pitch mentah dengan alkali hidroksida untuk menyiapkan karbon
kinerja tinggi untuk kapasitor lapisan ganda listrik.J. Sumber Daya2004,133, 298–301. [CrossRef]
93. Meng, X.; Cao, Q.; Jin, Le; Zhang, X.; Gong, S.; Li, P. Bahan elektroda karbon untuk superkapasitor yang diperoleh dengan karbonisasi bersama dari pitch tar
batubara dan serbuk gergaji.J.Mater. Sains.2017,52, 760–769. [CrossRef]
94. Qin, B.; Wang, Q.; Zhang, X.; Xie, X.; Cao, Q. Sintesis satu pot dari karbon berpori yang saling berhubungan yang berasal dari pitch tar batubara
dan selulosa untuk superkapasitor berperforma tinggi.Electrochim. Acta2018,283, 655–663. [CrossRef]
95. Ruiz, V.; Blanco, C.; SinterklasSayaa, R.; Ramos-FernAndez, JM; PasarSayanez-Escandell, M.; Septemberúlveda-Escribano, A.; RodrSayaguez-Reinoso,
F. Monolit karbon aktif sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor.Karbon2009,47, 195–200. [CrossRef]
96. Shen, Z.; Xue, R. Persiapan butiran mikro mesokarbon aktif dengan kandungan mesopori tinggi.Proses Bahan Bakar. Technol.2003, 84,
95–103. [CrossRef]
97. Wahby, A.; Ramos-FernAndez, JM; PasarSayanez-Escandell, M.; Septemberúlveda-Escribano, A.; Silvestre-Albero, J.; RodrSayaguez-Reinoso, F.
Saringan molekul karbon luas permukaan tinggi untuk CO selektif2adsorpsi.ChemSusChem2010,3, 974–981. [CrossRef]
98. Lei, C.; Amin, N.; Markoulidis, F.; Wilson, P.; Tennison, S.; Lekakou, C. Karbon aktif dari resin fenolik dengan mesopori terkontrol
untuk kapasitor lapisan ganda listrik (EDLC).J.Mater. kimia A2013,1, 6037–6042. [CrossRef]
99. Zang, J.; Tian, P.; Yang, G.; Jia, S.; Zhou, S.; Xu, H.; Wang, Y. Persiapan yang mudah dari karbon berpori seperti delima dengan
karbonisasi dan aktivasi resin fenolik yang dibuat melalui sintesis hidrotermal dalam larutan KOH untuk elektroda
superkapasitor kinerja tinggi.Lanjut Teknol bubuk.2019,30, 2900–2907. [CrossRef]
100. Zhang, D.; Zhao, J.; Feng, C.; Zhao, R.; Sun, Y.; Guan, T.; Han, B.; Tang, N.; Wang, J.; Li, K.; et al. Sintesis yang dapat diskalakan dari
mikrosfer karbon aktif kaya makropori hierarkis yang dirakit oleh partikel nano karbon untuk superkapasitor kinerja tingkat tinggi.
J. Sumber Daya2017,342, 363–370. [CrossRef]
101. Endo, M.; Kim, Y.; Takeda, T.; Maeda, T.; Hayashi, T.; Koshiba, K.; Hara, H.; Dresselhaus, M. Karbon berbasis poli (vinilidena klorida)
sebagai bahan elektroda untuk kapasitor daya tinggi dengan elektrolit berair.J. Elektrokimia. Soc.2001,148, A1135–A1140. [CrossRef]
102. Endo, M.; Kim, Y.; Ishii, K.; Inoue, T.; Takeda, T.; Maeda, T.; Nomura, T.; Miyashita, N.; Dresselhaus, M. Struktur dan penerapan berbagai
karbon berbasis Saran untuk kapasitor lapisan ganda listrik berair.J. Elektrokimia. Soc.2002,149, A1473–A1480. [CrossRef]
103. Cai, J.; Lv, X.; Xing, Y.; Zhao, X. Adsorpsi karbon dioksida pada karbon berbasis poli (vinilidena klorida) dengan mikroporositas sangat
tinggi yang dibuat dengan karbonisasi lancar.Mater. Lett.2014,114, 37–39. [CrossRef]
104. Jagtoyen, M.; Derbyshire, F. Karbon aktif dari poplar kuning dan oak putih oleh H3PO4pengaktifan.Karbon1998,36, 1085–1097. [
CrossRef]
105. Jawad, AH; Sabar, S.; Ishak, MAM; Wilson, LD; Ahmad Norrahma, SS; Talari, M.; Farhan, AM Pembuatan karbon aktif mesopori
dari daun kelapa (Cocos nucifera) dengan bantuan gelombang mikro oleh H3PO4aktivasi untuk adsorpsi metilen biru.kimia
Eng. Komunal.2017,204, 1143–1156. [CrossRef]
106. Surip, SN; Abdulhameed, AS; Garba, ZN; Syed-Hassan, SSA; Ismail, K.; Jawad, AHH2JADI4Batubara peringkat rendah Malaysia yang
diolah untuk dekolorisasi pewarna biru metilen dan reduksi kod: Optimalisasi adsorpsi dan studi mekanisme.Berselancar. Antarmuka
2020,21, 100641. [CrossRef]
107. Kaykioglu, G.; Güneş, E. Studi kinetik dan kesetimbangan adsorpsi biru metilen menggunakan H2JADI4−abu sekam padi aktif.
