Terobosan Getah Pohon Meningkatkan Umur Superkapasitor

Baterai termasuk perangkat penyimpanan energi yang paling populer. Perangkat elektrokimia ini dapat diisi dan dikosongkan berkali-kali tanpa kerusakan. Mereka menawarkan banyak manfaat, seperti biaya energi yang lebih rendah, peningkatan kemandirian energi, stabilitas jaringan yang lebih baik, dan dukungan untuk integrasi energi terbarukan.

Namun ada perangkat penyimpanan energi elektrokimia lain yang memiliki kemampuan jauh lebih besar daripada baterai. Perangkat itu adalah superkapasitor, yang juga disebut ultrakapasitor atau kapasitor elektrokimia.

Superkapasitor, perangkat penyimpanan energi berkapasitas tinggi, menjembatani kesenjangan antara baterai dan kapasitor konvensional.

Perangkat ini menunjukkan kepadatan daya tinggi, sekitar seribu kali lebih tinggi dibandingkan baterai isi ulang. Ia juga menyimpan lebih banyak muatan daripada kapasitor dan mengisi serta mengosongkan lebih cepat daripada baterai.

Selain memiliki stabilitas siklus yang panjang, superkapasitor memiliki efisiensi pengisian/pengosongan yang cepat, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan lonjakan daya cepat. Saat ini, superkapasitor semakin banyak digunakan dalam berbagai aplikasi termasuk laser, catu daya portabel, peralatan lampu kilat kamera, generator cahaya pulsa, sistem energi terbarukan, kendaraan listrik hibrida, dan cadangan daya industri.

Sekarang, superkapasitor terdiri dari dua elektroda, konduktor elektronik yang terhubung ke rangkaian luar, yang dipisahkan oleh elektrolit, konduktor ionik, dan pemisah, yaitu membran yang memisahkan secara listrik sehingga elektroda tidak terjadi hubung singkat sambil memungkinkan ion tertentu melewatinya untuk mencegah rangkaian terbuka pada sistem.

Karena kepadatan daya yang tinggi dan ramah lingkungan, seperti dapat didaur ulang, superkapasitor menjadi salah satu sistem penyimpanan energi yang paling luas dan aktif diteliti.

Pada superkapasitor, reaksi yang dikendalikan permukaan terutama menentukan kapasitansinya. Oleh karena itu, antarmuka yang stabil antara elektroda dan elektrolit menjadi kunci untuk mencapai kinerja tinggi dan memastikan performa elektrokimia yang stabil.

Sifat antarmuka sangat penting untuk memastikan kinerja elektrokimia tinggi, sehingga peneliti telah mengembangkan berbagai metode untuk memperbaiki dan mengatasi masalah yang terkait.

Namun, semua upaya ini menghadapi keterbatasan signifikan seperti skalabilitas, biaya, keberlanjutan lingkungan, dan beberapa langkah dalam prosesnya. Oleh karena itu, penting untuk menemukan solusi berkelanjutan yang memenuhi kriteria tersebut dan tetap dapat mencapai superkapasitor dengan kepadatan energi/daya tinggi untuk operasi jangka panjang.

Jadi, tim peneliti dari tiga institusi berbeda bekerja sama untuk memperkenalkan aditif elektrolit baru, yang terdiri dari biopolimer terkonjugasi gum kondagogu atau sodium alginate (KS). Getah pohon ini tidak hanya tersedia secara luas tetapi juga dapat didaur ulang.

Pengenalan getah pohon menciptakan lapisan pelindung pada permukaan elektroda, yang mencegah pembentukan produk sampingan sambil memungkinkan transportasi ion/elektron yang mudah. Secara khusus, penggunaan konsep aditif baru ini dalam sistem superkapasitor menghasilkan keandalan elektrokimia yang lebih baik.

Dengan konsentrasi KS yang sangat kecil, yaitu 5 mg ml-1, retensi kapasitansi meningkat hingga 35% menjadi 93% untuk 30.000 siklus pada densitas arus 4,0 mA cm-2. Ini sungguh “luar biasa” mengingat penggunaan elektrolit asam H2SO4 dan elektroda berbasis karbon.

Studi ini menyebutnya sebagai “laporan paling awal” tentang peningkatan signifikan dalam operasi jangka panjang superkapasitor dengan memperkenalkan aditif elektrolit konjugat biopolimer. Solusi ini, berkat kesederhanaannya, biaya rendah, dan ramah lingkungan, berpotensi untuk dikomersialkan.

