Sains Malaysiana 48(2)(2019): 407–417 http://dx.doi.org/10.17576/jsm-2019-4802-19 Elektrod Superkapasitor daripada Komposit Karbon Teraktif dan Grafen dengan Perekat PVDF-HFP (Supercapacitor Electrode from Activated Carbon and Graphene Composite with PVDF-HFP Binder) MOHAMAD REDWANI MOHD JASNI, MOHAMAD DERAMAN, ZALITA ZAINUDDIN*, CHIA CHIN HUA & RAMLI OMAR ABSTRAK Elektrod superkapasitor elektrokimia dwi-lapisan telah dihasilkan menggunakan serbuk karbon monolit teraktif (KMT) sebagai bahan pemula dan grafen sebagai bahan tambah. Elektrod telah disediakan dengan mencampurkan serbuk KMT dan grafen dengan peratus berat yang berbeza (0, 5, 10, 20 dan 40 % bt.) yang ditambah larutan polivinilidena fuorida- heksafuoropropilena (PVDF-HFP) sebagai agen perekat serta karbon hitam sebagai agen konduksian. Pencirian fzikal dijalankan ke atas elektrod dengan menggunakan kaedah pembelauan sinar-X (XRD) dan isoterma jerapan-nyahjerapan. Prestasi sel superkapasitor dengan elektrolit akueus 6 M KOH telah diuji menggunakan kaedah spektroskopi impedans elektrokimia (EIS), voltametri berkitar (CV) dan cas-discas galvanostatik (GCD). Sel superkapasitor dengan bahan tambah grafen 5 % bt. (KMT05) didapati mempunyai kapasitans tentu yang tertinggi (172 F g -1 ), tenaga tentu yang tertinggi (11 Wh kg -1 ), kuasa tentu yang tertinggi (196.13 W kg -1 ), masa gerak balas terendah (2 s) serta rintangan pemindahan cas terendah (2.4 Ω) berbanding sel-sel yang lain. Ini menunjukkan bahawa bahan tambah grafen 5 % bt. adalah optimum untuk meningkatkan prestasi sel. Hasil ini selaras dengan saiz mikrohablur serta luas permukaan tentu KMT05X yang lebih besar berbanding KMT tanpa bahan tambah grafen (KMT00X). Kata kunci: Elektrolit akueus ; elektrod perekat; grafen; karbon monolit teraktif; serbuk karbon swa-merekat ABSTRACT Electrochemical double-layer supercapacitor electrodes were produced using an activated carbon monolith (ACM) powder as the precursor and graphene as the additive. Electrodes were prepared by mixing ACM powder and graphene with different weight percentage (0, 5, 10, 20 and 40 wt. %) which were added with poly-vinylidene fuoride-hexafuoropropylene (PVDF-HFP) solution as a binding agent and carbon black as a conductive agent. Physical characterization was carried out on the electrodes by using an X-ray diffraction (XRD) and adsorption-desorption isotherms methods. Supercapacitor cells performance using 6 M KOH aqueous electrolyte were tested using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge discharges (GCD) methods. Supercapacitor cell with 5 wt. % graphene additive (KMT05) was found to have the highest specifc capacitance (172 F g -1 ), highest specifc energy (11 Wh kg -1 ), highest specifc power (196.13 W kg -1 ), lowest response time (2 s), and lowest charge transfer resistance (2.4 Ω) compared to other cells. This showed that 5 wt. % graphene additive is optimum for improving the cell performance. These results are compatible with the larger microcrystallites size and specifc surface area of KMT05X have a larger compared to the KMT with no graphene additive (KMT00X). Keywords: Activated carbon monoliths; aqueous electrolyte; graphene; paste electrode; self-adhesive carbon grains PENGENALAN Banyak penyelidikan dan pembangunan telah dijalankan bagi meningkatkan prestasi peranti penyimpan tenaga seperti sel bahan api, bateri, kapasitor dan superkapasitor. Prestasi unggul superkapasitor ialah sumbangan daripada ketumpatan simpanan tenaga yang lebih tinggi berbanding dengan kapasitor. Selain itu, ketumpatan kuasanya juga lebih tinggi, kadar cas dan nyahcasnya adalah lebih cepat dan kitaran hidupnya adalah lebih lama daripada bateri. Kelebihan ini menjadikan superkapasitor antara pilihan yang menarik untuk kegunaan dalam pelbagai bidang penyimpanan tenaga yang memerlukan keupayaan kuasa yang tinggi, contohnya kenderaan elektrik, jentera dan peranti teknologi komunikasi. Komponen utama superkapasitor ialah elektrod, elektrolit, pemisah dan pengumpul arus. Pelbagai usaha penyelidikan telah dilakukan untuk meningkatkan prestasi tenaga dan kuasa superkapasitor. Prestasi superkapasitor boleh ditambah baik dengan memaksimumkan voltan tetingkap elektrolit (elektrolit akueus, organik & cecair ionik) dan juga meningkatkan luas permukaan tentu elektrod (Gu & Yushin 2014). Penggunaan elektrolit akueus adalah lebih praktikal dan berdaya maju berbanding dengan elektrolit organik dan cecair ionik (Zhong et al. 2015). Dalam konteks ini, adalah lebih strategik untuk membina elektrod superkapasitor yang melibatkan penggunaan elektrolit akueus. Selain daripada karbon berliang, oksida logam dan polimer pengkonduksi turut digunakan sebagai bahan