Apa dan Bagaimana membuat Superkapasitor?

Jika melihat namanya sekilas kita dapat menduga apa itu superkapasitor. Secara sederhana superkapasitor berarti kapasitor yang memiliki kemampuan super untuk menghasilkan kapasitas tinggi. Lalu bagaimanakah cara menghasilkan superkapasitor? Yuk kita tanya fisika!

Fisika menjawab:

Superkapasitor adalah kapasitor dengan arsitektur yang berbeda dengan kapasitor konvensional. Pada kapasitor konvensional, muatan listrik disimpan dalam pelat konduktor yang telah ada dan tertentu. Kapasitansi yang diperoleh semata-mata ditentukan oleh geometri kapasitor, yaitu luas pelat dan jarak antar pelat.

Secara teori, kapasitansi dapat diperbesar dengan memperbesar ukuran pelat atau mereduksi jarak antar pelat. Namun pembesaran ukuran pelat terlampau jauh menyebabkan ukuran kapasitor sangat besar. Sebaliknya, reduksi jarak antara pelat yang terlalu tipis dapat menyebabkan perubahan sifat material dielektrik menjadi konduktif sehingga kapasitor menjadi bocor. Adakah pendekatan lain untuk menghasilkan kapasitor yang besar. Jawabnya ada, yaitu superkapasitor.

Superkapasitor dapat menghasilkan kapasitansi ratusan kali kapasitor konvensional untuk ukuran yang sama. Luar biasa bukan? Kalau pada kapasitor konvensional, material antara dua elektroda adalah isolator (dielektrik) yang berfungsi menghindari pertemuan muatan pada elektroda positif dan negatif. Namun, pada superkapasitor, material pemisah dua elektroda adalah elektrolit. Kok bisa, padahal elektrolit adalah konduktor dalam wujud cair. Sehingga dapat dialiri arus listrik. Apakah tidak menyebabkan muatan di elektroda positif dan negative bergabung? Mari kita coba analisis.

Gambar berikut adalah skema superkapasitor ketika belum dihubungkan dengan tegangan luar.

Komponen utama adalah dua elektroda, elektrolit, dan pemisah di tengah-tengah. Masing-masing elektroda dihubungkan dengan rangkaian luar melalui kolektor yang berupa pelat konduktor. Elektroda dibentuk dari material tertentu. Dalam keadaan tanpa tegangan listrik luar maka ion terdistribusi secara random dalam elektrolit dan di elektroda tidak terkumpul muatan. Dengan kata lain, kapasitor tidak menyimpan muatan.

Apa yang terjadi ketika superkapasitor dihubungkan dengan tegangan luar? Fenomena yang terjadi tampak seperti pada Gambar di bawah. Misalkan kolektor kiri diberi tegangan positif dan kolektor kanan diberi tegangan negatif. Ion positif pada elektrolit akan berkerak ke elektroda negative (kiri) dan ion negative akan bergerak ke elektroda positif (kanan).

Ion tidak dapat mengalir dalam elektroda atau konduktor. Yang dapat mengalir dalam konduktor hanya electron. Jadi, ion positif maupun negative dari elektrolit akan berhenti di permukaan elektroda (hanya menyentuh permukaan elektroda). Ion pada permukaan elektroda tersebut akan menarik muatan berlawanan dari elektroda sehingga bergerak mendekat ke elektroda. Material elektroda untuk superkapasitor adalah material yang tidak memungkinkan kedua ion pada dua sisi elektroda bercampur. Yang terjadi hanya penumpukan muatan pada dua sisi permukaan elektroda. Jarak kedua muatan tersebut sangat berdekatan. Muatan berbeda jenis yang terkumpul sangat berdekatan dinamakan double layer (lapisan ganda).

Kedua lapisan muatan yang berbeda tanda tersebut seolah-olah dipisahkan oleh isolator yang sangat tipis. Jadi tiap double layer berperan sebagai sebuah kapasitor. Karena jarak antara lapisan muatan sangat dekat (umumnya antara 3 - 8 angstrom) maka nilai kapasitansi yang dihasilkan sangat besar. Akhirnya, system yang ada berfungsi sebagai dua buah kapasittor yang disusun secara seri di mana kapasitansi masing-masing kapasitor sangat besar. Misalkan kapasitansi masing-masing double layer adalah C maka kapasitansi ekivalen sebuah kapasitor (karena tersusun secara seri) adalah C/2. Karena C sangat besar (akibat jaran antara lapisan muatan sangat besar) maka kapasitansi ekivalen superkapasitor juga sangat besar.

Karena kapasitansi yang sangat besar maka superkapasitor dapat menyimpan muatan yang sangat besar. Dengan demikian, superkapasitor dapat menggantikan fungsi batarei. Kelebihan superkapasitor dibandingkan dengan batarei adalah dapat diisi dan dikosongakn dalam waktu yang sangat cepat. Gambar 2.51 adalah contoh superkasitor. Nilai kapasitansinya adalah 3.000 farad!

Demikianlah fisika menjawab apa dan bagaimana membuat superkapasitor, semoga bermanfaat

Subscribe to receive free email updates: