Padanan di antara bahan elektrod, kesesuaian saiz liang untuk penyebaran ion elektrolit dan dimensi spesies ionik adalah diperlukan untuk prestasi optimum bahan elektrod. Pembangunan bahan elektrod karbon berliang meso (MPC) berkos efektif dengan luas permukaan dan kekonduksian elektrik yang tinggi diharap dapat meningkatkan prestasi kapasitans bahan serta ketumpatan kuasa, tenaga dan kitaran hayatnya. Oleh iitu, kajian ini tertumpu kepada penghasilan MPC daripada Resorcinol (R)/Formaldehid (F)/F127 dan pengubahsuaian prekursor karbon menggunakan selulosa semulajadi karboksimetil selulosa (CMC) seblum digabungkan dengan mangan oksida (Mn²O³). Ia bertujuan untuk meningkatkan kapasitans yang disebabkan oleh sifat elektrik dua lapisan (EDLC) dalam filem MPC dan juga sifat pseudokapasitor dari tindak balas redoks faradaik Mn²O³. Kesemua sampel disintesis dengan menggunakan kaedah templat enapan berputar pembentukan sendiri dan kaedah serapan basah diikuti dengan proses pengkalsinan. Keadaan eksperimen seperti suhu karbonisasi, nisbah molar, masa pengadukan, kepekatan, suhu dan masa pengkalsinan diubahsuai untuk meningkatkan prestasi kapasitans bahan elektrod. Analisis pembelauan sinar-X (XRD), transformasi inframerah Fourier (FTIR), spektroskopi Raman, spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dan mikroskopi pengimbasan elektron pancaran medan (FESEM) dlakukan untuk menunjukkan struktur dan morfologi permukaan sampel. Pengukuran eektrokimia seperti voltammetri berkitar (CV) dan galvanostat cas nyahcas (GCD) dilakukan dalam larutan elektrolit 1M kalium klorida (KCI) menggunakan sistem sel tiga elektrod.

Berdasarkan keputusan, nilai kapasitans spesifik filem nanokomposit Mn²O³/MPC yang dikalsinasi pada suhu 300^oc adalah didapati 3.5 kali ganda lebih tinggi dengan 53.59 mF cm^-2 berbanding filem MPC optimum dengan hanya 15.23 mFcm^-2, Ini bertetapan dengan nilai rintangan dalaman yang rendah yang direkodkan untuk Mn²O³/MPC sebagai gambaran kepada kapasitans spesifik yang lebih tinggi berbanding MPC disokong oleh keputusan CV dan GCD. Filem komposit Mn²O³/MPC menunjukkan ketumpatan tenaga dan kuasa tertinggi serta kapasitans yang cukup stabil dengan sampel dapat mengekalkan sekitar 71% dari kapasitans awal sehingga mencapai 1000 kitaran. Kemudian, penyelidikan diteruskan dengan mengaplikasikan bahan mentah hijau iaitu CMC sebagai satu sumber karbon untuk bahan elektrod. Dalam kajian ini, CMC buluh dan CMC komersial berasaskan bahan pertanian telah digunakan sebelum penggabungan dengan Mn²O³. Peningkatan kapasitans spesifik sebanyak 31.98 mF cm^-2 untuk Mn²O³/CMCPCbam adalah didapati 3.3 kali ganda lebih tinggi berbanding dengan sampel karbon tulen Mn²O³/CMCPCbam dan Mn²O³/CMCPCcom menunjukkan kapasitans yang agak stabil iaitu 65.6% dan 68.5% dari kapasitans awal selepas 1000 kitaran cas nyahcas serta menunjukkan ketumpatan tenaga dan kuasa yang tertinggi.

Penggabungan oksida logam pseudokapasitans dengan filem karbon EDLC adalah cara yang berkesan untuk meningkatkan prestasi elektrokimia dari segi kapasitans spesifik, ketumpatan kuasa dan tenaga bahan karbon. Kehadiran Mn²O³ telah dibuktikan dengan nyata oleh analisis XRD, XPS dan FTIR sementara analisis FESEM-EDX dan HRTEM mengesahkan kewujudannya dalam struktur bahan tersebut. Strategi ini mengenengahkan filem karbon tersusun berliang meso daripada bahan precursor sintetik dan selulosa semulajadi sebagai bahan berpotensi yang berprestasi elektrokimia lebih baik untuk tujuan aplikasi superkapasitor termaju.

*Abstrak tesis (Doktor Falsafah) oleh Mahanim Sarif@Mohd Ali

Untuk maklumat lanjut boleh hubungi:

Professor Zulkarnain Zainal, PhD
Chairman
zulkar@upm.edu.my

Tarikh Input: 25/02/2022 | Kemaskini: 25/02/2022 | roslina_ar