Peran Getah Pohon dalam Superkapasitor Generasi Berikutnya

Peneliti dari Universitas di Skotlandia, Korea Selatan, dan¹ India melakukan penelitian, yang diterbitkan bulan ini dalam Energy Storage Materials.

Ini mencakup University of Glasgow, Chung-Ang University, Ajou University, Amrita University, dan Myongji University, yang bersama-sama merancang struktur komposit KS terkonjugasi untuk superkapasitor yang sangat stabil, menawarkan biokompatibilitas dan keandalan elektrokimia yang luar biasa.

Getah limbah yang digunakan di sini diproduksi oleh pohon-pohon di India. Getah pohon memiliki banyak kegunaan di berbagai industri seperti makanan, kosmetik, dan farmasi. Namun, getah khusus ini tidak memiliki banyak penggunaan praktis.

Sebenarnya, getah yang digunakan “menjadi masalah bagi pemerintah India untuk dibuang,” kata penulis korespondensi studi, Dr. Jun Young Cheong dari James Watt School of Engineering, University of Glasgow. Ia menambahkan:

“Dengan penelitian ini, kami menemukan cara untuk membuat sesuatu yang benar‑benar berdampak dari getah ini, menciptakan biopolimer yang dapat terurai secara hayati, dapat didaur ulang, yang memungkinkan kinerja luar biasa dan dapat memperpanjang umur pakai superkapasitor secara dramatis.”

Penggunaan elektrolit asam memengaruhi kinerja jangka panjang superkapasitor. Dengan menyebabkan reaksi samping yang tidak diinginkan pada elektroda logam mereka, hal ini mengurangi kemampuan mereka untuk menyimpan muatan penuh seiring waktu.

Kemudian ada masalah penggantian, daur ulang, dan pembuangan superkapasitor pada akhir masa pakainya. Hal ini berkontribusi pada masalah limbah elektronik yang berkembang pesat, yang menimbulkan bahaya lingkungan dan kesehatan yang signifikan.

Jadi, tim tersebut menggunakan gum kondagogu, sebuah polisakarida (biomolekul kompleks) yang diproduksi oleh kulit pohon Cochlospermum Gossypium atau pohon gum Kondagogu (KO). Peneliti menggabungkannya dengan sodium alginate untuk menghasilkan biopolimer berbentuk spons yang disebut ‘KS’.

Penambahan biopolimer ini ke dalam elektrolit asam membentuk lapisan pelindung pada elektroda karbonnya, yang membantu mencegah degradasi fisik elektroda. Perlindungan ini diberikan tanpa memengaruhi proses transportasi ion, yang memungkinkan superkapasitor mengisi dan mengosongkan muatan.

Elektrolit yang ditingkatkan secara signifikan meningkatkan kinerja superkapasitor.

“Di laboratorium, kami telah menunjukkan kinerja luar biasa selama 30.000 siklus. Jika kami menjalankan satu siklus per hari, superkapasitor secara teoritis dapat bertahan lebih dari 80 tahun tanpa kehilangan kinerja yang signifikan, yang berarti superkapasitor dapat digunakan dalam perangkat jauh lebih lama tanpa perlu diganti.”

– Dr. Cheong

Penelitian ini sebenarnya didasarkan pada penelitian berkelanjutan Dr. Cheong tentang penggunaan limbah bio dalam baterai. Penelitiannya juga menunjukkan efektivitas penggunaan pengikat gum, yang larut dalam air, pada anoda grafit dalam baterai Li-ion.

Penelitian “pengikat gum biowaste yang larut dalam air untuk anoda grafit alami pada baterai lithium-ion” dipublikasikan musim panas lalu, yang membahas penggantian polyvinylidene fluoride (PVdF) konvensional, yang menggunakan N-Methyl-2-pyrrolidone yang berbahaya bagi lingkungan, dengan pengikat yang larut dalam air.

Studi tersebut merinci pembuatan anoda berbasis grafit alami menggunakan PVdF dan pengikat biowaste (W-SB) yang larut dalam air dari gum pohon Cochlospermum gossypium. Kedua bahan tersebut menggunakan 10% berat pengikat.

Elektroda NG-W-SB menunjukkan sifat mekanik yang baik dan mempertahankan integritas struktural setelah siklus, meningkatkan resistansi transfer muatan yang rendah pada elektroda. Ia juga menunjukkan puncak arus tinggi pada siklus pertama, mengindikasikan kinerja elektrokimia yang meningkat, berbeda dengan puncak sedikit rendah pada elektroda NG-PVdF, yang selanjutnya mengalami degradasi kapasitas setelah hanya 200 siklus. Sementara itu, NG-W-SB memiliki retensi kapasitas stabil yang lebih tinggi hingga 360 siklus.

“Secara umum, pengikat W-SB menunjukkan karakteristik retensi siklus yang sangat meningkat, kemampuan laju yang sebanding, dan resistansi elektroda yang lebih rendah, yang membuka jalur baru untuk mengadopsi biowaste (gum) sebagai pengikat fungsional yang larut dalam air untuk aplikasi LIB,” catat studi tersebut.

Penelitian lain Dr. Cheong² mencakup, “Karbon aktif yang berasal dari bahan organik untuk superkapasitor kertas murbei ramah lingkungan,” di mana karbon aktif (AC) dipersiapkan menggunakan kulit jeruk (OP), limbah umum, yang kemudian dilapisi pada kertas murbei (MP), yang menunjukkan sifat hidrofilik, kandungan holoselulosa tinggi, dan ikatan kuat dengan bahan aktif. Lapisan lain berupa polietilen (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) digunakan untuk membuat MP berlapis ganda untuk superkapasitor ini.

Pengembangan Lain dalam Ruang Superkapasitor

Mengingat betapa pentingnya superkapasitor dalam berbagai aplikasi, peneliti di seluruh dunia secara aktif menyelidiki cara untuk meningkatkan kinerjanya.

Perlakuan Plasma untuk Meningkatkan Kapasitansi

Baru-baru ini pada bulan ini, ilmuwan di Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) Rusia memperkenalkan perlakuan plasma yang dapat menggandakan kapasitas superkapasitor.

Tim tersebut, menurut peneliti utama studi, Asisten Profesor Stanislav Evlashin, sedang mencari cara untuk meningkatkan kinerja superkapasitor “dengan mengutak-atik material berbasis karbon yang digunakan pada elektroda mereka.”

Ada dua cara untuk meningkatkan jumlah energi yang disimpan superkapasitor, jelas Evlashin:

“Anda dapat meningkatkan area permukaan efektif elektroda dengan desain permukaan yang rumit atau memperkenalkan atom asing ke dalam material karbon elektroda.”

Studi mereka berfokus pada efek memperkenalkan atom asing ke dalam material karbon elektroda superkapasitor melalui perlakuan plasma.

Tim menguji dampak plasma dengan enam komposisi kimia berbeda pada kapasitansi dinding nano karbon, namun hanya plasma yang terdiri dari campuran nitrogen dan argon yang menunjukkan peningkatan signifikan.

“Kami menemukan bahwa yang pertama terjadi adalah karbon amorf yang tersisa setelah pertumbuhan struktur dinding nano karbon dibersihkan. Selanjutnya terbentuk cacat baru dan penggabungan heteroatom ke dalam struktur material karbon. Karbon amorf, bersama dengan heteroatom nitrogen, berkontribusi pada terjadinya pseudokapasitas.”

– Evlashin

Meningkatkan Kinerja Melalui Rekayasa Elektroda & Material

Minggu ini, peneliti dari University of California merekayasa orientasi elektro-kristalisasi serta aktivasi permukaan pada ZHSCs suhu lebar atau superkapasitor ion seng.

Seperti dicatat dalam studi, mencocokkan kapasitas anoda dan katoda diperlukan untuk memaksimalkan kinerja sel elektrokimia. Oleh karena itu, mereka memperkenalkan dua pendekatan untuk menyeimbangkan pemanfaatan elektroda dalam ZHSCs.

Ini mencakup meminimalkan pembentukan dendrit, yang meningkatkan umur siklus, dengan memodifikasi kolektor arus anoda menggunakan nanopartikel tembaga. Strategi lain adalah meningkatkan kapasitas katoda karbon aktif melalui reaksi elektrolit.

Sel penuh mempertahankan 84% kapasitasnya bahkan setelah 50.000 siklus pengisian-pengosongan penuh hingga 2 V. Kapasitas kumulatifnya, sementara itu, mencapai 19,8 Ah cm−2, yang melampaui ZHSCs, menjadikan desain perangkat ini “menjanjikan untuk aplikasi ketahanan tinggi, termasuk catu daya tak terputus dan sistem penangkap energi yang memerlukan siklus sering,” demikian pernyataannya.

Sebuah studi dari bulan lalu, sementara itu, merekomendasikan modifikasi struktur anionik lithium kobalt oksida untuk meningkatkan kepadatan energi dan kemampuan penyimpanan muatan superkapasitor.

