Pengukuran Parameter Internal Super Kapasitor Sebagai Pengganti Baterai Telepon Selular Berdasarkan Karakteristik Pengisian dan Pengosongan

DAFTAR PUSTAKA
[1] Patel, Komal R. and Rushi R. Desai (2012).“Calculation of Internal Parameters of
Super Capacitor to Replace Battery by Using Charging and Discharging
Characteristics”,International Journal of Engineering and Innovative Technology
(IJEIT) Volume 2, Hal 1
[2] Alfith.”Bahan Ajar Elektronika Dasar”.Hal 9-14
[3] Jenis-Jenis Kapasitor [Online]. Tersedia: //elektronika-dasar.web.id/jenis-jeniskapasitor/. [25 Agustus 2016]
[4] Jayalakshmi, M (2008) Simple Capacitors To Supercapacitors.Int. J. Electrochem.
Sci..Vol 3. Hal 1196 – 1217.
[5]

Nur Fitriana, Vinda. 2014. Sintesis dan Karakterisasi Superkapasitor Berbasis

Nanokomposit
TiO2/C. Skripsi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Negeri Malang.
[6] Sari Tri Mala (2016).Pengaruh Komposisi Dan Ketebalan Katoda LiMn2O4 (Lithium
Mangan Oksida) Pada Kapasitas Baterai Ion Lithium.
http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/56637
[7] Battery University (Online). Tersedia : http://batteryuniversity.com/.[2 september
2016]

[8] Manurung Rumianto.2015. Analisis Daya Pada Baterai Dengan Metode Charge Dan
Discharge”,Fisika USU, Medan

52

Universitas Sumatera Utara

[9] Zubieta L., and R. Bonert (2000), “Characterization of Double Layer Capacitors
(DLCs) for Power Electronics Applications”, Department of Electrical and Computer
Engineering, University of Toronto, Toronto, USA

53

Universitas Sumatera Utara

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Umum
Penelitian ini didasarkan pada uji coba rangkaian yang disimulasikan. Simulasi

merupakan sebuah kegiatan percobaan yang dilakukan oleh laptop/pc berguna untuk
mengambil data yang diperlukan dan juga untuk mempermudah dalam melakukan suatu
percobaan. Dengan menggunakan simulasi, pengguna tidak perlu repot-repot mencari
bahan yang diperlukan dalam percobaan. Dan dalam penelitian ini digunakan SIMULINK
dari MATLAB.
Pada bab ini dibahas tentang perancangan rangkaian simulasi untuk baterai
dibahas. Selain itu juga dibahas mengenai bahan-bahan yang digunakan dalam melakukan
penelitian ini. Baterai telepon selular yang diteliti pada penelitian ini adalah baterai telepon
selular lithium ion (3.8V,2Ah). Kemudian data parameter internal super kapasitor diambil
dari jurnal internasional dengan kapasitansi 1500 F.

3.2 Spesifikasi Perangkat Penelitian
Adapun spesifikasi perangkat yang mendukung penelitian tugas akhir ini, meliputi
spesifikasi perangkat keras dan perangkat lunak

3.2.1 Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah Simulink
versi 7.2 dari MATLAB R2012a.

18

Universitas Sumatera Utara

3.2.2 Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan dalam penelitian ini adalah satu unit laptop dengan
spesifikasi Intel Core i3 prosesor 2.35 Ghz dengan system operasi windows 7.

3.3 Alat Selama Pengujian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah super kapasitor, baterai telepon
selular,sumber arus.

3.3.1 Super Kapasitor
Super kapasitor yang digunakan dalam penelitian ini adalah super kapasitor 1500 F
DLC .

3.3.2 Baterai Telepon Selular
Baterai yang digunakan dalam penelitian ini adalah baterai telepon selular lithiumion merk oppo (3.8V,2Ah).

3.3.3 Sumber Arus
Besar arus pengsian dan pengosongan baterai telepon selular lithium-ion

(3.8V,2Ah) diatur konstan yaitu sebesar 2 Ampere.

19

Universitas Sumatera Utara

3.4 Rangkain Ekuivalen
Pada penelitian ini, rangkaian ekuivalen baterai telepon selular dan super
kapasitor dianggap sama. Gambar 3.1 merupakan rangkaian ekuivalen super kapasitor dan
baterai telepon selular. Terdapat tiga cabang pada rangkaian ekuivalen tersebut, dimana
sertiap cabang terdiri dari tahanan (R) dan kapasitansi (C).

Gambar 3.1 Rangkaian ekuivalen super kapasitor dan baterai telepon selular

Dalam bab ini, dalam penelitian ini akan dijelaskana bagaimana cara mendapatkan
nilai tahanan dan kapasitansi dari tiap cabang rangkaian ekuivalen.

1. Perhitungan parameter internal pada cabang pertama
• Tahap 1
Parameter internal pada cabang pertama dapat dicari setelah melakukan

proses pengisian super kapasitor/baterai telepon selular dengan arus pengisian
diatur konstan. Setelah itu, waktu pengisian dapat diatur, dimana waktu (t1)
pengisian awal diberikan selama 9 detik. Setelah dilakukan pengsimulasian
pengisian super kapasitor dengan waktu dan arus diatur seperti diatas, pada
proses pengsimulasian akan didapa grafik (scope) yang menampilkan besar
20

Universitas Sumatera Utara

tegangan (V1) pada waktu pengisian selama 9 detik. Sehingga data diatas dapat
kita masukkan ke dalalam rumus untuk mencari nilai tahanan Ri.
Ri =
• Tahap 2

�
�

Selanjutnya, mencari nilai kapasitansi (Ci0). Untuk mencari nilai
kapasitansi (Ci0), terlebih dahulu kita mencari nilai tegangan (V2), dimana
rumus mencari besar tegangan (V2) adalah :

V2 = V1 + ∆V
Selisih tegangan (∆V) saya pilih pada penelitian ini sebesar 0.5 V. Sehingga
nilai tegangan (V2) dapat dicari. Setelah itu, waktu pengisian (t2) dapat dicari
pada pengsimulasian yang dilakukan pada simulink/matlab, karena waktu (t2)
merupakan waktu untuk mendapatkan tegangan (V2). Setelah waktu (t2)
didapat, maka dapat dicari besar selisih waktu (∆t). Setelah data diatas didapat,
maka nilai kapasitansi (Ci0) dapat dicari dengan rumus :
Ci0 = Ich
• Tahap 3

∆t
∆v

Dimana pada tahap ini tegangan (V3) merupakan tegangan pada saat super
kapasitor/baterai telepon selular dianggap penuh. Besar waktu (t3) didapat dari
lamanya tegangan (V3) penuh. Sekarang arus pengisian dimatikan atau diatur
sampai 0 volt (Ich = 0).
• Tahap 4
Pada tahap ini waktu (t4) dicari menggunakan rumus
t4 = t3 + 9 s

