Tesis

Pengembangan film tipis ito/azonrs/pani dengan metoda dc magnetron sputtering untuk fuel cell photoelectrochemical water splitting / Eprilia Trikusuma Sari

Abstrak
Teknologi Photoelectrochemical (PEC) Water Splitting merupakan teknologi generasi ketiga yang mampu menkonversi H2O menjadi gas hidrogen dan oksigen dengan bantuan sinar matahari. Disamping itu teknologi ini juga sekaligus mampu menghasilkan energi listrik melalui proses elektrokimia. Perangkat sel fotoelektrokimia terdiri dari tiga komponen salah satunya yaitu fotoanoda. Dari berbagai macam bahan yang tersedia ZnO merupakan salah satu material metal oxide yang unggul untuk dijadikan fotoanoda karena memiliki sifat listrik yang baik mudah untuk difabrikasi dan tidak beracun. Dalam penelitian ini sel PEC menggunakan bahan utama ZnO dengan struktur nanorods. Keunggulan struktur ini mampu meningkatkan penyerapan cahaya karena luas permukaannya tinggi dan fabrikasi tidak sulit. Akan tetapi dalam pengembangan teknologi ini performa yang dihasilkan masih rendah dan fotoanoda yang kurang stabil serta mudah korosi dalam elektrolit saat proses pengujian. Oleh karena ada dua solusi efektif yang dinilai mampu mengatasi permasalahan ini. Pertama untuk meningkatkan performa PEC Water Splitting perlu modifikasi fotoanoda salah satunya dengan doping Al pada ZnO NRs. Hal ini karena doping Al pada ZnO NRs (AZO NRs) berpotensi meningkatkan konduktivitas perangkat sel PEC dalam produksi H2 dan O2 pada proses pemecahan H2O (Water Splitting). Kedua untuk mengatasi korosi AZO NRs saat proses pengujian melapisi polimer konduktif seperti PANi adalah solusi yang efisien. Hal ini karena polimer PANi mempunyai beberapa keunggulan diantaranya memiliki konduktivitas dan kestabilan terhadap lingkungan yang tinggi meningkatkan kemampuan fotoaktif efisiensi dan ketahanan terhadap korosi dari sampel. Pada penelitian ini terdapat empat tahapan utama yang dilakukan dalam sintesis dan fabrikasi sel PEC Water Splitting. Tahap pertama yaitu sintesis ZnO nanopartikel dengan metode sol gel dan dideposisi pada substrat ITO glass dengan metode spin coating. Tahap kedua yaitu penumbuhan ZnO NRs yang didoping Al (AZO) dengan metode hidrotermal. Selanjutnya dilakukan pelapisan AZO NRs dengan polimer PANi dengan metode spin coating. Sampel kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD SEM-EDX UV-Vis Photoluminesence Cyclic Voltametry. Oleh karena itu penelitian ini mengkaji pengaruh Al pada ZnO NRs dengan variasi tegangan DC Magnetron Sputtering (100 120 140 160 dan 180 Watt) serta penambahan polimer PANi terhadap performa Photoelectrochemical Water Splitting. Disamping itu akan dilakukan kajian energi listrik yang dihasilkan dari proses Photoelectrochemical Water Splitting dengan Na2SO4 sebagai elektrolit. Dari hasil analisis yang dilakukan beberapa hasil telah didapatkan diantaranya hasil analisis struktur kristal melalui karakterisasi XRD didapatkan semakin tinggi tegangan magnetron semakin tinggi kristalinitas dan juga ukuran kristalnya. Hasil dari SEM EDX menunjukkan ketebalan dari Al semakin bertambah seiring dengan hasil EDX dan porositasnya yang didapatkan. Karakterisasi UV Vis mengetahui sifat optik dari sampel. Absorbansi yang didapatkan semakin tinggi dan menunjukkan sampel hanya mampu menyerap cahaya UV saja. Band gap yang dihasilkan ZnO ketika ditambahkan alumunium semakin bertambah. Akan tetapi seiring dengan pertambahan tegangan magnetron band gapnya semakin kecil. Selanjutnya untuk hasil PL didapatkan semakin tinggi tegangan maka akan semakin tinggi kadar alumunium sehingga intensitas emisi NBE menurun. Hal ini mungkin disebabkan oleh pembentukan rekombinasi non-radiatif. Puncak NBE menunjukkan pergeseran kecil ke arah merah yang mengkonfirmasi terjadinya proses penambahan dan penurunan energi celah pita yang dihitung dari Tauc plot. Terakhir hasil pengujian sel fotoelektrokimianya dari perhitungan dengan persamaan yang ditunjukkan didapatkan hasil bahwa pengujian pada kondisi terang maupun gelap menunjukkan semakin tinggi tegangan magnetron semakin tinggi efisiensi performa yang dihasilkan. Untuk tegangan bias yang digunakan saat proses pengujian terdapat perbedaan. Pada saat pengujian kondisi terang dilakukan pada rentang tegangan -2 sampai 3.5 V sedangkan saat kondisi gelap dilakukan pada rentang tegangan -0.4 sampai 0.4 V. Ditunjukkan nilai rapat arus tertinggi didapatkan pada sampel AZO NRs/PANi 180 W pada saat kondisi terang didapatkan 14 5 mA/cm2 dan 0.16 mA/cm2 pada kondisi gelap. Untuk performa tertinggi sebesar 5 17% pada saat penujian di kondisi terang. Dan untuk pengujian pada kondisi gelap dihasilkan 0 13%. Sehingga dari semua hasil yang didapatkan menunjukkan bahwa penambahan tegangan DC Magnetron Sputtering saat pelapisan alumunium dan juga penambahan polimer PANi mampu menghasilkan fotoanoda sel fotoelektrokimia yang memiliki performa cukup tinggi sebagai aplikasi fuel cell pada teknologi PEC Water Splitting.

Informasi Detail

DDC

Rt 541.37 SAR p

Prodi

Universitas Negeri Malang. Program Studi Fisika, 2023.

Deskripsi Fisik

x, 48 lembar : ilus. ; 30 cm

Bahasa

Indonesia

No Reg

00536/RT/23

Edisi

Tesis (Pascasarjana)--Universitas Negeri Malang. 2023

Subjek

1. ELEKTROKIMIA
2. PHOTO ELECTRO CHEMICAL
3. ELECTROCHEMISTRY

Pembimbing

1. Nandang Mufti, S.si, M.t., Ph.d.;2. Dr. Hari Wisodo, S.pd, M.si

Lampiran Berkas