Untuk ini, lithium kobalt oksida dimodifikasi menjadi LiCoO1.6(F0.8Cl0.2)0.4, yang menunjukkan karakteristik kinerja mengesankan, termasuk kapasitansi 512 F g−1 dan efisiensi koloombik sedikit di atas 92% setelah 4000 siklus pada densitas arus 2 A g−1. Stabilitas elektrokimia material yang dimodifikasi pada laju arus tinggi, serta resistansi seri ekivalen yang rendah, menurut studi, “menjadikannya kandidat penting untuk kemajuan masa depan dalam teknologi superkapasitor.”

Superkapasitor Plastik untuk Penyimpanan Energi Lebih Besar

Peneliti bahkan menggunakan plastik untuk meningkatkan superkapasitor. Ahli kimia UCLA mengembangkan nanofiber PEDOT bertekstur seperti bulu yang memiliki area permukaan lebih besar untuk menyimpan muatan dan konduktivitas listrik yang superior.

PEDOT atau poly(3,4-ethylenedioxythiophene) adalah film transparan dan fleksibel yang diterapkan pada permukaan komponen elektronik dan film fotografi untuk melindungi mereka dari listrik statis. Potensinya untuk penyimpanan energi cukup terbatas karena material PEDOT tidak memiliki konduktivitas listrik dan area permukaan yang diperlukan untuk menampung energi dalam jumlah besar.

Namun, dengan metode inovatif, para ahli kimia mengendalikan morfologi PEDOT untuk menumbuhkan nanofiber secara tepat. Proses pertumbuhan fase uap menciptakan nanofiber PEDOT vertikal yang tampak seperti rumput padat yang tumbuh ke atas.

“Pertumbuhan vertikal unik material ini memungkinkan kami menciptakan elektroda PEDOT yang menyimpan jauh lebih banyak energi dibandingkan PEDOT tradisional.”

– The corresponding author, UCLA materials scientist Maher El-Kady

Tim kemudian membuat superkapasitor menggunakan struktur PEDOT yang menyimpan hampir sepuluh kali lebih banyak muatan dibandingkan PEDOT konvensional dan bertahan hampir 100.000 siklus pengisian.

Menurut penulis korespondensi, Richard Kaner, yang merupakan profesor kimia, serta ilmu dan teknik material:

“Kinerja luar biasa dan daya tahan elektroda kami menunjukkan potensi besar untuk penggunaan graphene PEDOT dalam superkapasitor yang dapat membantu masyarakat kita memenuhi kebutuhan energi.”

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang superkapasitor pengisian mandiri.

Menambahkan Superkapasitor ke Baterai untuk Meningkatkan Kecepatan Pengisian

Di tengah semua penelitian ini, bahkan produsen mobil Jerman BMW telah mengajukan paten superkapasitor yang akan mengisi mobil balap hibrida dalam satu menit.

Perusahaan tersebut sedang mengeksplorasi potensi penambahan superkapasitor khusus motorsport ke baterai untuk secara signifikan mengurangi waktu pengisian. Menurut aplikasi tersebut, menggabungkan supercar hibrida dengan kapasitas lebih dari 20 kWh ke sistem berbasis baterai yang ada akan membantu mengatasi beberapa kelemahan utama dari kedua sistem.

BMW memperkirakan bahwa “bagi pelanggan yang ingin mengendarai kendaraan di lintasan balap, ini dapat menawarkan kesempatan untuk mengemudi secara terus-menerus pada batas fisik dengan jeda singkat.”

Sementara itu, pesaingnya, Volkswagen Group, sudah menggunakan superkapasitor dalam Lamborghini Sian. Superkapasitor menyimpan energi listrik, yang kemudian disalurkan ke motor listrik. Sian memiliki motor 25 kW yang terpasang dalam gearbox untuk memberikan e-boost pada mesin V12 577 kW 6,5 liter atau menggerakkannya sepenuhnya dengan listrik selama manuver kecepatan rendah.

Perusahaan Inovatif di Bidang Ini

Ukuran pasar superkapasitor global mencapai miliaran dolar, didorong oleh meningkatnya permintaan akan solusi penyimpanan energi yang berkelanjutan dan efisien. Oleh karena itu, banyak perusahaan, seperti Panasonic Corporation dan Skeleton Technologies, sedang bekerja untuk meningkatkan teknologi.

Nama terkemuka di bidang ini adalah AVX Corporation, yang diakuisisi oleh produsen elektronik Jepang Kyocera Corporation pada tahun 2020 sehingga saham umum AVX tidak lagi diperdagangkan di NYSE. Saham Kyocera, sementara itu, diperdagangkan di pasar OTC (KYOCF:OTCPK) pada $10,70, yang menempatkan kapitalisasi pasar mereka pada $15,85 miliar. Perusahaan ini membayar dividen sebesar 3,12%.