21

Universitas Sumatera Utara

Dimana 9 detik merupakan waktu pengosongan awal super kapasitor/baterai
telepon selular. Pada waktu pengosongan awal 9 detik ini didapat tegangan (V4).
Setelah data diatas didapat, maka dapat dicari total muatan yang disuplai pada
super kapasitor dengan menggunakan rumus :
���� = ��ℎ ∗ (t4 − t1)

Setelah data diatas sudah didapat, saya dapat mencari nilai kapasitansi (Ci1)
menggunakan rumus :
Ci1 =

2
��ℎ ∗ (�4 − �1)
∗�
� − Ci0
�4

�4

2. Perhitungan parameter internal pada cabang kedua
• Tahap 5

Pada tahap ini tegangan (V5) dapat dicari dengan menggunakan rumus :
V5 = V4 - ∆V
Dimana selisih tegangan (∆V) yang dipilih adalah 0.5 volt. Sehingga
tegangan (V5) dapat dicari. Setelah itu, waktu pengisian (t5) dapat dicari pada
pengsimulasian yang dilakukan pada simulink/matlab, karena waktu (t5)
merupakan waktu untuk mendapatkan tegangan (V5). Setelah waktu (t5)
didapat, maka didapat besar selisih waktu (∆t). Selisih waktu (∆t) dapat dicari
menggunakan rumus :
∆t = t5 – t4
Untuk mendapatkan besar tahanan dalam (Rd), terlebiha dahulu saya
mencari nilai kapasitansi ( Cdiff ) menggunakan rumus :
Cdiff= Ci0 + ( Ci1 * V3)

22

Universitas Sumatera Utara

Setelah data diatas didapat, maka saya dapat mencari nilai tahanan dalam
(Rd) menggunakan rumus :

Rd =
• Tahap 6

��4 −

∆v
2

� ∗ ∆t

����� ∗ ∆v

Pada tahap ini waktu (t6) didapat dengan menggunakan rumus :
t6 = t5 + ( Rd * Ci1)
Dimana (Rd * Ci1) tidak boleh melebihi dari 100 detik, apabila lebih maka

yang dipilih adalah waktu maksimumnya yaitu 100 detik. Ketika waktu (t6)
didapat, maka tegangan (V6) akan didapat, dengan memasukkan waktu
pengosongan (t6) pada rangkaian simulink/matlab. Setelah data diatas didapat,
maka dapat dicari nilai kapasitansi dalam (Cd) dengan menggunakan rumus :
Cd =

����
Ci1
− ���0 + (
V6)�
�6
2

3. Perhitungan parameter internal pada cabang ketiga
•

Tahap 7
Pada tahap ini tegangan (V7) dapat dicari dengan menggunakan rumus :
V7 = V6 - ∆V
Dimana selisih tegangan (∆V) yang dipilih adalah 0.5 volt. Sehingga

tegangan (V7) dapat dicari. Setelah itu, waktu pengisian (t7) dapat dicari pada
pengsimulasian yang dilakukan pada simulink/matlab, karena waktu (t7)
merupakan waktu untuk mendapatkan tegangan (V7). Setelah waktu (t7)
didapat, maka dapat dicari besar selisih waktu (∆t). Selisih waktu (∆t) dapat
dicari menggunakan rumus :
23

Universitas Sumatera Utara

∆t = t7 – t6
Setelah data diatas didapat, maka nilai tahanan (Rl) dapat dicari
menggunakan rumus :

R1 =
• Tahap 8

��6 −

∆v
2

� ∗ ∆t

����� ∗ ∆v

Pada tahap ini diasumsikan bahwa tegangan super kapasitor/baterai
telepon selular sudah habis. Lamanya waktu (t8) sampai tegangan (v8) dianggap
habis adalah 30 menit. Setelah data diatas didapat,maka saya dapat mencari nilai
kapasitansi (Cl) dengan menggunakan rumus :
�� =

����
��1
− ���� + �
∗ �8 �� – ��
�8
2

3.5 Parameter Internal Yang diamati
Berikut adalah parameter internal yang akan diamati dalam penelitian ini.
1. Ri

: besar tahanan Ri

2. Ci0 : besar kapasitansi kapasitor Ci0
3. Ci1 : besar kapasitansi kapasitor Ci1
4. Rd : besar tahanan Rd
5. Cd : besar kapasitansi kapasitor Cd
6. R1 : besar tahanan R1
7. C1 : besar kapasitansi kapasitor C1

24

Universitas Sumatera Utara

3.6 Matlab/Simulink
Gambar 3.2 merupakan tampilan awal ketika masuk kedalam Matlab.Di dalam
tampilan awal terdapat kolom command window. Di kolom tersebut saya mengetikkan
kata ‘simulink’.

Gambar 3.2 Tampilan awal Matlab
Setelah mengetikkan kata ‘simulink’ maka akan muncul Gambar 3.3. Gambar ini
merupakan tempat dimana saya mencari komponen atau simbol yang dibutuhkan untuk
menggambar rangkaian simulasi baterai.

25

Universitas Sumatera Utara

Gambar 3.3 Tampilan Simulink library browser
Setelah Gambar 3.3 muncul, maka click new model untuk mendapatkan lembaran
kerja untuk menggambar rangkaian simulasi. Gambar 3.4 merupakan gambar tampilan
kerja untuk menggambar rangkaian simulasi.

Gambar 3.4 Tampilan lembar kerja rangkain simulasi

Dalam tugas akhir saya ini, penggunaan Matlab/Simulink digunakan untuk melihat
besar waktu pengisian dan pengosongan, dan tegangan baterai. Waktu dan tegangan dapat

26

Universitas Sumatera Utara

dilihat dari grafik/ scope.Grafik atau scope dapat dilihat pada Gambar 3.5. Dimana sumbu
x menyatakan waktu dan sumbu y menyatakan tegangan.

Gambar 3.5 Grafik yang menampilkan waktu dan tegangan

3.7 Rangkaian Simulasi
Gambar 3.6 merupakan rangkaian simulasi pengisian baterai telepon selular
lithium-ion

(3.8V,2Ah,

sedangkan

Gambar

3.7

merupakan

rangkaian

simulasi

pengosongan baterai telepon selular lithium-ion (3.8V,2Ah . Dengan adanya rangkaian
simulasi baterai ini, peneliti dapat mencari nilai parameter internal baterai telepon selular
lithium-ion (3.8V,2Ah) dengan menggunakan rumus yang terdapat pada Subbab 3.5.

27

Universitas Sumatera Utara

Gambar 3.6 Rangkain simulasi pengisian baterai telepon selular

Gambar 3.7 Rangkaian simulasi pengosongan baterai telepon selular

28

Universitas Sumatera Utara

3.8 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian dari Tugas Akhir ini meliputi serangkaian proses seperti
pengumpulan data, pemodelanrangkaian, mengambil data yang diperlukan dari model
rangkaian, dan tahap terakhir yaitu penarikan kesimpulan. Keseluruhan proses penelitian
ditampilkan secara visual melalui diagram alir yang diperlihatkan pada Gambar 3.9.

