STUDI PRINSIP PERTAMA BESI MONOSULFIDA (TROILITE) UNTUK APLIKASI SUPERKAPASITOR

• Main Author: Alief Irham, Muhammad
• Format: Theses
• Language: Indonesia
• Online Access: https://digilib.itb.ac.id/gdl/view/52014
• Institution: Institut Teknologi Bandung

Superkapasitor adalah salah satu devais penyimpan energi yang menjanjikan dikarenakan kemampuan penyimpanan daya dengan densitas yang tinggi. Besi Sulfida (FeS) berfasa hexagonal troilite memiliki sifat antiferomagnetik (AFM) pada arah sumbu-???? mengakibatkan fasa troilite ini dilaporkan memiliki sifat magnetoelektrik. Sifat magnetoelektrik dari FeS ini memiliki potensi yang besar untuk diterapkan dalam berbagai devais seperti devais penyimpanan energi ataupun devais spintronik. Namun, troilite dengan perbandingan molar Fe:S tepat 1:1 secara alami ataupun sintesis sangat sulit untuk didapatkan. Disamping itu, pembuktian melalui studi awal dari material FeS dengan kondisi kekurangan Fe belum pernah dilaporkan sebelumnya. Oleh sebab itu, pada penelitian ini kami melakukan perhitungan struktur elektronik dari material FeS yang mengalami kekurangan Fe dan dampaknya terhadap sifat elektroniknya. Studi awal dari material FeS yang dilakukan pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan Density Functional Theory (DFT). Koreksi Hubbard dikenakan pada atom Fe untuk mewadahi sifat korelasi elektron yang kuat pada atom Fe. Pada temperature <400K, FeS dilaporkan memiilki fasa insulator AFM dengan space group ????62???? dan akan digunakan pada penelitian ini. Pada tahap awal studi ini, parameter kisi dicari dengan menggunakan metode self-consistency field dan memberikan kesimpulan bahwa koreksi Hubbard sebesar 1 eV memberikan parameter kisi yang paling mendekati hasil eksperimen dengan nilai ???? = 5,93 Å dan ???? = 11,74 Å. Kemudian, jumlah atom Fe dari struktur ini dikurangi untuk menghasilkan 4 variasi vakansi. Dari struktur elektronik yang dihasilkan, dapat diamati bahwa pada struktur tanpa defect dapat diamati bahwa terdapat band gap sebesar 0,65 eV. Sedangkan setelah memiliki vakansi, dapat diamati bahwa besar dari celah pita berkurang. Mid-gap states yang diamati pada material ini sangat berkaitan dengan ketiadaan pasangan yang spin yang dimiliki oleh material FeS. Momen magnetisasi dari material FeS juga diamati dan mengalami peningkatan dari kondisi netral hingga 2,08 ????????, 4,25 ????????, 6,31 ????????, dan 10,23 ???????? sesuai dengan kosentrasi vacancy sebesar 2,08%, 4,16%, 6,24%, dan 8,32%. Dalam tinjauan lebih lanjut dopant diberikan kepada material FeS. Adapun dopant yang dipilih adalah Kobalt (Co), Kromium (Cr), dan Mangan (Mn). Pemilihan dopan dipilih dengan pertimbangan material tersebut memiliki unsur yang berdekatan dengan material Fe. Adapun tujuan dari penambahan dopant pada material ini adalah untuk meninjau sifat magnetik dan elektriknya. Penambahan dopan menghasilkan peningkatan momen mgnetik sebesar 1,675 ????????, 0,977 ????????, and -0,053 ???????? untuk atom Co, Mn, dan Cr secara berurutan. Dari data DOS, mid-gap states juga teramati pada struktur yang diberikan dopan. Mid-gap states yang diamati terdapat pada FeS yang mengalami kekurangan Fe dapat dimanfaatkan lebih lanjut untuk diterapkan dalam superkapasitor dengan memanfaatkan fenomena quantum capacitance. Keadaan didekat energi Fermi dapat menjadi salah satu indikator dalam peningkatan performa dari superkapsitor melalui quantum capacitance. Secara teoretis quantum capacitance dapat ditentukan dengan menggunakan perumusan yang dijelaskan dalam studi ini. Sehingga kami dapatkan besar dari quantum capacitance sebesar 2.280 F/g, 2.072 F/g, 2.059 F/g, 1.975 F/g untuk kosentrasi defect sebesar 2,08%, 4,16%, 6,24%, dan 8,32%. Bila dibandingkan dengan struktur FeS murni, besar quantum capaictance masih melebihi nilai quantum capacitance dari struktur murni yang memiliki besar nilai quantum capacitance sebesar 2.231 F/g. Kemudian, setelah melakukan penambahan dopan Co, Mn, dan Cr kami dapatkan nilai dari quantum capacitance sebesar 2.122 F/g, 2.618 F/g, 3.076 F/g menandakan bahwa dengan adanya dopant dapat meningkatkan besar dari quantum capacitance Perhitungan integral dari quantuam capacitance telah dilakukan dalam penelitian ini agar nilai quantum capacitance yang didapatkan lebih ril sebagai fungsi dari muatan yang tersimpan pada supercapacitor. Dengan melakukan dua variasi tegangan bias, dapat diamati bahwa FeS mengalami sifat asimetrik ketika menggunakan elektrolit berbasis air. Kemudian, dengan menggunakan voltage bias lebih besar yang dimana dapat dilakukan dengan penggunaan ionic liquid, FeS akan dapat bersifat simetrik. Terlebih, dalam studi ini juga telah diamati bahwa konsistensi dari sifat Chromium yang dapat meningkatkan sifat quantum capacitance.