Pengolahan Air Desalinasi.2016,57, 7085–7097. [CrossRef]
108. Da Silva Lacerda, V.; LHaipez-Sotelo, JB; Correa-GuimarAes, A.; BangauAndez-Navarro, S.; SAnchez-BAscone, M.; Navas-Gracia,
LM; PasarSayan-Ramos, P.; PasarSayan-Gil, J. Rhodamine B dihilangkan dengan karbon aktif yang diperoleh dari limbah lignoselulosa.
J.Lingkungan. Kelola.2015,155, 67–76. [CrossRef] [PubMed]
Bahan nano2022,12, 3708
33 dari 36
109. Gawande, Humas; Kaware, J. Karakterisasi dan aktivasi makalah penelitian karbon aktif tempurung kelapa.Int. J.Eng. Sains. Menciptakan. 2017,6,
43–49.
110. Tao, J.; Huo, P.; Fu, Z.; Zhang, J.; Yang, Z.; Zhang, D. Karakterisasi dan kinerja adsorpsi fenol karbon aktif yang dibuat dari residu
teh dengan aktivasi NaOH.Mengepung. Technol.2019,40, 171–181. [CrossRef]
111. Yahya, MA; Ngah, CZC; Hasyim, M.; Al-Qodah, Z. Pembuatan karbon aktif dari ampas kelapa kering dengan aktivasi kimia
dengan NaOH.J.Mater. Sains. Res.2016,5, 24. [CrossRef]
112. Caturla, F.; Molina-Sabio, M.; Rodriguez-Reinoso, F. Persiapan karbon aktif dengan aktivasi kimia dengan ZnCl2.Karbon 1991,29
, 999–1007. [CrossRef]
113. Tsai, W.; Chang, C.; Lin, M.; Chien, S.; Matahari, H.; Hsieh, M. Adsorpsi pewarna asam ke karbon aktif yang dibuat dari ampas tebu
limbah pertanian dengan aktivasi ZnCl2.Kemosfer2001,45, 51–58. [CrossRef]
114. Zhang, T.; Han, K.; Li, S.; Li, M.; Li, J.; Ren, K. Sintesis karbon berpori hierarkis 3D yang diturunkan dari kulit bawang putih untuk superkapasitor
berkinerja tinggi.skala nano2018,10, 2427–2437. [CrossRef] [PubMed]
115. Lu, SY; Jin, M.; Zhang, Y.; Niu, YB; Gao, JC; Li, CM Pengelupasan Biomassa Secara Kimia menjadi Karbon Aktif Berpori Seperti Grafena
dengan Struktur Pori Rasional, Konduktivitas Baik, dan Area Permukaan Besar untuk Superkapasitor Berperforma Tinggi.Lanjut Mater
Energi.2018,8, 1702545. [CrossRef]
116. Yagmur, E.; Ozmak, M.; Aktas, Z. Sebuah metode baru untuk produksi karbon aktif dari limbah teh dengan aktivasi kimia dengan energi
gelombang mikro.Bahan bakar2008,87, 3278–3285. [CrossRef]
117. Foo, K.; Hameed, B. Preparasi, karakterisasi dan evaluasi sifat adsorptif karbon aktif berbasis kulit jeruk melalui aktivasi K2CO3
yang diinduksi gelombang mikro.Bioresour. Technol.2012,104, 679–686. [CrossRef] [PubMed]
118. Liu, Q.-S.; Zheng, T.; Wang, P.; Guo, L. Persiapan dan karakterisasi karbon aktif dari bambu dengan aktivasi asam fosfat yang diinduksi
gelombang mikro.Ind.Prod Tanaman.2010,31, 233–238. [CrossRef]