Mulai

A

Mengumpulkan data
yang diperlukan dan
menentukan parameter
komponen

Membandingkan data
parameter internal baterai
dengan parameter
internal super kapasitor

Merancang rangkaian
percobaan

Melakukan penarikan
kesimpulan

Melakukan simulasi

Selesai

Mencatat data hasil
simulasi

A

Gambar 3.8 Diagram alir penelitian

29

Universitas Sumatera Utara

3.9 Pelaksanaan Penelitian
Langkah – langkah pengukuran parameter internal baterai adalah sebagai berikut :
1. Pengumpulan data
Data yang diperlukan pada penelitian ini terdiri dari :
-

Data setelan bateri telepon selular

-

Data parameter internal super kapasitor

2. Pemodelan rangkaian simulasi
Pada simulator SIMULINK MATLAB akan dirangkai sebuah rangkaian
sebuah rangkaian pengganti untuk pengisian dan pengosongan baterai, dengan
arus pengisian sama dengan arus pengosongannya. Dalam mengukur parameter
internal baterai telepon selular adalah mengukurnya dengan menganggap baterai
telepon selular sebagai sebuah super kapasitor.
3. Melakukan simulasi/pengukuran terhadap model rangkaian.
4. Mengambil data yang diperlukan dari pengujian, seperti :
Ri : besar tahanan Ri
Ci0 : besar kapasitansi kapasitorCi0
Ci1 : besar kapasitansi kapasitor Ci1
.Rd : besar tahananRd
Cd :besar kapasitansi kapasitor Cd
Rl : besar tahananRl
C1 : besar kapasitansi kapasitor C1
5. Membandingkan data parameter internal baterai dan super kapasitor.
6.Melakukan modifikasi yang dibutuhkan pada super kapasitor agar nilai parameter
internalnya sama atau mendekati nilai parameter internal baterai.
7. Melakukan penarikan kesimpulan dari data yang didapat.
30

Universitas Sumatera Utara

BAB IV
HASIL SIMULASI DAN ANALISA

4.1 Umum
Pengukuran parameter internal baterai dilakukan dengan cara pengsimulasian pada
Simulink/Matlab. Rangkaian simulasi terdiri dari rangkaian simulasi pengisian dan
rangkaian simulasi pengosongan pada baterai telepon selular lithium ion(3.8V,2Ah). Arus
pengisian dan pengosongan baterai telepon selular lithium ion merk oppo (3.8V,2Ah)
diatur konstan sebesar 2 ampere.

4.2 Pengukuran Parameter Internal Baterai
Untuk melakukan pengukuran parameter internal baterai telepon selular lithium ion
merk oppo (3.8V,2Ah) diperlukan beberapa tahapan untuk mendapatkan hasil pengukuran
dengan pengsimulasian pada Simulink/Matlab. Setelah itu dilakukan perhitungan
parameter internal baterai telepon selular lithium ion merk oppo (3.8V,2Ah) berdasarkan
rangkaian ekuivalen baterai telepon selular yang dianggap sama dengan rangkaian
ekuivalen super kapasitor. Rangkaian ekuivalen baterai telepon selular dapat dilihat pada
Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Rangkaian ekuivalen baterai dan super kapasitor

31

Universitas Sumatera Utara

•

Tahap 1
Gambar 4.2 merupakan block parameter battery yang digunakan untuk
memasukkan data atau spesifikasi baterai yang kita gunakan.

Gambar 4.2 Block parameter battery
Parameter internal pada cabang pertama dapat dicari setelah melakukan proses
pengisian telepon selular lithium ion(3.8V,2Ah) dengan arus pengisian diatur
konstan sebesar 2 ampere. Setelah itu, waktu pengisian dapat diatur, dimana
waktu (t1) pengisian awal diberikan selama 9 detik. Setelah dilakukan
pengsimulasian pengisian telepon selular lithium ion(3.8V,2Ah) dengan waktu
dan arus diatur seperti diatas, maka didapat grafik (scope) yang menampilkan
besar tegangan(V1) pada waktu pengisian selama 9 detik. Gambar 4.3
merupakan grafik ketika dilakukan pengukuran dengan pengsimulasian selama 9
detik.

32

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.3 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 9 detik

Dari grafik dapat dilihat nilai tegangan(V1) baterai yang diisi selama 9 detiksebesar
2.2776 volt, dari data diatas nilai tahanan (Ri) dapat dicari dengan rumus :
Ri =
• Tahap 2

V1
2.4718
=
= 1.2359 Ω
Ich
2

Selanjutnya, mencari nilai kapasitansi (Ci0). Untuk mencari nilai kapasitansi
(Ci0), terlebih dahulu nilai tegangan (V2) dihitung, dimana rumus mencari besar
tegangan (V2) adalah :
V2 = V1 + ∆V = 2.4718 + 0.5 = 2.9718 V

Gambar 4.4 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 27.2 s

33

Universitas Sumatera Utara

Selisih tegangan (∆V) saya pilih pada penelitian ini sebesar 0.5 V. Sehingga nilai
tegangan (V2) didapat sebesar 2.9718 V. Waktu (t2) yang dibutuhkan untuk
pengisian baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) hingga mencapai
tegangan(V2) 2.9718 V adalah 27.2 detik. Grafik ketika tegangan (V2) dengan
waktu (t2) dapat dilihat pada Gambar 4.4 .Setelah itu dapat dihitung selisih waktu
(∆t) dengan rumus :
∆t = t2 − t1 = 27.2 − 9 = 18.2 s

Dari data diatas, dapat dicari nilai kapasitansi (Ci0) menggunakan rumus :
Ci0 = Ich
• Tahap 3

∆t
18.2
=2
= 72.8 F
∆v
0.5

Gambar 4.5 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 2500 s
Tegangan (V3) baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) dalam keadaan
penuh, yaitu 4.2 V. Waktu (t3) yang dibutuhkan agar baterai mencapai tegangan
(V3) 4.2 V adalah 2500 detik.Grafik waktu (t3) ketika tegangan penuh (V3) dapat
dilihat pada Gambar 4.5 . Setelah itu arus pengisian dimatikan atau diatur sampai
0 ampere.

