Membran elektrolit berbasis polieter-eter keton tersulfonasi untuk direct methanol fuel cell suhu tinggi Sri Handayani 2008
89
100 200
300 400
500 600
sPEEK sPEEK+Si
sPEEK+Z Nafion-117
M E M B R A N T
e n
s il
s tr
e n
g th
k g
f
c m
2
Gambar 4.28. Pengaruh aditif silika dan H-Yzeolit terhadap tensile strength
4.2.4. Pengaruh Aditif terhadap Sifat Termal
Sifat termal yang ditinjau terhadap membran elektrolit ini adalah kestabilan panas membran dan suhu transisi glass. Analisis ketahanan membran terhadap degradasi
karena panas dilakukan dengan alat TGA. Hasil dari analisis ini ditunjukkan pada Lampiran analisa termal. Terjadi penurunan berat disekitar 160-210
o
C, 280-311
o
C dan 500-800
o
C. Besarnya penurunan berat membran dapat dilihat pada Tabel 4.2. Pada rentang suhu 160-210
o
C dan 280-312
o
C, pemakaian H-Yzeolit mengurangi penurunan membran sebesar 1,3 x terhadap membran yang tidak menggunakan H-Yzeolit.
Penurunan berat membran pada rentang suhu 280-312
o
C disebabkan oleh hilangnya gugus sulfonat. Penurunan berat pada rentang suhu 500-725
o
C untuk membran sPEEK adalah dekomposisi membran sebesar 18,2 mg 22,4. Sedangkan dekomposisi
membran sPEEK+Z berada pada rentang suhu 500-800
o
C mengalami penurunan berat sebesar 32,4.
Tabel 4.1. Penurunan Berat Membran karena Pengaruh Suhu
Membran Suhu
o
C Penurunan berat
ww sPEEK
sPEEK+Z sPEEK+Si
160-210 280-312
500-725 160-210
280-312 500-800
160-210 280-312
500-800 5,5
17,7 22,4
Residu 54.4 4,5
14,1 32,4
Residu 49 2,4
9,2 83,4
Residu 5
Membran elektrolit..., Sri Handayani, FT UI, 2008.
Membran elektrolit berbasis polieter-eter keton tersulfonasi untuk direct methanol fuel cell suhu tinggi Sri Handayani 2008
90
Pengaruh aditif terhadap suhu transisi glass hanya dilihat pada derajat sulfonasi 68 yang ditunjukkan pada Gambar 4.29. Suhu transisi glass membran sPEEK 226
o
C hampir sama dengan membran sPEEK+H-Yzeolit 225
o
C dan membran sPEEK+silika 217
o
C lebih kecil dibanding dengan yang lain.
50 100
150 200
250
sPEEK sPEEK+Si
sPEEK+Z Nafion-117
S u
h u
t ra
n s
is i g
la s
s
o
C
Gambar 4.29. Pengaruh aditif silika dan H-Yzeolit terhadap suhu transisi glass Penambahan aditif 3 ternyata tidak meningkatkan suhu transisi glass pada membran
sPEEK berderajat sulfonasi 68. Suhu transisi glass yang semakin besar akan memberikan membran lebih stabil beroperasi pada suhu yang lebih tinggi. Membran
Nafion-117 hanya mempunyai suhu transisi glass sekitar 120
o
C Almeida et al., 1999. Oleh sebab itu membran tersebut dapat beroperasi secara optimum dibawah 80
o
C. Dari hasil pengujian konduktivitas proton, permeabilitas metanol, tensile
strength dan sifat termal menunjukkan bahwa aditif yang berpengaruh positif adalah H- Yzeolit dan silika dengan pertimbangan hasil sebagai berikut :
- kenaikan konduktivitas proton 130-150 lebih tinggi dibanding dengan
kenaikan permeabilitas metanol 50-60 terhadap membran tanpa aditif yang diukur pada suhu kamar
- penurunan tensile strength sekitar 10-40 dibanding tanpa aditif dan
masih lebih besar dibanding dengan Nafion-117 -
suhu transisi glass sekitar 210
o
C dan mulai terjadi penurunan berat pada suhu 160
o
C. Oleh sebab itu membran sPEEK DS 68 dan membran komposit sPEEK yang
menggunakan aditif H-Yzeolit dan silika 3 berat, di karakterisasi pada suhu tinggi dengan paramater konduktivitas proton dan permeabilitas metanol.
Membran elektrolit..., Sri Handayani, FT UI, 2008.
Membran elektrolit berbasis polieter-eter keton tersulfonasi untuk direct methanol fuel cell suhu tinggi Sri Handayani 2008
91
4.3. PENGARUH
SUHU TERHADAP
KARAKTERISTIK MEMBRAN
ELEKTROLIT POLIETER-ETER KETON TERSULFONASI
Membran yang digunakan untuk mempelajari pengaruh suhu operasi terhadap karakteristik membran adalah membran sPEEK DS 68 dan aditif yang digunakan
adalah silika dan H-Yzeolit sPEEK+Si dan sPEEK+Z serta membran Nafion-117 sebagai referensi. Karakteristik yang diamati adalah permeabilitas metanol dan
konduktivitas proton. Karakteristik tersebut merupakan parameter kunci untuk aplikasi DMFC. Pendekatan pemakaian membran elektrolit pada DMFC suhu tinggi adalah
dengan mengukur permeabilitas metanol dan konduktivitas proton pada suhu tinggi. Variasi suhu yang digunakan adalah 25, 50, 90 dan 140
o
C. Pemilihan membran elektrolit yang baik untuk digunakan pada suhu tinggi yaitu dengan melihat selektivitas
dan selektivitas relatif. Selektivitas adalah perbandingan konduktivitas proton dengan permeabilitas metanol. Selektivitas relatif adalah perbandingan selektivitas membran
yang dianalisa sPEEK dengan selektivitas membran Nafion-117. Jika selektivitas dan selektivitas relatif membran lebih tinggi dari membran Nafion-117 maka membran
tersebut berpeluang sebagai pengganti Nafion-117.
4.3.1. Pengaruh Suhu terhadap Konduktivitas Proton