119. Koslow, EE Karbon atau Nanofiber Karbon Aktif. Paten Google 2007.
120. Angelo, Peralatan IJF untuk Mengkarbonisasi dan Mengaktifkan Bahan Berkarbon Secara Kontinyu. Paten Google 1981.
121. Mianowski, A.; Owczarek, M.; Marecka, A. Luas permukaan karbon aktif ditentukan dengan bilangan adsorpsi yodium.Sumber Energi
Bagian A2007,29, 839–850. [CrossRef]
122. Teo, EYL; Muniandy, L.; Ng, E.-P.; Adam, F.; Muhammad, AR; Jose, R.; Chong, KF Karbon aktif dengan luas permukaan tinggi dari sekam
padi sebagai elektroda superkapasitor kinerja tinggi.Electrochim. Acta2016,192, 110–119. [CrossRef]
123. Boujibar, O.; Ghamouss, F.; Ghosh, A.; Achak, O.; Chafik, T. Karbon aktif dengan luas permukaan yang sangat tinggi dan nanoporositas yang
disesuaikan diperoleh dari antrasit alami dan penggunaannya dalam superkapasitor.J. Sumber Daya2019,436, 226882. [CrossRef]
124. Qing, Y.; Jiang, Y.; Lin, H.; Wang, L.; Liu, A.; Cao, Y.; Sheng, R.; Guo, Y.; Kipas angin, C.; Zhang, S. Meningkatkan kinerja superkapasitor karbon aktif
dengan membangun jaringan konduktif secara keseluruhan menggunakan titik-titik kuantum graphene.J.Mater. kimia A 2019,7, 6021–6027. [
CrossRef]
125. Lu, YH; Zhang, SL; Yin, JM; Bai, CC; Zhang, JH; Li, YX; Yang, Y.; Ge, Z.; Zhang, M.; Wei, L.; et al. Bahan karbon aktif mesopori
dengan volume mesopori sangat tinggi dan luas permukaan spesifik yang efektif untuk superkapasitor berperforma tinggi.
Karbon2017,124, 64–71. [CrossRef]
126. SHIRAISHI, S.; KURIHARA, H.; OYA, A. Kapasitansi lapisan ganda elektrik dari serat karbon aktif mesopori.Elektrokimia 2001,69,
440–443. [CrossRef]
127. Probstle, H.; Saliger, R.; Fricke, J. Investigasi Elektrokimia Aerogels Karbon dan Diaktifkannya.Karakterisasi Padatan Berpori V
2000,128, 371.
128. Barbieri, O.; Hahn, M.; Herzog, A.; Kötz, R. Batas kapasitansi karbon aktif dengan luas permukaan tinggi untuk kapasitor lapisan ganda. Karbon
2005,43, 1303–1310. [CrossRef]
129. Dolas, H.; Sahin, O.; Saka, C.; Demir, H. Metode baru untuk memproduksi karbon aktif dengan luas permukaan tinggi: Pengaruh garam pada
luas permukaan dan distribusi ukuran pori karbon aktif yang dibuat dari cangkang pistachio.kimia Eng. J.2011,166, 191–197. [CrossRef]
130. Talreja, N.; Jung, S.; Yen, LTH; Karbon aktif berbasis resin Kim, T. Phenol-formaldehida dengan distribusi ukuran pori terkontrol untuk
superkapasitor berkinerja tinggi.kimia Eng. J.2020,379, 122332. [CrossRef]
131. Liu, X.; Mao, FF; Li, ZM; Xu, ZH; Shu, XJ; Mi, JP; Zhou, Y.; Tao, Sintesis Solidothermal DJ dari dekorasi nitrogen, memesan karbon mesopori dengan
area permukaan yang luas untuk penangkapan selektif dan pemisahan SO2 yang efisien2.kimia Eng. J.2022,431, 134142. [CrossRef]
132. Du, J.; Liu, L.; Yu, YF; Zhang, Y.; Chen, AB Monomer Self-Deposition untuk Memesan Karbon Mesopori untuk Superkapasitor Berkinerja
Tinggi.Chemsuschem2019,12, 2409–2414. [CrossRef]
133. Zhou, D.-D.; Li, W.-Y.; Dong, X.-L.; Wang, Y.-G.; Wang, C.-X.; Xia, Y.-Y. Susunan nanofiber karbon mesopori yang didoping nitrogen untuk
superkapasitor.J.Mater. kimia A2013,1, 8488–8496. [CrossRef]
134. Zhu, J.; Yang, J.; Miao, R.; Yao, Z.; Zhuang, X.; Feng, X. Diperkaya nitrogen, memesan karbon mesopori untuk penyimpanan energi
elektrokimia potensial.J.Mater. kimia A2016,4, 2286–2292. [CrossRef]
135. Gao, J.; Wang, X.; Zhang, Y.; Liu, J.; Lu, Q.; Liu, M. Boron-doped memesan karbon mesopori untuk penerapan superkapasitor.