34

Universitas Sumatera Utara

• Tahap 4

Gambar 4.6 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 9 s
Pada tahap ini waktu (t4) dicari menggunakan rumus
t4 = t3 + 9 s = 2500 + 9 = 2509 s
Dimana 9 detik merupakan waktu pengosongan awal baterai telepon selular lithium
ion (3.8V,2Ah). Grafik ketika waktu pengosongan 9 detik dapat dilihat pada
Gambar 4.6. Pada waktu pengosongan awal 9 detik ini didapat tegangan (V4) 4.003
detik. Setelah data diatas didapat, maka dapat dicari total muatan yang disuplai
pada super kapasitor dengan menggunakan rumus :
���� = ��ℎ ∗ (t4 − t1) = 2 ∗ (2500) = 5000 C

Setelah data diatas didapat, maka dapat dicari nilai kapasitansi (Ci1)
menggunakan rumus :
Ci1 =

2
��ℎ ∗ (�4 − �1)
2
5000
∗�
� − Ci0 =
∗�
− 72.8� = 0.499 ∗ 1176.263
�4
�4
4.003 4.003
= 586.95 F

35

Universitas Sumatera Utara

• Tahap 5
Pada tahap ini tegangan (V5) dapat dicari dengan menggunakan rumus :
V5 = V4 - ∆V = 4.003 – 0.5 = 3.503 V
Waktu(t5) yang dibutuhkan untuk pengosongan baterai telepon selular lithium ion
(3.8V,2Ah) hingga mencapai tegangan (V5) 3.503 adalah 3070 detik. Maka dapat
dicari selisih waktu (∆t) menggunakan rumus :
∆t = t5 − t4 = 3070 − 2509 = 561 s

����� = ��0 + (Ci1 ∗ V3) = 72.8 + (586.95 ∗ 4.2) = 2537.864 F

Setelah data diatas didapat, dapat dicari nilai tahanan dalam (Rd) menggunakan
rumus :

Rd =

��4 −

∆v

� ∗ ∆t
2

����� ∗ ∆v

=

�4.003 −

0.5
2

� ∗ 561

2537.864 ∗ 0.5

=

2105.433
= 1.65 Ω
1268.932

• Tahap 6

Gambar 4.7 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 3370 s

36

Universitas Sumatera Utara

�6 = �5 + 3(Rd ∗ Ci1)

Dimana Rd * Ci1 = 100
Maka, didapat waktu(t6) pengosongan baterai telepon selular lithium ion
(3.8V,2Ah) dengan menggunakan rumus :
�6 = �5 + 3(Rd ∗ Ci1) = 3070 + 300 = 3370 s

Grafik pengosongan baterai selama 3370 s dapat dilihat pada Gambar 4.7.
Tegangan (V6) didapat dari waktu (t6) pengosongan baterai telepon selular
lithium ion (3.8V,2Ah) yaitu 3.1581 V. Setelah data diatas didapat, dapat dicari
nilai kapasitansi dalam (Cd) dengan menggunakan rumus :
Cd =

• Tahap 7

����
Ci1
5000
586.95
− ���0 + (
V6)� =
− �72.8 + (
3.1581)�
�6
2
3.1581
2
= 1583.23 − 999.62 = 583.61 F

Gambar 4.8 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 3472.8

37

Universitas Sumatera Utara

�7 = �6 − ∆V = 3.1581 − 0.5 = 2.6581 V

Waktu(t7) yang dibutuhkan pengosongan baterai telepon lithium ion (3.8V,2Ah)
untuk mendapatkan tegangan(V7) adalah 3472.8 detik. Grafik pengosongan
baterai selama 3472.8 detik dapat dilihat pada Gambar 4.8. Sehingga didapat
selisih watu (∆t) dengan menggunakan rumus :
∆t = t7 − t6 = 3472.8 − 3370 = 102.8 s

Setelah data diatas didapat, dapat dicari nilai tahanan (Rl) dengan menggunakan
rumus :

R1 =

��6 −

∆v

� ∗ ∆t
2

����� ∗ ∆v

=

�3.1581 −

0.5
2

� ∗ 102.8

1268.932

=

298.95
= 0.2355 Ω
1268.932

• Tahap 8
Pada tahap ini tegangan baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) dikatakan
habis. Dimana telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) dikatakan habis sewaktu
tegangan nya mencapai 2.7 V atau kurang.Grafik pengosongan baterai telepon
selular lithium ion (3.8V,2Ah) dapat dilihat pada Lampiran 5 Setelah data diatas
didapat, maka dapat dicari nilai kapasitansi (Cl) dengan menggunakan rumus :
�� =
�� =

��1
����
− ���� + �
∗ �8 �� – ��
2
�8

5000
586.95
− � 72.8 + �
∗ 2.7 �� – 583.61 = 1851.85 − 1448.79 = 403.6 �
2.7
2
Tabel 4.2 merupakan parameter internal telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah)
yang didapat dari proses pengsimulasian dan perhitungan.

38

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.2 Parameter internal telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah)
Baterai

Parameter

( 3.8 V,2 Ah )

1.2359 Ω
72.8 F
586.95 F
1.65 Ω
583.61 F
0.2355 Ω
403.6 F

Ri
Ci0
Ci1
Rd
Cd
Rl
C1

4.3 Super Kapasitor
Super kapasitor yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini adalah 1500 F
DLC, dengan tegangan nominal 2.7 V. Dari Tabel 4.3 dapat dilihat bahwa nilai parameter
internal dari super kapasitor1500 F,2.7V[9].
Tabel 4.3 Parameter internal super kapasitor 1500 F DLC .
Parameter
Ri
Ci0
Ci1
Rd
Cd
R1
C1

470 F DLC
2.5 mΩ
270 F
190 F/V
0.9 Ω
100 F
5.2 Ω
220 F

1500 F DLC
1.5 mΩ
900 F
600 F/V
0.4 Ω
200 F
3.2 Ω
330 F

4.4 Perbandingan Parameter Internal Baterai Telepon Selular Lithium Ion(3.8V, 2Ah)
dengan Super Kapasitor 1500 F DLC.
Setelah mengetahui parameter internal baterai telepon selular lithium ion
(3.8V,2Ah) dan super kapasitor 1500 F DLC yang akan menggantikan fungsi baterai
telepon selular. Maka data pengsimulasian dan perhitungan parameter internal baterai
telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) dapat dilakukan perbandingan dengan data
39

Universitas Sumatera Utara

parameter internal super kapasitor 1500 F DLC, 2.7 V yang diambil dari jurnal
internasional. Perbandingan parameter internal baterai telepon selular lithium ion
(3.8V,2Ah) dan super kapasitor 1500 F DLC setelah diserikan sebanyak 2 buah dapat
dilihat pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Parameter internal baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) dengan super
kapasitor 1500 F DLC.

Parameter

Ri
Ci0
Ci1
Rd
Cd
Rl
Cl

Baterai

Super kapasitor

( 3.6 V, 2 Ah )

(1500 F DLC, 5.4 V )

1.2359 Ω
72.8 F
586.95 F
1.65 Ω
583.61 F
0.2355 Ω
403.6 F

0.003Ω
900 F
300 F
0.8 Ω
100 F
6.4 Ω
165 F

Dari data diatas dapat lihat adanya perbedaan besar masing – masing parameter. Agar
super kapasitor dapat menggantikan fungsi baterai maka tegangan super kapasitor harus
sama atau lebih besar dari tegangan baterai. Banyaknya super kapasitor yang diserikan
adalah 2 buah.

4.5 Pengujian Untuk Pengisian Baterai Telepon Selular Dengan Super Kapasitor
Pada subbab ini akan dilakukan pengujian terhadap rangkaian ekuivalen baterai
telepon selular dan super kapasitor yang dianggap sama. Gambar dari rangkaian simulasi
untuk pengujian baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) dengan super kapasitor
1500 DLC ditunjukkan pada Gambar 4.9.

