Superkapasitor: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
membuat halaman |
Rescuing 1 sources and tagging 0 as dead.) #IABot (v2.0.8.6 |
||
| (16 revisi perantara oleh 8 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
[[Berkas:Schematic_illustration_of_a_supercapacitor.png|pra=https://en.wiki-indonesia.club/wiki/File:Schematic_illustration_of_a_supercapacitor.png|al=Supercapacitor|jmpl|Ilustrasi skematis superkapasitor<ref>{{Cite journal|last=Qi|first=Zhaoxiang|last2=Koenig|first2=Gary M.|date=July 2017|title=Review Article: Flow battery systems with solid electroactive materials|journal=Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena|language=en|volume=35|issue=4|pages=040801|doi=10.1116/1.4983210|issn=2166-2746}}</ref>]]
[[Berkas:Supercapacitor_types_overview.svg|pra=https://en.wiki-indonesia.club/wiki/File:Supercapacitor_types_overview.svg|jmpl|Diagram yang menggambarkan hierarki dari superkapasitor]]
'''Superkapasitor''' (atau dalam bahasa Inggris: '''supercap''', '''ultracapacitor''' or '''Goldcap'''<ref name="industrial-panasonic">Panasonic, Electric Double Layer Capacitor, Technical guide,1. Introduction,[http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ABC0000/ABC0000TE1.pdf Panasonic Goldcaps] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140109235659/http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ABC0000/ABC0000TE1.pdf|date=2014-01-09}}</ref>) adalah [[kapasitor]] yang memiliki nilai kapasitansi jauh melebihi kapasitor lain (namun dengan batas [[Tegangan listrik|tegangan]] yang lebih rendah),
Superkapasitor digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan sumber energi yang memiliki siklus cas/pakai lebih cepat
▲'''Superkapasitor''' (atau dalam bahasa Inggris: '''supercap''', '''ultracapacitor''' or '''Goldcap'''<ref name="industrial-panasonic">Panasonic, Electric Double Layer Capacitor, Technical guide,1. Introduction,[http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ABC0000/ABC0000TE1.pdf Panasonic Goldcaps] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140109235659/http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ABC0000/ABC0000TE1.pdf|date=2014-01-09}}</ref>) adalah [[kapasitor]] yang memiliki nilai kapasitansi melebihi kapasitor lain (namun dengan batas [[Tegangan listrik|tegangan]] yang lebih rendah) yang menjembatani perbedaan antara [[kondensator elektrolit]] dan [[baterai]] yang dapat dicas ulang. Superkapasitor dapat menyimpan muatan per kubik 10 hingga 100 kali lebih banyak dari kondensator elektrolit, bisa menerima dan menyalurkan muatan lebih cepat dari baterai, dan mempunyai toleransi terhadap siklus cas/pakai lebih baik dari baterai yang dapat dicas ulang.
▲Superkapasitor digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan sumber energi yang memiliki siklus cas/pakai lebih cepat dari pada sumber energi yang tahan lama: di dalam [[mobil]], [[bus]], [[kereta api]], [[Derek|mesin derek]] dan [[Elevator|tangga berjalan]].<ref>{{Cite journal|last1=Tehrani|first1=Z.|last2=Thomas|first2=D.J.|last3=Korochkina|first3=T.|last4=Phillips|first4=C.O.|last5=Lupo|first5=D.|last6=Lehtimäki|first6=S.|last7=O'Mahony|first7=J.|last8=Gethin|first8=D.T.|date=2017-01-01|title=Large-area printed supercapacitor technology for low-cost domestic green energy storage|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544216316243|journal=Energy|language=en|volume=118|pages=1313–1321|doi=10.1016/j.energy.2016.11.019|issn=0360-5442}}</ref> Superkapasitor yang lebih kecil digunakan untuk pemasok daya bagi memori akses acak statis ([[SRAM]]).