Electrochim. Acta2016,207, 266–274. [CrossRef]
136. Zeng, K.; Su, J.; Cao, X.; Zheng, X.; Li, X.; Tian, J.-H.; Jin, C.; Yang, R. B, N Co-Doped memesan karbon mesopori dengan aktivitas
elektrokatalitik yang ditingkatkan untuk reaksi reduksi oksigen.J.Paduan. Komp.2020,824, 153908. [CrossRef]
Bahan nano2022,12, 3708
34 dari 36
137. Ragavan, R.; Pandurangan, A. Eksplorasi sifat magnetik dan elektrokimia nitrogen dan fosfor Co-doped memerintahkan
karbon mesopori untuk aplikasi superkapasitor.mikropor. Mesopor. Tikar.2022,338, 111959. [CrossRef]
138. Zhu, YW; Li, ZW; Tao, YJ; Zhou, JH; Zhang, HY Material karbon berpori hirarkis dihasilkan dari bio-oil berat untuk elektroda
superkapasitor berperforma tinggi.J. Penyimpanan Energi2022,47, 103624. [CrossRef]
139. Yang, W.; Wang, P.; Tu, ZQ; Hou, LQ; Yan, L.; Jiang, B.; Zhang, CX; Huang, GY; Yang, F.; Li, YF Heteroatoms-doped karbon berpori
hierarkis dengan struktur multi-skala yang berasal dari aspal minyak bumi untuk superkapasitor berperforma tinggi. Karbon
2022,187, 338–348. [CrossRef]
140. Taman, SJ; Kim, YM Perilaku adsorpsi ion logam berat ke serat karbon aktif yang teroksidasi secara elektrokimia.Tikar. Sains. Eng. AStruk.2005,391, 121–123. [CrossRef]
141. Xu, B.; Wu, F.; Chen, R.; Cao, G.; Chen, S.; Yang, Y. Serat karbon aktif mesopori sebagai bahan elektroda untuk kapasitor lapisan ganda
elektrokimia berkinerja tinggi dengan elektrolit cair ionik.J. Sumber Daya2010,195, 2118–2124. [CrossRef]
142. Pandolfo, AG; Hollenkamp, sifat Karbon AF dan perannya dalam superkapasitor.J. Sumber Daya2006,157, 11–27. [CrossRef]
143. Heo, Y.-J.; Taman, M.; Kang, W.-S.; Rhee, KY; Park, S.-J. Persiapan dan karakterisasi komposit kertas serat karbon berbasis karbon
hitam / pitch untuk lapisan difusi gas.Komposisi. Bagian B Eng.2019,159, 362–368. [CrossRef]
144. Shimanoe, H.; Mashio, T.; Nakabayashi, K.; Inoue, T.; Hamaguchi, M.; Miyawaki, J.; Mochida, I.; Yoon, S.-H. Memproduksi pitch mesofasa yang
dapat dipintal menggunakan fraksi batubara yang diekstraksi langsung dan serat karbon berbasis pitch mesofasa turunannya.Karbon2020,
158, 922–929. [CrossRef]
145. Vujkovic, M.; Matović, L.; Krstic, J.; Stojmenović, M.; Ðukić, A.; Babić, B.; Mentus, S. Serat rayon karbonisasi yang diaktifkan secara
mekanis sebagai superkapasitor elektrokimia dalam larutan air.Electrochim. Acta2017,245, 796–806. [CrossRef]
146. Su, C.-I.; Wang, C.-M.; Lu, K.-W.; Shih, W.-C. Evaluasi serat karbon aktif yang diterapkan pada elektroda superkapasitor.Polim Serat.2014
,15, 1708–1714. [CrossRef]
147. Kostoglou, N.; Koczwara, C.; Prehal, C.; Terziyska, V.; Babik, B.; Matovic, B.; Konstantinida, G.; Tampaksis, C.; Charalambopoulou,
G.; Steriotis, T. Kain karbon aktif berpori nano sebagai bahan serbaguna untuk adsorpsi hidrogen, pemisahan gas selektif dan
penyimpanan energi elektrokimia.Energi Nano2017,40, 49–64. [CrossRef]
148. Yang, J.-B.; Ling, L.-C.; Liu, L.; Kang, F.-Y.; Huang, Z.-H.; Wu, H. Persiapan dan sifat bola karbon aktif berbasis resin fenolik
dengan distribusi ukuran pori yang terkontrol.Karbon2002,40, 911–916. [CrossRef]
149.Li,XM; Liu, SQ; Huang, YB; Zheng, YW; Harper, DP; Zheng, Persiapan ZF dan Mekanisme Pembusaan Busa Pirokarbon
Dikendalikan oleh Karbon Aktif sebagai Inti Transplantasi.Keberlanjutan ACS. kimia Eng.2018,6, 3515–3524. [CrossRef]
150. Yue, ZR; Vakili, A. Komposit karbon-karbon aktif yang terbuat dari serat karbon berbasis pitch dan resin fenolik untuk penggunaan
adsorben.J.Mater. Sains.2017,52, 12913–12921. [CrossRef]
151. Shen, L.; Wang, F.; Yang, H.; Meng, Q. Efek gabungan karbon hitam dan serat karbon pada sifat listrik komposit berdasarkan
campuran polietilen atau polietilen/polipropilena.Polim. Tes.2011,30, 442–448. [CrossRef]
152. Lin, CY; Chapman, BR; Cheng, CY; Feri, WM; Kelly, MB; Lundmark, BR; Li, W. Serat dan Bukan Tenunan Berbasis Polypropylene.
Paten Google 2011.