40

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.9 Simulasi rangkaian ekuivalen baterai telepon selular dengan super kapasitor
Gambar 4.9 menunjukkan rangkaian simulasi dari super kapasitor dengan baterai
telepon selular yang dihubungkan dengan sumber tegangan. Rangkaian simulasi terdiri
dari 3 cabang, dimana setiap cabang terdiri dari tahanan dan kapasitansi. Cabang pertama
diatur waktu pengisian selama 10 detik. Pada cabang kedua diatur waktu pengisian selama
600 detik. Pada cabang ketiga diatur waktu pengisian selama 1800 detik. Data setiap
parameter yang terdapat pada rangkaian simulasi didapat dari Tabel 4.3. Pada Gambar 4.10
dapat dilihat besar tegangan super kapasitor pada cabang pertama.

41

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.10 Grafik pengisian super kapasitor selama 10 s
Dari Gambar 3.10 dapat dilihat besar tegangan super kapasitor selama proses
pengisian selama 10 detik adalah 1.3635 V. Sedangkan pada baterai telepon selular lithium
ion (3.8V,2Ah) besar tegangan pengisian selama 10 detik adalah 0.0463 V. Grafik
pengisian baterai telepon selular dapat dilihat pada Gambar 4.11.

Gambar 4.11 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 10 s

42

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.12 Grafik pengisian super kapasitor selama 600 s
Dari gambar 4.12 dapat dilihat besar tegangan super kapasitor adalah 3.8V.
Sedangkan pada baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2 Ah) besar tegangan pengisian
selama 600 detik adalah 1.762 V. Grafik pengisian baterai telepon selular dapat dilihat
pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 600 s

43

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.14 Grafik pengisian super kapasitor selama 1800 s
Dari Gambar 4.14 dapat dilihat besar tegangan super kapasitor adalah 3.1089 V.
Sedangkan pada baterai telepon selular lithium ion (3.8 V, 2 Ah) adalah 3.8 V. Grafik
pengisian baterai telepon selular dapat dilihat pada Gambar 4.15.

Gambar 4.15 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 1800 s

44

Universitas Sumatera Utara

4.6 Pengujian Untuk Pengosongan Baterai Telepon Selular Dengan Super Kapasitor
Pada subbab ini akan dilakukan pengujian terhadap rangkaian ekuivalen baterai
telepon selular dengan super kapasitor yang dianggap sama. Simulasi ini dilakukan dengan
diberikan tahanan sebesar 10 Ω Gambar rangkaian simulasi untuk pengujian pengosongan
baterai telepon selular dengan super kapasitor dapat dilihat pada Gambar 4.16.

Gambar 4.16 Rangkaian simulasi rangkaian ekuivalen baterai telepon selular dengan super
kapasitor
Gambar 4.16 merupakan rangkaian simulasi rangkaian dasar baterai telepon selular
lithium ion (3.8V,2 Ah) dengan super kapasitor 1500 F DLC. Waktu pengosongan diatur
selama 1800 detik. Data setiap parameter yang terdapat pada rangkaian simulasi diambil
dari Tabel 4.3. Pada subbab ini tegangan sumber pada tiap cabang berbeda-beda, dimana
tegangan sumber pada tiap cabang merupakan tegangan puncak yang di dapat dari simulasi
pengisian baterai telepon selular dengan super kapasitor pada subbab sebelumnya. Pada
Gambar 4.17 dapat dilihat besar tegangan pengosongan pada super kapasitor.

45

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.17 Grafik pengosngan super kapasitor selama 1800 s pada cabang pertama
Setelah diberikan tegangan sendiri pada kapasitansi yang terdapat pada cabang
pertama sebesar 1.3635V, terjadi peningkatan tegangan sebesar 0.3065 V. Hal ini
disebabkan karena terhubungnya setiap cabang pada rangkaian, sehingga terjadi
pemerataan tegangan pada tiap cabang. Pada Gambar 4.17 dapat dilihat bahwa terjadi
penurunan tegangan selama 1800 detik sebesar 1.546 V. Gambar 4.18 merupakan grafik
pengosongan baterai telepon selular.

Gambar 4.18 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 1800 s pada cabang
pertama

46

Universitas Sumatera Utara

Pada gambar 4.18 tidak terlihat adanya pengosongan atau penurunan tegangan,
setelah diberikan tegangan sendiri sebesar 0.00463V pada kapasitansi di cabang pertama.
Namun tegangan keseluruhan pada rangkaian simulasi pengosongan baterai telepon selular
dengan super kapasitor mengalami penurunan tegangan. Pada Gambar 4.19 dapat dilihat
tegangan pada pengosongan baterai telepon selular lithium ion (3.8V, 2Ah) dengan super
kapasitor 1500 F DLC.

Gambar 4.19 Grafik pengosongan super kapasitor selama 1800 s pada cabang kedua
Gambar 4.19 merupakan grafik pengosongan super kapasitor ketika diberikan
tegangan sebesar 3.8 V pada kapasitansi yang terdapat pada cabang kedua rangkaian
simulasi. Terjadi pengosongan hingga mencapai tegangan 1.5527 V selama 1800 detik.
Gambar 4.20 merupakan grafik pengosoangan baterai telepon selular selama 1800 detik
ketika diberikan tegangan sendiri selama 1800 detik.

47

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.20 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 1800 s pada cabang kedua
Gambar 4.20 merupakan grafik pengosongan baterai telepon selular pada cabang
kedua selama 1800 detik, ketika diberikan tegangan sendiri sebesar 1.762V. Pada grafik
terlihat bahwa tegangan meningkat sebelum terjadi pengosongan hingga 1.93V. Setelah
mencapai tegangan 1.93V terjadi pengosongan baterai telepon selular sebesar 1.51667
selama 1800 detik. Gambar 4.21 merupakan grafik pengosongan super kapasitor selama
1800 detik pada cabang ketiga.

Gambar 4.21 Grafik pengosongan super kapasitor selama 1800 s pada cabang ketiga

48

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.21 merupakan grafik pengosongan super kapasitor pada cabang ketiga
selama 1800 detik ketika diberikan tegangan sendiri sebesar 3.1089V. Dari grafik dapat
dilihat penurunan tegangan sebesar 1.8776V selama 1800 detik. Gambar 4.22 merupakan
grafik pengosongan baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2 Ah) selama 1800 detik.

Gambar 4.22 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 1800 s pada cabang ketiga
Gambar 4.22 merupakan grafik pengosongan baterai telepon selelular pada cabang
ketiga selama 1800 detik ketika diberikan tegangan sendiri sebesar 3.8V. Dari grafik dapat
dilihat penurunan tegangan sebesar 1.3268V.

