Oleh : Thomas Ari Negara

Pada tanggal 29 januari 2007 telah diselesaikan penelitian fuel cell yang difokuskan pada pengujian kinerja Membrane Electrode Assembly (MEA) pada fuel cell berbahan bakar hidrogen murni. Penelitian dilakukan oleh Tristania Pranasari yang dibimbing oleh Ir. Rochmadi, SU., Ph.D (T. Kimia UGM) dan Dr. Eng. Eniya Listiani Dewi (BPPT). Penelitian tersebut dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Polimer Tinggi, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.

Membrane electrode assembly (MEA) adalah sebuah lembaran tipis yang merupakan gabungan dari elektrolit (membran), elektroda (carbon paper) dan katalis. Katalis dan elektroda ditempelkan berhimpitan pada kedua sisi membran sebagai sisi anoda dan katoda. (G. Hoogers, 2003)

Membran yang umumnya digunakan dalam MEA ini adalah nafion. Nafion adalah jenis membran yang terbuat dari bahan polimer khusus yaitu perfluoroalkyl sulfonated ionomer membrane. Nafion mempunyai kemampuan sangat baik dalam menghantarkan ion H+ dari anoda ke katoda dan mencegah elektron untuk mencapai katoda. Nafion cenderung dipilih sebagai polymer electrolyte membrane dibandingkan jenis lain karena memiliki konduktivitas ion yang tinggi sehingga dapat mencegah kehilangan energi karena hambatan ohmic dan menjaga agar power density pada sel tetap tinggi sehingga dapat meningkatkan reaktifitas bahan bakar.

Kendala yang sering terjadi pada nafion adalah harganya yang sangat mahal karena hanya bisa diperoleh dari luar negeri dan juga kontrol kelembaban yang susah. Selain itu, jika diaplikasikan pada DMFC, nafion menjadi tidak stabil terhadap adanya karbon monoksida. Salah satu alternatif pemecahan masalah ini adalah dengan mensintesis material baru untuk menggantikan nafion, yaitu membran kopolimer baru non fluorine yang diharapkan mempunyai spesifikasi yang lebih baik. Penambahan aditif pada membran kopolimer sintesis juga bisa dilakukan untuk memperoleh sifat-sifat yang lebih baik.

Untuk itu pada penelitian tersebut akan dilakukan variasi jenis membran yang digunakan untuk mempelajari kinerja MEA pada fuel cell. Pengukuran kinerja MEA dilakukan dengan mengukur power density maksimal pada kurva polarisasi fuel cell, menghitung laju reaksi sel secara total dan diffusivitas membran.

Pada penelitian tersebut digunakan katalis Pt-C 20%, sedangkan membran yang digunakan adalah

  • Membran sintetis kopolimer tanpa aditif
  • Membran kopolimer dengan penambahan aditif SiO2
  • Membrane kopolimer dengan penambahan aditif P2O5
  • Membran nafion sebagai parameter

Penelitian tersebut dilakukan dengan dua tahap, yaitu persiapan dan running.

  • Tahap persiapan: membuat membran, pelapisan katalis, dan hot pressed MEA.
  • Running fuel cell: mengoperasikan fuel cell dengan memberi beban dari 0,28 ohm sampai 52,40 ohm. Data yang diambil adalah besar tegangan dan arus listrik.

Keterangan:

  1. Tabung Hidrogen
  2. Tabung Oksigen
  3. Botol Pengaman
  4. Pressure Gauge
  5. Flowmeter
  6. Fuel Cell
  7. Multimeter
  8. Resistor

Dari hasil penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa membran yang paling baik adalah kopolimer dengan aditif P2O5, sehingga layak digunakan untuk menggantikan nafion yang harganya cukup mahal. Adanya aditif P2O5 ini berfungsi untuk mengikat air sehingga bisa mengontrol kelembaban membran. Hasil dari penelitian ini adalah

  • MEA dengan membran nafion, mempunyai power density maksimal sebesar 1,3012x10E-03 watt/cm2 dan diffusivitas sebesar 3,727x10E-07 cm2/s.
  • MEA dengan membran kopolimer tanpa aditif, mempunyai power density maksimal sebesar 0,1720x10E-03 watt/cm2 dan diffusivitas sebesar 4,8761x10E-08 cm2/s.
  • MEA dengan membran kopolimer dengan aditif SiO2, mempunyai power density maksimal sebesar 0,7490x10E-03 watt/cm2 dan diffusivitas sebesar 2,2189x10E-07 cm2/s.
  • MEA dengan membran kopolimer dengan aditif P2O5, power density maksimal sebesar 2,3490x10E-03 watt/cm2 dan diffusivitas sebesar 6,2090x10E-07 cm2/s.

Pustaka

  • Arimura,T., Otroskii,D., Okada,T.,and Xie, G., 1999, “The Effect of Aditive on Ionic Conductivity Performance of Perfluoroalkyl Sulfonated Membrane” , solid state ionic,118, page 110
  • Chen, C.Y., Yang, P., Lee, Y.S., and Lin, K.F., 2005, “Fabrication of electrocatalyst layers for direct methanol fuel cell“, Journal of Power Sources, 141, 24-29
  • Cussler, E.L., 2000, “Diffusion Mass Transfer In Fluid Systems“, 2nd, Cambridge University Press
  • Dewi, E.L. , 2005 , “The Effect of Moisture Absorbing Particle on Methanol Permeability of Modified Nafion Membrane in Fuel Cell” , proceeding of membrane seminar.
  • EG&G Services, 2000, “Fuel Cell Handbook“, 5th, U.S. Department of Energy, Morgantown.
  • Hoogers, G., 2003, “Fuel Cell Technology Handbook” , CRC Press
  • Levenspiel, O., 1999, “Chemical Reaction Engineering“, 3rd, John Wiley and Sons,
  • Raharjo, P.F., 2006, “Kinerja Fuel Cell Berbahan Bakar Hidrogen“, Laporan Penelitian Laboratorium Teknologi Polimer Tinggi, Jurusan Teknik Kimia Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
  • Shimizu, T., Momma, T., Mohamedi, M., Osaka, T., and Sarangapani, S., 2004, “Design and Fabrication of Pumpless of Small Direct Methanol Fuel Cell for Portable Application“, Journal of Power Sources, 137, 277-283.
  • Won, J., Choi, W., Kang, Y.S., and Ha, H.Y., 2003 , Journal Membrane Science, Page 245-257

One Reply to “Penelitian Kinerja Fuel Cell di Teknik Kimia UGM”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.