Tidak seperti kapasitor biasa yang menggunakan [[dielektrik]] padat, superkapasitor menggunakan kapasitansi elektrostatis lapis-ganda dan pseudo-kapasitansi elektrokimia, yang keduanya turut andil dalam total kapasitansi yang dimiliki superkapasitor, dengan beberapa perbedaan:
* Kapasitor lapis-ganda elektrostatis (''electrostatic double-layer capacitors''/EDLCs) menggunakan [[karbon]] sebagai [[elektrode]] atau sejenis dengan jumlah kapasitansi elektrostatis lapis-ganda lebih besar dari jumlah pseudo-kapasitansi elektrokimia, menimbulkan pemisahan muatan lapis-ganda [[Hermann von Helmholtz|Helmholtz]] pada permukaan elektrode konduktif dan elektrolit. Jumlah pemisahan muatannya adalah beberapa [[ångström]] (0,3-0,8 [[Nanometer|nm]]), lebih kecil
* Pseudo-kapasitor elektrokimia menggunakan [[Oksida|metal oksida]] atau elektrode berbahan [[polimer konduktif]] dengan jumlah pseudo-kapasitansi elektrokimia lebih tinggi ditambah dengan kapasitansi lapis-ganda. Pseudo-kapasitansi dicapai melalui pemidahan elektron Faradais dengan [[redoks]], interkalasi, dan penyerapan oleh permukaan elektrode.
* Kapasitor hibrid, seperti kapasitor
Elektrolit yang terkandung dalam superkapasitor membentuk hubungan konduksi ionis antara dua elektrode yang membedakan superkapasitor dari kapasitor elektrolit yang mana lapisan dielektrik merupakan keharusan, lalu yang disebut elektrolit (contoh: MnO<sub>2</sub> atau polimer konduktif) sebenarnya adalah bagian dari elektrode kedua (katode, atau lebih tepat lagi elektrode positif). Superkapasitor dipolarisasi untuk elektrode asimetris, atau untuk elektrode simetris, dengan potensial yang dikenakan saat proses produksi.
Baris 26:
Pada rentang 1975 hingga 1980, Brian Evans Conway mengembangkan kapasitor elektrokimia dengan ruthenium oksida. Pada 1991 ia menjelaskan perbedaan perilaku "superkapasitor" dan "baterai" dalam menyimpan energi elektrokimia. Pada 1999 ia mendefinisikan superkapasitor untuk menjelaskan peningkatan tingkat kapasitansi dari reaksi redoks pada permukaan dengan transfer energi faradais antara elektrode dan ion.<ref name="conway1">{{citation|title=Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications|url={{Google books|8yvzlr9TqI0C|page=1|plainurl=yes}}|year=1999|author-link=Brian Evans Conway|at=pp. 1–8|location=Berlin, Germany|publisher=[[Springer Nature|Springer]]|language=German|isbn=978-0306457364|author-first=Brian Evans|author-last=Conway}}</ref><ref name="Conway Transition">{{cite journal|author-link=Brian Evans Conway|date=May 1991|title=Transition from 'Supercapacitor' to 'Battery' Behavior in Electrochemical Energy Storage|journal=J. Electrochem. Soc.|volume=138|pages=1539–1548|doi=10.1149/1.2085829|author-first=Brian Evans|author-last=Conway|number=6}}</ref> "Superkapasitor" buatannya menyimpan muatan elektronik sebagian di lapis-ganda Helmholtz dan sebagiannya lagi berasal dari reaksi faradais dengan transfer energi "pseudo-kapasitansi" pada [[elektron]] dan [[proton]] yang berada di antara elektrode dan elektrolit. Mekanisme kerja pseudo-kapasitor adalah reaksi redoks, interkalasi, dan penyerapan oleh permukaan elektrode. Dengan risetnya tersebut, Conway mengetahui lebih banyak lagi tentang kapasitor elektrokimia.
Pasar untuk kapasitor jenis ini ternyata merangkak lambat. Keadaan berubah sekitar 1978 ketika Panasonic memasarkan lini produk Goldcaps.<ref name="industrial-panasonic2">Panasonic, Electric Double Layer Capacitor, Technical guide,1. Introduction,[http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ABC0000/ABC0000TE1.pdf Panasonic Goldcaps] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20140109235659/http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ABC0000/ABC0000TE1.pdf|date=2014-01-09}}</ref> Produk ini banyak dipakai sebagai pemasok daya untuk memori cadangan.<ref name="Schindall">J. G. Schindall, The Change of the Ultra-Capacitors, IEEE Spectrum, November 2007 [http://www.spectrum.ieee.org/nov07/5636/2 The Charge of the Ultra – Capacitors] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090210045635/http://spectrum.ieee.org/nov07/5636/2 |date=2009-02-10 }}</ref> Kompetisi dimulai beberapa tahun kemudian, ketika pada 1987 "Dynacap" milik ELNA mulai beredar di pasaran.<ref name="Elna_DynaCap">{{cite web|url=http://www.elna.co.jp/en/capacitor/double_layer/index.html|title=Electric double-layer capacitors|publisher=ELNA|accessdate=2015-02-21|archive-date=2015-03-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20150313084531/http://www.elna.co.jp/en/capacitor/double_layer/index.html|dead-url=yes}}</ref> EDLCs generasi pertama memiliki resistansi internal yang lebih tinggi, sehingga melepas daya lebih kecil, cocok untuk aplikasi yang membutuhkan tenaga kecil seperti memasok daya untuk SRAM sebagai memori cadangan komputer.