49

Universitas Sumatera Utara

BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Adapun beberapa kesimpulan dari pembahasan pada Tugas Akhir ini adalah
sebagai berikut :
1. Karakteristik dari superkapasitor dapat diterapkan juga pada baterai telepon selular
lithium ion (3.8 V , 2 Ah)
2. Pada pengukuran parameter internal baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah)
dengan arus pengisian 2A dan arus pengosongan 2A, diketahui tahanan Ri1 sebesar
1.2359Ω, Rd sebesar 1.65Ω, dan Rl sebesar 0.2359 Ω serta besar kapasitansi Ci1
sebesar 586.95 F, Cd sebesar 583.61 F, danCl sebesar 403.6 F
3. Pada pengujian rangkaian ekuivalen baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah)
dengan super kapasitor 1500F DLC dalam proses pengisian selama 10 detik didapat
tegangan super kapasitor sebesar 1.3635V dan tegangan baterai telepon selular
sebesar 0.063V. Pada pengisian 600 detik didapat tegangan super kapasitor sebesar
3.8V dan tegangan baterai telepon selular sebesar 1.762V.
4. Pada pengujian rangkaian ekuivalen baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah)
dengan super kapasitor 1500 F DLC dalam proses pengosongan selama 1800 detik
dengan tahanan sebesar 10 Ω. Dapat dilihat pada cabang ketiga tegangan super
kapasitor sebesar 1.8776 dan tegangan baterai telepon selular sebesar 1.3269 V.

50

Universitas Sumatera Utara

5.2 Saran
Adapun saran dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan pada jenis baterai yang berbeda
2. Untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan menggunakan aplikasi
pengsimulasian yang berbeda.

51

Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik.
Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan
dielektrik.Gambar 2.1 merupakan gambar sederhana struktur kapasitor. Bahan-bahan
dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika
kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan
mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatanmuatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat
mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke
ujung kutup positif karena terpisah oleh bahan elektrik yang nonkonduktif. Muatan elektrik
ini “tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujung- ujung kakinya.

Gambar 2.1 Struktur kapasitor
Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam
merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan penyimpan
energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan
oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan
dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik disimpan pada tiap

5

Universitas Sumatera Utara

elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut
akan berhenti bila kapasitor telah penuh[2].

2.1.1 Kapasitansi
Muatan (Q) diukur dengan satuan coulomb dan kapasitor yang memperoleh muatan
listrik akan mempunyai tegangan antar terminal sebesar V volt.
Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan disebut kapasitansi (C) .
Kapasitansi ini diukur berdasarkan besar muatan yang dapat disimpan pada suatu kenaikan
tegangan, persamaannya dinyatakan oleh Persamaan 2.1 [2].
������ ,�

�����������, � = ��������

(2.1)

,�

Atau persamaan diatas disederhanakan menjadi Persamaan 2.2.
�
� = ��

(2.2)

2.1.2 Energi Pada Kapasitor
Kapasitor dapat digunakan untuk menyimpan energy listrik dalam bentuk muatan
listrik. Banyaknya energi yang tersimpan di dalam sebuah kapasitor sama besarnya dengan
kerja yang dilakukan oleh muatan listrik. Selama proses pengisian kapasitor, sebuah
sumber arus searah seperti baterai melakukan kerja dengan memindahkan muatan listrik
dari satu lempeng konduktor dan menimbunnya kelempeng konduktorlainnya. Energi yang
tersimpan dalam kapasitor dapat dihitung dengan Persamaan 2.3 [2].
������ = 1�2 �� 2 �����

(2.3)

6

Universitas Sumatera Utara

2.1.3 Pengisian dan Pengosongan Muatan Pada Kapasitor
Saat pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor, waktu lamanya pengisian
dan pengosongan muatannya tergantung dari besarnya dari resistansi dan kapasitansi yang
digunakan pada rangkaian. Pada saat saklar menghubungkan ke titik 1 arus listrik mengalir
dari sumber-sumber tegangan melalui komponen R menuju komponen C. tegangan pada
kapasitor meningkat dari 0 volt sampai sebesar tegangan sumber, kemudian tak terjadi
aliran, saklar dipindahkan posisinya ke saklar 2 maka terjadi proses pengosongan. Seperti
ditunjukkan oleh Gambar 2.2[2].

Gambar 2.2 Rangkaian RC hubungan seri dicatu oleh tegangan dc

Tegangan kapasitor menurun, arah arus berlawanan dari arah pengisian. Tegangan pada R
menjadi negative dan berangsur-angsur tegangan nya menjadi 0 volt

2.1.4 Hubungan Seri dan Paralel Kapasitor
Hubungan seri
Kapasitor yang dihubungkan seri, kemampuan menahan listrik akan menjadi lebih
tinggi, kapasitansi totalnya menjadi lebih rendah dan bahan dielektrikum seolah-olah
menjadi lebih tebal. Jumlah muatan listrik pada setiap kapasitor menjadi sama besar. Jika
perbedaan potensial tiap-tiap kapasitor sama dengan pemberian tegangan pada rangkaian
yang ditunjukkan pada Gambar 2.3[2].

7

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Rangkaian seri kapasitor
Berdasarkan Gambar 2.3, maka diperoleh Persamaan 2.4.
1
��

=

1
�1

+

1
�2

+

1

(2.4)

�3

Hubungan Paralel
Beberapa kapasitor dihubungkan parallel yang diberi tegangan V seperti Gambar
2.4, memiliki tegangan pada tiap-tiap kapasitor sama dengan tegangan sumber yang
dicantumkan.

Gambar 2.4 Rangkaian paralel kapasitor

Berdasarkan Gambar 2.4, maka diperoleh Persamaan 2.5[2].

CT = C1 + C2 + C3

(2.5)

8

Universitas Sumatera Utara

2.1.5 Tipe Kapasitor
Kapasitor yang dipelajari dan digunakan dalam rangkaian elektronika ada beberapa
jenis. Cara membedakan kapasitor juga ada beberapa sudut pandang yang digunakan,
kapasitor dapat dibedakan berdasarkan kapasitasnya, berdasarkan dielektrikum yang
digunakan dan polaritas kapasitor. Berdasarkan kapasitas dari suatu kapasitor, maka
kapasitor dapat dibedakan dalam 2 jenis.
1. Kapasitor tetap
Kapasitor tetap adalah kapasitor yang memiliki kapasitansi tetap dan tidak dapat
diubah-ubah. Pada kategori kapasitor tetap, terdapat 2 jenis kapasitor yang dapat dibedakan
berdasarkan polaritas elektrodanya[3].
a. Kapasitor polar
Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan
dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk
kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan – di badannya.
Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena proses
pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda
dan kutup negatif katoda. Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum,
aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc)
permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida
(oxide film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti
pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan
electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan
electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte
terlepas dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan

9

Universitas Sumatera Utara

Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada
permukaannya.

