Inovasi Senyawa Perovskite: Perangkat Penyimpan Energi Kapasitor Dielektrik

Rangkaian kapasitor pada perangkat elektronik sebagai penyimpan energi dengan arus listrik cepat (Sumber: iStock)

Berbagai perangkat elektronik telah menjadi bagian tak terpisahkan dari kehidupan sehari-hari di era modern ini, sehingga kebutuhan akan perangkat penyimpanan energi yang efisien menjadi sangat penting. Salah satu solusi penyimpanan energi yang paling menjanjikan adalah kapasitor dielektrik. Kapasitor ini ditemukan di banyak rangkaian listrik pada papan sirkuit perangkat elektronik, berfungsi untuk menyimpan dan melepaskan energi dengan cepat, mendukung kinerja perangkat, serta memastikan stabilitas dan keandalan operasional.

Kapasitor merupakan perangkat yang digunakan untuk menyimpan energi listrik dalam medan listrik, komponen utama dari kapasitor adalah dua elektroda yang dipisahkan oleh bahan isolator atau yang dikenal sebagai bahan dielektrik. Bahan dielektrik mampu menyimpan energi listrik melalui proses polarisasi. Ketika medan listrik diterapkan pada bahan dielektrik, molekul-molekul di dalam bahan ini bergeser dan menciptakan dipol-dipol kecil yang sejajar dengan medan listrik. Proses ini meningkatkan jumlah muatan listrik yang disimpan oleh kapasitor, sehingga bahan dielektrik memiliki peran yang krusial dalam sistem kapasitor.

Ilustrasi polarisasi muatan pada bahan kapasitor dielektrik ketika dialiri arus listrik. Muatan akan terkutub (dipole) dan energi listrik akan tersimpan (Sumber: Jurnal Energy Storage)

Beberapa keunggulan lain dari sistem penyimpanan kapasitor dielektrik dibandingkan perangkat seperti baterai dan superkapasitor antara lain

1. Kapasitor dielektrik memiliki stabilitas termal yang baik menjadikan kapasitor dielektrik dapat beroperasi pada suhu tinggi tanpa mengalami proses degradasi pada saat beroperasi, hal ini sangat penting untuk aplikasi lingkungan pada suhu ekstrem seperti pada industri otomotif dan perangkat elektronik militer.

2. Kapasitor dielektrik memiliki waktu respon yang sangat cepat yang berarti kapasitor dielektrik dapat menyimpan dan melepaskan energi dengan sangat cepat dan menjadikannya ideal untuk aplikasi yang memerlukan waktu respons singkat, seperti dalam perangkat penyimpan energi sementara, hal ini berbeda dengan baterai yang biasanya memerlukan waktu lebih lama untuk mengisi maupun melepaskan energi.

3. Kapasitor dielektrik memiliki kepadatan energi yang tinggi dan memungkinkan penyimpanan energi yang lebih besar dengan volume perangkat yang lebih kecil sehingga kapasitor dielektrik sangat efisien dalam segi penggunaan ruang untuk penyimpanan energi.

4. Kapasitor dielektrik memiliki daya tahan dan pemakaian panjang hingga 10 juta, yang berarti perangkat ini dapat bertahan dalam banyak siklus pengisian dan pengosongan tanpa adanya kerusakan signifikan, hal ini berbeda dengan baterai yang cenderung mengalami degradasi performa seiring waktu.

Salah satu senyawa yang memiliki potensi besar sebagai bahan dielektrik adalah senyawa Perovskite dengan rumus kimia Na0,5Bi0,5TiO3 (NBT). Senyawa ini dikenal memiliki sifat dielektrik yang luar biasa serta memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan stabilitas termal yang baik. Modifikasi komposisi senyawa NBT telah menjadi fokus penelitian pada saat ini yang bertujuan untuk meningkatkan sifat-sifat dielektriknya.

Salah satunya yang dilakukan tim peneliti dari Departemen Kimia FMIPA Universitas Andalas. Tim Penelitian yang diketuai oleh Fadhil Ahmad Zaky dengan dosen pembimbing Dr. Tio Putra Wendari, melakukan sintesis senyawa perovskite baru melalui campuran senyawa Na0,5Bi0,5TiO3 dan LiNbO3 sehingga dapat meningkatkan konstanta dielektrik dan stabilitas termal perangkat penyimpanan ini. Penelitian ini juga berhasil mendapatkan pendanaan dari Dikti melalui Program Kreativitas Mahasiswa (PKM) Tahun 2024. Hal ini menunjukkan komitmen akademik dan dukungan finansial untuk inovasi material berbasis energi di Indonesia.

Eksplorasi lebih lanjut dari senyawa perovskite ini dapat membuka jalan bagi penyimpan energi berbasis kapasitor dielektrik dengan kinerja yang lebih tinggi. Di masa depan penggunaan kapasitor dielektrik dapat membawa signifikan dalam berbagai bidang seperti elektronika konsumen, otomotif, energi terbarukan, dan masih banyak lagi.