153. Abdullah, M.; Cantwell, W. Ketahanan dampak laminasi serat-logam berbasis polipropilen.Komposisi. Sains. Technol.2006, 66,
1682–1693. [CrossRef]
154. Chen, JJ; Xie, JX; Jia, CQ; Lagu, CY; Hu, J.; Li, HL Persiapan ekonomis dari kertas serat karbon aktif berkinerja tinggi sebagai
elektroda superkapasitor swadaya.kimia Eng. J.2022,450, 137938. [CrossRef]
155. Luo, L.; Wang, SR; Zhou, YL; Yan, W.; Gao, HL; Luo, LC; Deng, JP; Du, GB; Kipas angin, MZ; Zhao, WG Sintesis superkapasitor hibrida berbantuan
gelombang mikro yang terdiri dari Ni, cangkang hidroksida ganda berlapis-lapis yang dirangkai di sekitar inti serat karbon aktif yang berasal
dari kayu.Electrochim. Acta2022,412, 140148. [CrossRef]
156. Lin, J.-H.; Ko, T.-H.; Lin, Y.-H.; Pan, C.-K. Berbagai Kondisi yang Diperlakukan untuk Mempersiapkan Serat Karbon Aktif Berpori untuk Aplikasi dalam
Elektroda Superkapasitor.Bahan Bakar Energi2009,23, 4668–4677. [CrossRef]
157. Ni, G.; Qin, F.; Guo, Z.; Wang, J.; Shen, W. Serat karbon berpori berbasis asphaltene yang didoping Nitrogen sebagai bahan elektroda
superkapasitor dengan kapasitansi spesifik yang tinggi.Electrochim. Acta2020,330, 135270. [CrossRef]
158. Lee, JH; Park, SJ Kemajuan terbaru dalam persiapan dan aplikasi aerogel karbon: Tinjauan.Karbon2020,163, 1–18. [CrossRef]
159. Mayer, ST Aerocapacitor: Perangkat Penyimpanan Energi Lapisan Ganda Elektrokimia.J. Elektrokimia. Soc.1993,140, 446. [
CrossRef]
160. Saliger, R.; Fisher, AS; Herta, C.; Fricke, J. Karbon aerogel dengan luas permukaan tinggi untuk superkapasitor.J. Non-Cryst. Padat1998, 225, 81–
85. [CrossRef]
161. Li, J.; Wang, X.; Huang, Q.; Gamboa, S.; Sebastian, P. Kajian persiapan dan kinerja elektroda karbon aerogel untuk penerapan
superkapasitor.J. Sumber Daya2006,158, 784–788. [CrossRef]
162. Liu, HY; Xu, T.; Cai, CY; Liu, K.; Liu, W.; Zhang, M.; Du, HS; Si, CL; Zhang, K. Superelastik Multifungsi, Superhidrofilik, dan Aerogel Karbon
Komposit Berbasis Nanoselulosa Ultra Ringan untuk Superkapasitor Kompresif dan Sensor Regangan.Lanjut Fungsi. Mater.2022,32,
2113082. [CrossRef]
163. Yu, M.; Li, J.; Aerogels karbon aktif Wang, L. KOH yang berasal dari natrium karboksimetil selulosa untuk superkapasitor berkinerja
tinggi dan adsorpsi pewarna.kimia Eng. J.2017,310, 300–306. [CrossRef]
Bahan nano2022,12, 3708
35 dari 36
164. Liu, N.; Shen, J.; Liu, D. Mengaktifkan aerogel karbon luas permukaan spesifik tinggi untuk EDLC.mikropor. Mesopor. Tikar.2013,167, 176–181. [
CrossRef]
165. Fang, B.; Binder, L. Aerogel karbon aktif yang dimodifikasi untuk penyimpanan energi tinggi dalam kapasitor lapisan ganda listrik.J. Sumber
Daya2006,163, 616–622. [CrossRef]
166. Liu, DC; Zhang, WL; Lin, HB; Li, Y.; Lu, HY; Wang, Y. Sebuah teknologi hijau untuk pembuatan karbon aktif berbahan dasar sekam padi
kapasitansi tinggi.J.Bersih. Melecut.2016,112, 1190–1198. [CrossRef]
167. Shang, T.; Xu, Y.; Li, P.; Han, J.; Wu, Z.; Tao, Y.; Yang, Q.-H. Karbon berpori seperti lembaran bio-derived dengan dinding pori lapisan tipis untuk
superkapasitor berdaya ultra tinggi.Energi Nano2020,70, 104531. [CrossRef]
168. Zhang, Y.; Bu, JADI; Liu, YJ Persiapan karbon mesopori boron-doped dengan senyawa aromatik sebagai bahan pengembang. RSC Adv.