Gambar 2.5 Kapasitor polar
Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda). Lapisan metal-oksida
dan electrolyte (katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan metaloksida sebagai dilektrik. Besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal
dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian
dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Karena alasan
ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah
aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah
aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat aluminium ini
biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor
yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF, dan lain-lain,
yang sering juga disebut kapasitor elco. Bahan electrolyte pada kapasitor
tantalum ada yang cair tetapi ada pula yang padat. Disebut electrolyte padat,
tetapi sebenarnya bukan larutan electrolyte yang menjadi elektroda negatifnya,
melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor
jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan
mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya menjadi tahan

10

Universitas Sumatera Utara

lama. Kapasitor ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil, jadi dapat
dipahami mengapa kapasitor tantalum menjadi relatif mahal.
b. Kapasitor non-polar
Kapasitor non polar adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan
dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang
popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil.
Tersedia dari besaran pF sampai beberapa uF, yang biasanya untuk aplikasi
rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok bahan
dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene
terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene,
polycarbonate, metalized paper dan lainnya.

2. Kapasitor tidak tetap/kapasitor variabel
Kapasitor tidak tetap atau kapasitor variabel adalah kapasitor yang nilai
kapasitansinya dapat diubah atau kapasitansinya dapat diatur sesuai keinginan dengan
batas maksimal sesuai yang tertera pada kapasitor tersebut. Contoh suatu kapasitor variabel
(Varco/trimer kapasitor) tertulis 100pF maka kapasitansi kapasitor tersebut dapat diatur
maksimal 100pF sampai mendekati 0 pF. Gambar 2.6 merupakan kapasitor tidak tetap

Gambar 2.6 Kapasitor tidak tetap

11

Universitas Sumatera Utara

2.2 Super Kapasitor
Superkapasitor adalah kapasitor double layer, energi disimpan oleh transfer
muatan pada batas antara elektroda dan elektrolit. Ketika komposit logam oksida
dan karbon digunakan sebagai elektroda untuk superkapasitor, mekanisme
penyimpanan termasuk kapasitansi lapisan ganda ( double layer capacitance) dan
pseudocapacitance, sehingga menghasilkan kapasitansi yang lebih tinggi. Struktur super
kapasitor dapat dilihat pada Gambar 2.7[4].

.
Gambar 2.7 Struktur super kapasitor
Superkapasitor dapat menggantikan baterai berkaitan dengan sifatnya yang
mampu bertahan lama meskipun diisi ulang berkali-kali serta mempunyai kemampuan
mengisi ulang dengan cepat. Kebutuhan waktu yang singkat dalam pengisian ulang ini
menyebabkan superkapasitor mempunyai potensi yang besar dibandingkan baterai. Hal ini
disebabkan karena baterai harus mengubah energi listrik menjadi bentuk kimia agar energi
ini dapat tersimpan.
Superkapasitor memiliki sifat yang melengkapi kekurangan dari baterai dan
kapasitor konvensional. Baterai memiliki rapat energi yang sangat tinggi, namun demikian

12

Universitas Sumatera Utara

memiliki rapat daya yang sangat rendah. Sedangkan kapasitor konvensional pada
umumnya memiliki rapat daya yang sangat tinggi namun rapat energinya sangat rendah.
Super kapasitor menghasilkan rapat daya yang tinggi serta rapat energi yang tinggi. Rapat
daya berhubungan dengan “kekuatan” (jumlah watt) kombinasi dari arus dan volt,
sedangkan rapat energi berhubungan dengan waktu pemakaian. Posisi super kapasitor,
dibandingkan dengan baterai dan kapasitor konvensional [5].
Kelebihan superkapasitor dibandingkan dengan baterai atau super kapasitor konvensional
adalah:
1. Superkapasitor memiliki ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan baterai
sehingga, menjadikan super kapasitor lebih ringan dibandingkan dengan baterai.
2. Superkapasitor memiliki akses yang cepat untuk menyimpan energi, pengisian yang
sangat cepat dibandingkan dengan baterai.
3. Siklus charge/discharge 106 kali dibandingkan baterai.
4. Rapat energi superkapasitor adalah 10-100 kali lebih besar dibandingkan dengan
kapasitor konvensional (tipe 20-70 MJ/m3).
5. Nilai kapasitansinya lebih dari 5 F/cm2.
6. Memiliki efisiensi yang tinggi yaitu 95%. Rapat daya 10 kali lebih besar dibandingkan
dengan baterai.
7. Waktu charge dan discharge sangat singkat.
8. Nilai kapasitansinya berkisar antara 0.043-2700 F.

13

Universitas Sumatera Utara

2.3 Baterai
Baterai didefenisikan sebagai suatu alat yang dapat mengubah langsung energi
kimia menjadi energi listrik melalui proses elektrokimia. Pengertian baterai yang saat ini
umum digunakan sesungguhnya mencakup satu atau beberapa sel baterai yang
digabungkan secara seri atau paralel sesuai dengan tegangan dan kapasitas listrik yang
diinginkan. Sel baterai adalah unit terkecil dari suatu sistem proses elektrokimia yang
terdiri dari elektroda, elektrolit, separator, wadah terminal / current collector. Listrik yang
dihasilkan oleh sebuah baterai muncul akibat adanya perbedaan potensial energi listrik
kedua buah elektrodanya. Perbedaan potensial ini dikenal dengan potensial sel atau gaya
gerak listrik (ggl). Struktur baterai dapat dilihat pada Gambar 2.8[6]. Komponen terpenting
dari sel baterai yaitu:
1. Anoda / Elektroda negatif yaitu elektroda yang melepaskan elektron ke rangkaian luar
serta mengalami proses oksidasi pada proses elektrokimia berlangsung.
2. Katoda / Elektroda positif yaitu elektroda yang menerima elektron dari rangkaian luar
serta mengalami proses reduksi pada proses elektrokimia berlangsung.
3. Elektrolit adalah zat yang jika dilarutkan dalam air menghasilkan larutan yang dapat
menghantarkan arus listri. Sebuah elektrolit yang cocok harus memiliki konduktivitas
elektron yang baik, stabilitas kimia tinggi, biaya murah dan menjamin keselamatan.
Elektrolit berfungsi sebagai penghantar ion litium dari anoda ke katoda dan begitu pula
sebaliknya. Pergerakan elektron dalam elektrolit dan diantara elektroda akan
menghasilkan arus listrik
4. Separator adalah material berpori yang diletakkan diantara anoda dan katoda, yang dapat
mencegah terjadinya gesekan antara kedua elektroda tersebut yang dapat menyebabkan
arus pendek.

14

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.8 Struktur baterai
2.3.1 Jenis Baterai
Baterai yang digunakan dalam Penelitian ini adalah baterai lithium ion. Lithium ion
merupakan salah satu nama yang digunakan untuk bahan aktif sebuah baerai. Penulisan
nama dapat ditulis dengan lengkap atau disingkat dengan menulis rumus kimianya.
Misalnya, lithium cobalt oxide, salah sati jenis baterai lithium ion yang paling umum,
memiliki symbol kimia LiCoO2 dan singkatan LCO.
Karena memiliki spesifikasi energy yang tinggi, Li-Cobalt menjadi pilihan popular
untuk telepon selular, laptop, dan kamera digital. Baterai terdiri dari katoda cobalt oksida
dan anoda grafit karbon. Katoda memiliki struktur yang berlapis , ion lithium bergerak dari
anoda ke katoda. Kelemahan lithium cobalt adalah masa hidup yang relatif singkat dan
memiliki baban yang terbatas. Gambar 2.9 merupakan struktur Li-Cobalt[7].