Pada akhir 1980-an, bahan elektrode yang lebih baik ditemukan, sehingga nilai kapasitansinya lebih tinggi. Pada waktu yang sama, pengembangan elektrolit dengan tingkat konduktivitas lebih tinggi mengurangi tingkat ''equivalent series resistance'' (ESR) sehingga meningkatkan arus pada saat dicas mau pun dipakai. Superkapasitor dengan tingkat resistansi internal rendah dikembangkan pada 1982 oleh Pinnacle Research Institute (PRI) untuk kepentingan militer, dan dipasarkan dengan merek dagang "PRI Ultracapacitor". Pada 1992, Maxwell Laboratories (kini Maxwell Technologies) mengambil alih hasil riset PRI tersebut, dan dinamai ulang sebagai "Boost Caps".<ref name="Namisnyk">{{cite techreport|author=Adam Marcus Namisnyk|title=A survey of electrochemical supercapacitor technology|url=http://services.eng.uts.edu.au/cempe/subjects_JGZ/eet/Capstone%20thesis_AN.pdf|accessdate=2015-02-21|deadurl=yes|archiveurl=https://web.archive.org/web/20141222044332/http://services.eng.uts.edu.au/cempe/subjects_JGZ/eet/Capstone%20thesis_AN.pdf|archivedate=2014-12-22|df=}}</ref>
Karena jumlah tegangan mempengaruhi jumlah isi energi kapasitor, maka periset mulai mencari cara untuk meningkatkan kadar [[tegangan rusak]] yang dimiliki elektrolit. Pada 1994, menggunakan anode dari kapasitor elektrolit tantalum berdaya 200V, David A. Evans mengembangkan "Electrolytic-Hybrid Electrochemical Capacitor".<ref>{{cite patent|country=US|number=5369547|title=Containers with anodes and cathodes with electrolytes|gdate=1994-11-29|invent1=David A. Evans}}</ref><ref>David A. Evans (Evans Company): ''[http://www.evanscap.com/pdf/carts14.pdf High Energy Density Electrolytic-Electrochemical Hybrid Capacitor] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160304025248/http://www.evanscap.com/pdf/carts14.pdf |date=2016-03-04 }}'' In: ''Proceedings of the 14th Capacitor & Resistor Technology Symposium.'' 22 March 1994</ref> Kapasitor tersebut menggabungkan fitur dari kapasitor elektrolit dan elektrokimia. Mereka menggabungkan tingkat kekuatan dielektrik dari anode kapasitor elektrolit dan nilai kapasitansi tinggi dari
Pengembangan mutakhir meliputi kapasitor
Riset banyak dilakukan di perusahaan dan universitas<ref name="Naoi-Simon">{{cite journal|last1=Naoi|first1=K.|last2=Simon|first2=P.|date=Spring 2008|title=New Materials and New Configurations for Advanced Electrochemical Capacitors|url=http://www.electrochem.org/dl/interface/spr/spr08/spr08_p34-37.pdf|journal=Interface|volume=17|issue=1|pages=34–37}}</ref> untuk meningkatkan beberapa karakteristik seperti energi spesifik, daya spesifik, dan stabilitas siklus untuk menekan biaya produksi lebih rendah lagi.
== Dasar ==
=== Rancangan dasar ===
[[Berkas:Electric_double-layer_capacitor_(2_models)_-1_NT.PNG|pra=https://en.wiki-indonesia.club/wiki/File:Electric_double-layer_capacitor_(2_models)_-1_NT.PNG|jmpl|Penampang dasar superkapasitor: (1) sumber daya, (2) pengumpul, (3) elektrode terpolarisasi, (4) lapis-ganda Helmholtz, (5) elektolit yang mempunyai ion negatif dan positif, (6) pemisah.]]