2018,8, 17629–17634. [CrossRef] [PubMed]
169. Liang, ZG; Liu, H.; Zeng, JP; Zhou, JF; Li, HJ; Xia, H. Sintesis Facile dari Nitrogen-Doped Microporous Carbon Spheres untuk
Superkapasitor Simetris Kinerja Tinggi.Res skala nano. Lett.2018,13, 314. [CrossRef] [PubMed]
170. Tong, Y.-X.; Li, X.-M.; Xie, L.-J.; Su, F.-Y.; Li, J.-P.; Sun, G.-H.; Gao, Y.-D.; Zhang, N.; Wei, Q.; Chen, C.-M. Karbon berpori hierarkis yang
didoping nitrogen berasal dari kopolimer blok untuk superkapasitor.Bahan Penyimpanan Energi.2016,3, 140–148. [CrossRef]
171. Liu, TA; Wang, ZX; Zhang, HT; Jin, L.; Chu, X.; Gu, BN; Huang, HC; Yang, WQ Nitrogen, oksigen, dan sulfur mengkodopi karbon berpori
hierarkis menuju superkapasitor berperforma tinggi dengan pirolisis langsung lignin kraft.Karbon2019,149, 105–116. [CrossRef]
172. Li, M.; Xiao, H.; Zhang, T.; Li, Q.; Zhao, Y. Serat Karbon Aktif Berasal dari Sisal dengan Luas Permukaan Spesifik Besar untuk
Superkapasitor Berperforma Tinggi.Keberlanjutan ACS. kimia Eng.2019,7, 4716–4723. [CrossRef]
173. Huang, Y.; Peng, L.; Liu, Y.; Zhao, G.; Chen, JY; Yu, G. Biobased Nano Porous Active Carbon Fibers untuk Superkapasitor Berkinerja
Tinggi.Aplikasi ACS Mater. Antarmuka2016,8, 15205–15215. [CrossRef]
174. Hao, P.; Zhao, Z.; Tian, J.; Li, H.; Sang, Y.; Yu, G.; Cai, H.; Liu, H.; Wong, C.; Umar, A. Aerogel karbon berpori hierarkis yang berasal dari
ampas tebu untuk elektroda superkapasitor kinerja tinggi.skala nano2014,6, 12120–12129. [CrossRef]
175. Yang, JJ; Li, HL; Dia, SJ; Du, HJ; Liu, KM; Zhang, CM; Jiang, SH Facile Electrodeposition of NiCo2HAI4Nanosheets pada Kayu
Karbonisasi Berpori untuk Superkapasitor Asimetris Berasal dari Kayu.Polimer2022,14, 2521. [CrossRef]
176. Wang, F.; Liu, XL; Duan, GG; Yang, markas besar; Cheong, JY; Lee, J.; Ahn, J.; Zhang, Q.; Dia, SJ; Han, JQ; et al. Berasal dari Kayu,
Konduktivitas, dan Elektroda Tebal Terintegrasi Pori Hirarki yang Memungkinkan Kepadatan Energi Area/Volumetrik Tinggi untuk
Kapasitor Hibrid.Kecil2021,17, 2102532. [CrossRef]
177. Li, H.; Cao, L.; Zhang, H.; Tian, Z.; Zhang, Q.; Yang, F.; Yang, H.; Dia, S.; Jiang, S. Jejaring karbon yang terjalin berasal dari komposit
Polimida/Selulosa sebagai elektroda berpori untuk superkapasitor simetris.J. Antarmuka Koloid Sci.2022,609, 179–187. [CrossRef] [
PubMed]
178. Li, H.; Liu, Y.-L.; Jin, H.; Cao, L.; Yang, H.; Jiang, S.; Dia, S.; Li, S.; Liu, K.; Duan, G. Strategi berbantuan templat garam Bimetal
menuju persiapan elektroda karbon berpori berpori hirarkis untuk superkapasitor.Diam. Relat. Mater.2022, 128, 109283. [
CrossRef]
179. Zheng, S.; Zhang, J.; Deng, H.; Du, Y.; Shi, X. Chitin memperoleh karbon berpori yang didoping nitrogen dengan luas permukaan spesifik sangat tinggi dan
porositas hierarkis yang disesuaikan untuk superkapasitor berperforma tinggi.J. Bioresour. Bioprod.2021,6, 142–151. [CrossRef]
180. Duan, G.; Zhao, L.; Zhang, C.; Chen, L.; Zhang, Q.; Liu, K.; Wang, F. Pirolisis serat rami yang diolah dengan garam seng: Elektroda karbon berpori
secara hierarkis untuk superkapasitor.Diam. Relat. Mater.2022,129, 109339. [CrossRef]
181. Aydin, H.; Kurtan, U.; Demir, M.; Karakus, S. Sintesis dan Penerapan Nanofiber Karbon Berbasis Zirkonia Mandiri dalam Superkapasitor.