KEMET Corporation juga dikenal karena menawarkan beragam superkapasitor dengan kemampuan kinerja tinggi yang dapat digunakan sebagai baterai sekunder ketika diterapkan dalam rangkaian DC. Menurut situs resmi mereka, perangkat ini paling cocok untuk penggunaan pada aplikasi penahan DC bertegangan rendah. Awalnya perusahaan AS yang go public di NYSE pada 1990, KEMET diakuisisi oleh perusahaan Taiwan Yageo Corporation pada 2020.

Maxwell Technologies adalah produsen ultrakapasitor terkemuka lainnya. Tesla (TSLA ) mengakuisisinya pada 2019, kemudian menjualnya ke UCAP Power pada 2021. Meskipun menjual Maxwell, produsen EV dan baterai dengan kapitalisasi pasar $817,34 miliar tersebut mempertahankan proses pembuatan elektroda keringnya, yang berbasis pada teknologi kapasitor mereka. Saham TSLA saat ini turun lebih dari 37% tahun ini dan diperdagangkan pada $248,80.

Kemudian ada CAP-XX berbasis Australia, yang memproduksi superkapasitor tipis berbentuk prisma untuk digunakan dalam perangkat genggam konsumen, elektronik komersial dan industri, serta aplikasi energi bersih. Perusahaan ini terdaftar di pasar AIM London Stock Exchange.

Superkapasitor CAP-XX memiliki kepadatan energi tinggi, tegangan sel tinggi, dan arus bocor yang sangat rendah. Dengan bantuan superkapasitor mereka, produsen dapat mengurangi ukuran, berat, dan biaya baterai, jumlah dan biaya komponen yang terlibat, serta dampak lingkungan mereka.

Kesimpulan

Sementara baterai telah menjadi sorotan, superkapasitor semakin mendapatkan perhatian karena menjadi salah satu komponen paling penting dalam ekosistem energi global. Bagaimanapun, mereka dapat menawarkan efisiensi tinggi, umur siklus panjang, dan penyampaian daya secara instan.

Saat ini, superkapasitor bersifat komplementer dalam sektor penyimpanan energi untuk aplikasi seperti elektronik konsumen, penstabil energi terbarukan, kendaraan listrik hibrida, dan daya cadangan, yang memerlukan siklus pengisian-pengosongan cepat dan umur operasional yang panjang.

Jadi, adopsi superkapasitor yang lebih luas masih dibatasi oleh biaya, material, dan kekhawatiran lingkungan. Namun, pendekatan seperti biopolimer berbasis gum pohon sedang mengatasi tantangan tersebut, yang menandakan masa depan yang menjanjikan bagi superkapasitor. Meskipun komersialisasi akan memakan waktu, begitu meningkat, superkapasitor dapat menjadi arus utama dan memainkan peran penting dalam sistem energi berkelanjutan.

Klik di sini untuk daftar saham baterai teratas.

Studi yang Dirujuk:

1. ​Lee, S., Park, J. Y., Yoon, H., Park, J., Lee, J., Hwang, B., Padil, V. V. T., Cheong, J. Y., & Yun, T. G. (2025). Long-lasting supercapacitor with stable electrode-electrolyte interface enabled by a biopolymer conjugate electrolyte additive. Energy Storage Materials, 67, 104195. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2025.104195

2. Chang, J. H., Pin, M. W., Msalilwa, L. R., Shin, S. H., Han, C., Yu, H., Chandio, Z. A., Padil, V. V. T., Kim, Y., & Cheong, J. Y. (2024). Water-soluble biowaste gum binders for natural graphite anode for lithium-ion batteries. Journal of Electroanalytical Chemistry, 967, 118467. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2024.118467

3. Han, Y., Yoon, H., Cheong, J. Y., & Hwang, B. (2025). Organic material-derived activated carbon for ecofriendly mulberry paper supercapacitor. International Journal of Energy Research, 2025, 8791702. https://doi.org/10.1155/er/8791702

4. Yao, L., Koripally, N., Shin, C., et al. (2025). Engineering electro-crystallization orientation and surface activation in wide-temperature zinc ion supercapacitors. Nature Communications, 16, 3597. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58857-5

5. Hashemzadeh, S. M., Khorshidi, A., & Arvand, M. (2025). Anion engineering in lithium cobalt oxide for application in high-performance supercapacitors. Scientific Reports, 15, 10064. https://doi.org/10.1038/s41598-025-95338-7