Superkapasitor terdiri dari dua elektrode yang dipisahkan oleh membrane yang dapat ditembus ion, dan sebuah elektrolit menghubungkan kedua elektrolit secara ionis. Ketika elektrode terpolarisasi oleh tegangan yang masuk, ion di dalam elektrolit membentuk lapis-ganda yang berada di kutub yang berseberangan dengan kutub elektrode. Sebagai contoh, elektrode kutub positif akan diselimuti oleh lapisan ion negatif pada pertemuan elektrolit/elektrode bersamaan dengan lapisan penyeimbang muatan dari ion positif yang diserap lapisan negatif. Hal sebaliknya berlaku pada elektrode kutub negatif.
Sebagai tambahan, tergantung bahan elektrode dan bentuk permukaan, beberapa ion akan menembus lapis-ganda menjadi ion yang terserap dan ditambah dengan pseudo-kapasitansi ke dalam jumlah kapasitansi untuk superkapasitor.
=== Distribusi kapasitansi ===
Dua elektrode pada superkapasitor membentuk kapasitor masing-masing ''C''<sub>1</sub> dan ''C''<sub>2</sub>. Total kapasitansi ''C''<sub>total</sub> dihasilkan dari rumus:
<math>C_\text{total} = \frac{C_1 \cdot C_2}{C_1 + C_2}</math>
Superkapasitor mempunyai elektrode baik yang berbentuk simetris mau pun asimetris. Dengan bentuk simetris, dapat disimpulkan bahwa kedua elektrode mempunyai nilai kapasitansi yang sama, sehingga total kapasitansi adalah setengah jumlah nilai kapasitansi dari tiap kapasitor (jika ''C''<sub>1</sub> = ''C''<sub>2</sub>, maka ''C''<sub>total</sub> = ½ ''C''<sub>1</sub>). Untuk bentuk asimetris, total kapasitansi dapat diambil dari elektrode dengan nilai kapasitansi terendah (jika ''C''<sub>1</sub> <nowiki>>></nowiki> ''C''<sub>2</sub>, maka ''C''<sub>total</sub> ≈ ''C''<sub>2</sub>).
=== Prinsip penyimpanan ===
Kapasitor elektrokimia menggunakan efek lapis-ganda untuk menyimpan energi listrik; namun, lapis-ganda ini tidak menggunakan dielektrik padat biasa sebagai pemisah muatan. Ada dua prinsip penyimpanan dalam lapis-ganda elektrik yang ada dalam elektrode yang ikut berpengaruh terhadap total kapasitansi untuk kapasitor elektrokimia:<ref name="Frackowiak1">{{cite journal|last1=Frackowiak|first1=Elzbieta|last2=Béguin|first2=Francois|date=May 2001|title=Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors|journal=Carbon|volume=39|issue=6|pages=937–950|doi=10.1016/S0008-6223(00)00183-4}}</ref>
* Kapasitansi lapis-ganda, penyimpanan daya elektrostatisnya dihasilkan oleh pemisahan muatan di dalam lapis-ganda Helmholtz.<ref name="Halper">{{Cite web|url=http://www.mitre.org/sites/default/files/pdf/06_0667.pdf|title=Supercapacitors: A Brief Overview|last1=Halper|first1=Marin S.|last2=Ellenbogen|first2=James C.|date=March 2006|work=MITRE Nanosystems Group|accessdate=2015-02-16}}</ref>
* Pseudo-kapasitansi, penyimpanan daya elektrostatisnya dihasilkan oleh reaksi redoks faradais dengan transfer-muatan.<ref name="Namisnyk2">{{cite techreport|author=Adam Marcus Namisnyk|title=A survey of electrochemical supercapacitor technology|url=http://services.eng.uts.edu.au/cempe/subjects_JGZ/eet/Capstone%20thesis_AN.pdf|accessdate=2015-02-21|deadurl=yes|archiveurl=https://web.archive.org/web/20141222044332/http://services.eng.uts.edu.au/cempe/subjects_JGZ/eet/Capstone%20thesis_AN.pdf|archivedate=2014-12-22|df=}}</ref>
== Catatan kaki ==
<references responsive="" />
[[Kategori:Kapasitor]]
[[Kategori:Konversi energi]]
| |||