Bahan Bakar Energi2022,36, 2212–2219. [CrossRef]
182. Bera, S.; Miah, M.; Mondal, TK; Debnath, A.; Saha, SK Sintesis fase RuNi2O4 oksida logam campuran baru yang dihias pada oksida
grafena tereduksi untuk aplikasi superkapasitor.Electrochim. Acta2022,424, 140666. [CrossRef]
183. Vinodh, R.; Babu, RS; Atchudan, R.; Kim, HJ; Yi, M.; Samin, LM; de Barros, ALF Fabrikasi Superkapasitor Asimetris Kinerja Tinggi
Terdiri dari Nikel Oksida dan Karbon Aktif (NiO//AC).Katalis2022,12, 375. [CrossRef]
184. Mohammadpour-Haratbar, A.; Kiaerad, P.; Mazinani, S.; Bazargan, AM; Sharif, F. Bimetal nikel-kobalt oksida nanopartikel/
komposit nanofiber karbon elektrospun: Persiapan dan aplikasi untuk elektroda superkapasitor.Seram. Int.2022, 48, 10015–
10023. [CrossRef]
185. Samuel, E.; Aldalbahi, A.; El-Newehy, M.; El-Hamshary, H.; Yoon, SS Serat nano karbon mangan/besi oksida fleksibel dan berdiri bebas
untuk elektroda superkapasitor.Seram. Int.2022,48, 18374–18383. [CrossRef]
186. Joshi, B.; Samuel, E.; Kim, Y.; Kim, T.; El-Newehy, M.; Aldalbahi, A.; Yoon, SS Electrospun seng-mangan bimetal oksida karbon nanofibers
sebagai elektroda superkapasitor berdiri bebas.Int. J. Energi Res.2022. [CrossRef]
187. Rudra, S.; Deka, N.; Nayak, AK; Pradhan, M.; Dutta, GK Sintesis hidrotermal yang mudah dari Au-Mn3HAI4nanokomposit graphene
oksida berhias untuk superkapasitor solid-state.J. Penyimpanan Energi2022,50, 104615. [CrossRef]
188. Zhang, DX; Xiang, Q. Elektroforesis co-deposisi Bi2HAI3-Lapisan nanotube karbon multiwall sebagai elektroda superkapasitor.
Selai. Seram. Soc.2022,105, 5638–5648. [CrossRef]
189. Pecenek, H.; Dokan, FK; Onses, MS; Yilmaz, E.; Sahmetlioglu, E. Performa superkapasitor luar biasa dengan NiO/MnO seperti bunga
yang terjalin2/ elektroda CNT.Mater. Res. Banteng.2022,149, 111745. [CrossRef]
190. Hong, XD; Deng, CY; Wang, X.; Dong, W.; Liang, B. Karbon nanosheets/MnO2/NiCo2HAI4komposit terner untuk elektroda
superkapasitor.J. Penyimpanan Energi2022,53, 105086. [CrossRef]
Bahan nano2022,12, 3708
36 dari 36
191. Shrivastav, V.; Sundriyal, S.; Tiwari, Inggris; Kim, KH; Deep, A. Kerangka logam-organik yang berasal dari komposit zirkonium oksida/karbon
sebagai elektroda superkapasitor yang lebih baik.Energi2021,235, 121351. [CrossRef]
192. Geioushy, RA; Attia, SY; Muhammad, SG; Li, HT; Fouad, OA Bahan elektroda kinerja tinggi untuk aplikasi superkapasitor menggunakan
struktur nano karbon yang dikatalisis Ni yang berasal dari bahan limbah biomassa.J. Penyimpanan Energi2022,48, 104034. [CrossRef]
193. Mohammadi, N.; Pourreza, K.; Adeh, NB; Omidvar, M. Cacat mesopori karbon/MnO2nanokomposit sebagai bahan elektroda
canggih untuk aplikasi superkapasitor.J.Paduan. Komp.2021,883, 160874. [CrossRef]
194. Mandal, M.; Subudi, S.; Alam, I.; Subramanyam, BVRS; Patra, S.; Raiguru, J.; Das, S.; Mahanandia, P. Facile sintesis bahan
elektroda hibrida baru berdasarkan karbon aktif/ nanotubes karbon multiwalled@ZnFe2HAI4untuk aplikasi superkapasitor.
Inorg. kimia Komunal.2021,123, 108332. [CrossRef]
195. Shin, S.; Shin, MW Nikel metal-organic framework (Ni-MOF) turunan komposit NiO/ C@CNF untuk aplikasi elektroda superkapasitor
self-standing berkinerja tinggi.Aplikasi Berselancar. Sains.2021,540, 148295. [CrossRef]
196. Naushad, M.; Ahmad, T.; Ubaidillah, M.; Ahmad, J.; Ghafar, AA; Al-Sheetan, KM; Arunachalam, P. Titik kuantum karbon yang didoping
nitrogen (N-CQDs)/Co3HAI4nanokomposit untuk superkapasitor kinerja tinggi.Universitas J. King Saud. Sains.2021,33, 101252. [
CrossRef]
197. Hu, B.; Wang, YB; Shang, XH; Xu, KB; Yang, JM; Huang, MH; Liu, JY Struktur-merdu Mn3HAI4-Fe3HAI4@C hybrid untuk
superkapasitor performa tinggi.J. Antarmuka Koloid Sci.2021,581, 66–75. [CrossRef] [PubMed]
