Performa sel bahan bakar meningkat sebagaimana kecepatan saluran alir gas meningkat karena peningkatan kecepatan alir menambah transportasi massa.
Kecepatan di dalam saluran alir akan meningkat sebagaimana ukuran dikurangi. Bagaimanapun, kekurangan dari ukuran yang lebih kecil adalah peningkatan
penurunan tekanan di dalam saluran alir. Ukuran yang disarankan untuk saluran alir di dalam literatur adalah dari 100 x 200 x 20 μm - η00 x η00 μm - 750 x 750 x
12,75 mm, dengan banyak panjang, lebar, dan kedalaman antar lebar bingkai.
Penelitian yang terbaru membuktikan bahwa performa sel bahan bakar meningkat dengan berkurangnya dimensi saluran alir, seperti ditunjukkan pada gambar 2.12.
Gambar 2.12. Kurva apolarisasi dan bpower density sel bahan bakar untuk lebar dan kedalaman 20 -
1000 μm Sumber : Colleen Spiegel, 2008
2.6.2 Desain dan konfigurasi stack
Pada stack sel bahan bakar tradisional, katoda dari satu sel dihubungkan kepada anoda dari sel selanjutnya. Komponen utama dari stack sel bahan bakar adalah
membrane electrode assemblies MEAs, paking, plat bipolar dengan koneksi
Universitas Sumatera Utara
listrik, dan plat akhir. Stack dihubungkan bersama menggunakan baut, batang, ataupun metode lainnya untuk mengapit sel - sel secara satu. Aspek utama dari
desain fuel cell adalah : Keseragaman distribusi dari reaktan ke sel
Keseragaman distribusi reaktan di dalam sel Mempertahankan temperatur yang diharuskan di dalam setiap sel
Kehilangan minimum Tidak terjadi kebocoran gas
Kekokohan mekanik
Kebanyakan sistem MEMS menggunakan silikon sebagai material yang disarankan karena ketersediaan, biaya rendah, dan berbagai teknologi pembuatan
silikon. Beberapa proses yang biasanya digunakan untuk menciptakan sel bahan bakar mikro adalah anisotropic etching, deep reactive ion etching DRIE, dan
CVD Chemical Vapor Deposition dan PVD Physical Vapor Deposition untuk menyimpan berbagai jenis material. Polimer digunakan, tetapi sistem silikonglass
secara mekanik lebih stabil, tahan terhadap temperaturtekanan tinggi, dan lembam secara kimia. Bagaimanapun, silikon itu rapuh, dan polimer mengijinkan
konfigurasi dan teknik pembuatan alternatif. Beberapa dari polimer yang sedang diteliti
meliputi PMMA
Polymethylmethacrylate dan
PDMS Polydimethylsiloxanne
menggunakan penggoresan ion, polymeric surface micromachining, hot embossing, soft lithography,
dan laser machining. Kerta stainles steel dan selaput tembaga juga sedang diteliti sebagai material untuk
pengiriman bahan bakarplat pengumpul daya. Terdapat lebih banyak variasi dalam desain sel bahan bakar dan
konfigurasi dengan sel bahan bakar MEMS 1cm
2
atau kurang daripada sel bahan bakar yang lebih besar. Desain yang cukup menarik ditunjukkan pada gambar
2.13, dimana pertama dipromosikan oleh Aravamudhanl.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13. Tampilan stack Cross-sectional pada Direct Ethanol Fuel cell Sumber : Aravamudhan, 2005
Ruang alir terbuat dari silikon, dan proton exchange membrane dijepit antara dua set ruang alir. Platinum disimpan pada kedua microcolumns untuk bertindak
sebagai elektrokatalis dan pengumpul arus. Diameter pori ruang alir dengan hati - hati dikontrol untuk pipa tekanan untuk mendistribusikan bahan bakar secara
benar dan mengurangi penyilangan methanol. Area dari setiap elektroda adalah 1cm
2
. Gambar 2.14 menunjukkan desain planar, yang merupakan desain stack
yang biasa digunakan dalam sel bahan bakar mikro selain dari desain tradisional yang ditunjukkan pada gambar 2.10. Desain planar adalah dua dimensi dan
membutuhkan area permukaan yang besar untuk mengirimkan performa yang sama menuju konfigurasi bipolar. Bahan bakar dan oksidan dikirim melalui satu
sisi dari sel bahan bakar.
Gambar 2.14. Tampilan cross sectional dari stack sel bahan bakar mikro planar Sumber : Colleen Spiegel, 2008
Hal menarik lain dari desain sel bahan bakar mikro ditunjukkan pada gambar 2.15. Struktur sel bahan bakar ini biasanya terbuat dari silikon dan saluran
Universitas Sumatera Utara
difabrikasi pada dimensi yang cukup kecil agar bahan bakar dan oksigen mengalir dalam kondisi aliran laminar tanpa adanya pencampuran. Proton berpindah dari
satu aliran ke aliran selanjutnya tanpa adanya bantuan dari PEM.
Gambar 2.15. Tampilan cross sectional dari aliran laminar tanpa membran pada stack
sel bahan bakar mikro Sumber : Colleen Spiegel, 2008
Terdapat ruang masuk yang terpisah untuk bahan bakar dan oksidan. Material elektroda disimpan pada struktur silikon dengan percikan atau evaporasi.
Aliran laminar adalah konsep baru dalam pengembangan sel bahan bakar mikro. Desain yang banyak dikenal adalah sistem microchannel bentuk Y dimana
dua aliran bahan bakar bersebelahan dengan bantuan dari besarnya kontrol dan sistem penjagaan di luar dari sel bahan bakar. Ketika dipertimbangkan bagaimana
sistem ini akan dapat diaplikasikan, salah satu konsep penting untuk dipikirkan adalah ukuran dari sambungan antara dua bahan bakar, dimana didefinisikan oleh
kedalaman dan panjang dari saluran. Lebar tidak dipertimbangkan sebagai hal yang penting karena sambungan adalah tetap tanpa memperhatikan lebar dari
saluran tersebut. Microfluidics
Seperti halnya pada rangkaian kesatuan mekanik, microfluidics menggunakan persamaan Navier-Stokes untuk cairan dan gas. Persamaan - persamaan tersebut
sesuai untuk cairan dan gas, dengan pengecualian bahwa gas adalah kompresibel ketika cairan tidak. Sebagaimana dimensi menjadi lebih kecil, perbedaan antara
gas dan cairan menjadi lebih nyata. Perbedaan pertama adalah cairan mempunyai
Universitas Sumatera Utara
sambungan, dan terdapat batasan tertentu cairan mengalir di dalam saluran. Pada sisi lain, gas siap untuk dicampurkan bersama. Perbedaan kedua menjadi lebih
nyata ketika persamaan Navier-Stokes dianalisa untuk sistem MEMS. Nomor Knudsen yang lebih kecil dari 0,01 mengindikasikan bahwa persamaan dari teori
rangkaian kesatuan harus menghasilkan perkiraan yang bagus, ketika nomor Knudsen muncul dalam satu kesatuan berarti bahwa gas harus diperlakukan
sebagai gabungan dari partikel daripada rangkain kesatuan. Bentuk yang berguna dari persamaan Navier-Stokes untuk sistem MEMS dijelaskan pada bagian berikut
ini.
2.6.3 Laju aliran dan tekanan