Gambar 2.9 Struktur Li-Cobalt

15

Universitas Sumatera Utara

Li-Cobalt tidak dapat diisi dan dipakai pada saat arusnya lebih besar dibandingkan
dengan C-ratingnya. Sehingga 18.650 sel dengan muatan 2400 mAh hanya dapat diiisi dan
dikosongkan dengan arus 2400 mA. Jika dipaksakan dengan bebang yang lebih tinggi dari
2400 mA, maka akan menyebabkan baterai kelebihan energi. Tabel 2.1 merupakan
spesifikasi Li-Cobalt.
Tabel 2.1 Spesifikasi baterai Lithium Cobalt Oxide

2.3.2 Kapasitas Baterai
Kapasitas baterai merupakan kemampuan baterai menyimpan daya listrik
atau besarnya energi yang dapat disimpan dan dikeluarkan oleh baterai. Besarnya

16

Universitas Sumatera Utara

kapasitas, tergantung dari banyaknya bahan aktif pada plat positif maupun plat
negatif yang bereaksi, dipengaruhi oleh jumlah plat tiap-tiap sel, ukuran, dan tebal
plat, kualitas elektrolit serta umur baterai. Kapasitas energi suatu baterai dinyatakan
dalam ampere jam (Ah), misalkan kapasitas baterai 100 Ah 12 volt artinya secara
ideal arus yang dapat dikeluarkan sebesar 5 ampere selama 20 jam pemakaian[8].
Besar kecilnya tegangan baterai ditentukan oleh besar / banyak sedikitnya
sel baterai yang ada di dalamnya. Sekalipun demikian, arus hanya akan mengalir
bila ada konduktor dan beban yang dihubungkan ke baterai. Kapasitas baterai juga
menunjukan kemampuan baterai untuk mengeluarkan arus (discharging) selama
waktu tertentu, dinyatakan dalam Ah (Ampere – hour). Berarti sebuah baterai dapat
memberikan arus yang kecil untuk waktu yang lama atau arus yang besar untuk
waktu yang pendek. Pada saat baterai diisi (charging), terjadilah penimbunan
muatan listrik. Jumlah maksimum muatan listrik yang dapat ditampung oleh baterai
disebut kapasitas baterai dan dinyatakan dalam ampere jam (Ampere - hour),
muatan inilah yang akan dikeluarkan untuk menyuplai beban ke pelanggan.
Kapasitas baterai dapat dinyatakan dengan persamaan dibawah ini :
Ah = Kuat Arus (ampere) x waktu (hours)

(2.6)

Dimana :

Ah = kapasitas baterai
I = kuat arus (ampere)
t = waktu (jam/sekon)

17

Universitas Sumatera Utara

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Super kapasitor merupakan perangkat baru dalam media penyimpanan energi.
Super kapasitor diatur oleh persamaan dasar yang sama dengan kapasitor konvensional,
tetapi super kapasitor memanfaatkan luas permukaan elektroda yang lebih dan dilektrik
tipis untuk mencapai kapasitansi yang lebih besar. Hal ini memungkinkan kerapatan energi
yang lebih besar dibandingkan dengan kapasitor konvensional dan kerapatan muatan yang
lebih besar dibandingkan dengan baterai[1].
Sejauh ini para ahli telah melakukan penelitian terhadap super kapasitor, salah
satunya penelitian tentang bagaimana mengukur parameter internal dari sebuah kapasitor
dengan melihat karakteristik pengisian dan pengosongan dari super kapasitor tersebut
dengan arus pengisian yang berbeda-beda. Namun jika dibutuhkan nilai tegangan yang
lebih besar dari yang tersedia, maka pilihan satu-satunya adalah dengan menserikan
beberapa super kapasitor agar mendapatkan nilai tegangan yang lebih besar.
Oleh sebab itu dalam Tugas Akhir ini, dilakukan simulasi terhadap baterai telepon
selular untuk mengetahui tegangan, waktu pengisian dan pengosongan beterai telepon
selular. Setelah itu dapat dilakukan perhitungan parameter internal baterai telepon selular
dan membandingkannya dengan parameter internal super kapasitor.

1

Universitas Sumatera Utara

1.2 Perumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :
1. Melakukan pengukuran dengan cara simulasi dan perhitungan parameter internal baterai
telepon selular berdasarkan karakteristik pengisian dan pegosongan.
2. Mencari data parameter internal super kapasitor agar dapat digunakan sebagai pengganti
baterai telepon selular.
3. Membandingkan pengukuran dengan cara simulasi dan perhitungan parameter internal
telepon selular berdasarkan karakteristik pengisian dan pengosongan dengan parameter
internal super kapasitor yang di dapat dari jurnal internasional.

1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian adalah untuk menganalisis karakteristik super
kapasitor sebagai pengganti baterai telepon selular dengan mengamati karakteristik
pengisian dan pengosongan.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :
1. Parameter internal baterai telepon selular yang diamati pada penelitian ini adalah baterai
telepon selular lithium ion (3.8V, 2Ah).
2. Super kapasitor yang digunakan untuk mengganti baterai telepon selular lithium ion
(3.8V,2Ah) adalah super kapasitor 1500 F DLC.
3. Parameter internal yang diamati adalah tahanan, kapasitansi.
4. Rangkaian ekuivalen super kapasitor dengan baterai telepon selular dianggap sama.

2

Universitas Sumatera Utara

5. Pengamatan karakteristik pengisian dan pengosongan baterai telepon selular dilakukan
dengan simulasi menggunakan Simulink/Matlab.

1.5 Manfaat Tugas Akhir
Dari penelitian Tugas Akhir ini diharapkan super kapasitor dapat digunakan sebagai
pengganti baterai telepon selular.

1.6 Metode Penelitian
Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Studi Literatur
Melakukan studi dari berbagai sumber seperti buku, jurnal, artikel, dan berbagai
sumber pustaka lainnya yang dapat mendukung penulisan tugas akhir.
2. Pengumpulan Data
Penulis malaksanakan pengumpulan data yang berkaitan dengan baterai telepon
selular dan super kapasitor.
3. Pemodelan dan Simulasi
Setelah mendapatkan data, penulis akan memodelkan nya dalam bentuk simulasi
dengan menggunakan perangkat lunak MATLAB/SIMULINK.
4. Analisa Data dan Penarikan Kesimpulan
Melakukan analisis karakteristik super kapasitor dan baterai telepon selular dan
kemudian ditarik kesimpulan.

3

Universitas Sumatera Utara

5. Penulisan Buku Tugas Akhir
Penulisan laporan dilakukan sebagai penggambaran kesimpulan dari Tugas Akhir ini.
Kesimpulan tersebut merupakan jawaban dari permasalahan yang dianalisis. Selain
itu juga dapat diberikan saran sebagai masukan berkaitan dengan apa yang telah
dilakukan.

1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan alaporan tugas akhir ini dibagi manjadi lima bab, de