198. Tang, C.; Zhao, K.; Tang, YF; Li, FP; Meng, QN Busa karbon mirip hutan dengan template rGO/CNTs/MnO2elektroda untuk
superkapasitor kinerja tinggi.Electrochim. Acta2021,375, 137960. [CrossRef]
199. Yu, PP; Zhang, ZM; Zheng, LX; Teng, F.; Hu, LF; Fang, XS Tepung Berkelanjutan Baru Berasal dari Hirarkis Nitrogen-Doped
Karbon Berpori/Elektroda Polianilin untuk Superkapasitor Asimetris Canggih.Lanjut Mater Energi.2016,6, 1601111. [CrossRef]
200. Shan, S.; Lin, L.; Huo, X.; Lin, L.; Zhang, W. Persiapan komposit polianilin / karbon berpori yang difungsikan polimer siklodekstrin untuk
digunakan dalam superkapasitor berkinerja tinggi.Mater. Lett.2022,324, 132771. [CrossRef]
201. Han, GQ; Liu, Y.; Zhang, LL; Kan, EJ; Zhang, SP; Tang, J.; Tang, WH MnO2Nanorods Menginterkalasi Graphene Oxide/Polyaniline
Ternary Composites untuk Superkapasitor Berkinerja Tinggi dan Kuat.Sains. Reputasi.2014,4, 4824. [CrossRef]
202. Ramaseshan, R.; Sundarrajan, S.; Jose, R.; Ramakrishna, S. Keramik berstruktur nano dengan elektrospinning.J.Appl. Fisika.2007, 102,
111101. [CrossRef]
203. Tiwari, P.; Janas, D.; Chandra, R. MoS berdiri sendiri2/CNT dan MnO2/ CNT heterostruktur cangkang inti satu dimensi untuk
aplikasi superkapasitor asimetris.Karbon2021,177, 291–303. [CrossRef]
204. Hu, CL; Miao, LS; Yang, Q.; Yu, XZ; Lagu, L.; Zheng, YY; Wang, CC; Li, L.; Zhu, LW; Cao, XB; et al. Perakitan sendiri CNT pada busa
Ni untuk meningkatkan kinerja NiCoO2@ elektroda superkapasitor CNT@NF .kimia Eng. J.2021,410, 128317. [CrossRef]
205. Guo, SQ; Li, HC; Zhang, X.; Nawaz, H.; Chen, S.; Zhang, XM; Xu, F. Lignin carbon aerogel/nickel binary network untuk elektroda
superkapasitor kubik dengan kapasitansi areal sangat tinggi.Karbon2021,174, 500–508. [CrossRef]
206. Zhou, HM; Zhan, YB; Guo, FQ; Du, SL; Tian, BL; Dong, YC; Qian, L. Sintesis komposit karbon aerogel / MnOx yang diturunkan dari
biomassa sebagai bahan elektroda untuk superkapasitor berkinerja tinggi.Electrochim. Acta2021,390, 138817. [CrossRef]
207. Kumar, R.; Sahoo, S.; Tan, WK; Kawamura, G.; Matsuda, A.; Kar, KK Nanopartikel graphene oksida-kobalt oksida tereduksi tipis dengan bantuan gelombang
mikro sebagai hibrida untuk bahan elektroda dalam superkapasitor.J. Penyimpanan Energi2021,40, 102724. [CrossRef]
208. Liu, J.; Wang, Z.; Liu, Q.; Li, SR; Wang, DC; Zheng, ZF Rasional desain elektroda tebal berdiri bebas dan berkinerja tinggi dari busa
karbon yang dimodifikasi dengan polipirol/polidopamin untuk superkapasitor.kimia Eng. J.2022,447, 137562. [CrossRef]
209. Cherusseri, J.; Kar, KK Superkapasitor berserat ultra-fleksibel dengan elektroda karbon nanotube/sikat polipirol.J.Mater. kimia A
2016,4, 9910–9922. [CrossRef]
210. Zhu, Y.; Li, N.; Lv, T.; Yao, Y.; Peng, H.; Shi, J.; Cao, S.; Chen, T. Ag-Doped PEDOT: Komposit PSS/CNT untuk superkapasitor solidstate film tipis dengan kelenturan 480%.J.Mater. kimia A2018,6, 941–947. [CrossRef]
211. Yan, J.; Liu, T.; Liu, X.; Yan, Y.; Huang, Y. Bahan berbasis kerangka logam-organik untuk aplikasi superkapasitor yang fleksibel.Koord. kimia
Putaran.2022,452, 214300. [CrossRef]
212. Li, XQ; Chang, L.; Zhao, SL; Hao, CL; Lu, CG; Zhu, YH; Tang, ZY Riset Bahan Elektroda Berbasis Karbon untuk Superkapasitor.
Acta Phys.-Chim. Dosa.2017,33, 130–148. [CrossRef]
213. Han, X.; Xiao, G.; Wang, Y.; Chen, X.; Duan, G.; Wu, Y.; Gong, X.; Wang, H. Desain dan pembuatan hidrogel polimer konduktif
dan aplikasinya dalam superkapasitor fleksibel.J.Mater. kimia A2020,8, 23059–23095. [CrossRef]
214. Wang, J.; Dong, SY; Ding, B.; Wang, Y.; Hao, XD; Dou, H.; Xia, YY; Zhang, XG Pseudocapacitive material untuk kapasitor elektrokimia: Dari
sintesis rasional hingga optimalisasi kapasitansi.Natl. Sains. Putaran.2017,4, 71–90. [CrossRef]