Membran Komposit Polistirena Tersulfonasi–SiO2 untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell

i

MEMBRAN KOMPOSIT POLISTIRENA TERSULFONASI–
SiO2 UNTUK APLIKASI DIRECT
METHANOL FUEL CELL

DAMIYATI

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

iii

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Membran Komposit
Polistirena Tersulfonasi–SiO2 untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell adalah
benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan

dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di
bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2015
Damiyati
NIM G44090007

v

ABSTRAK
DAMIYATI. Membran Komposit Polistirena Tersulfonasi–SiO2 untuk Aplikasi
Direct Methanol Fuel Cell. Dibimbing oleh ARMI WULANAWATI dan SRI
MULIJANI.
Nafion® merupakan membran elektrolit pada direct methanol fuel cell
(DMFC) yang memiliki nilai permeabilitas metanol yang tinggi. Oleh karena itu,
membran alternatif seperti polistirena tersulfonasi (PSS) yang ditambahi SiO2
dikembangkan untuk mengurangi tingginya permeabilitas metanol tersebut.

Penelitian ini bertujuan menentukan pengaruh tambahan SiO2 pada kinerja PSS.
Keberhasilan proses sulfonasi ditunjukkan oleh nilai derajat sulfonasi (DS) dari
PSS dengan konsentrasi PS 15% sebesar 81%. Membran komposit dibuat dengan
ragam konsentrasi 3%, 5%, dan 7%. Spektrum inframerah transformasi fourier
membran komposit menunjukkan gugus sulfonat (-SO3) pada 1008 cm-1 dan O-SiO pada 1013 cm-1. Nilai konduktivitas proton dan beda potensial tertinggi
dihasilkan pada membran PSS-SiO2 3% dengan nilai berturut-turut 2.1 × 10-4
S/cm dan 79 mV. Berdasarkan hasil tersebut, membran komposit PSS-SiO2 dapat
diaplikasikan untuk DMFC.
Kata kunci: membran komposit, SiO2, polistirena tersulfonasi, sel bahan bakar
metanol

ABSTRACT
DAMIYATI. Composite Sulfonated Polystyrene–SiO2 Membrane for Application
on Direct Methanol Fuel Cell. Supervised by ARMI WULANAWATI and SRI
MULIJANI.
Nafion® is an electrolyte membrane used in direct methanol fuel cell
(DMFC) with high methanol permeability. Therefore, an alternative membrane
such as sulfonated polystyrene (PSS) with SiO2 addition was developed to reduce
its methanol permeability. The aim of this research was to determine the effect of
SiO2 on PSS performance. The success of sulfonation process was indicated by

sulfonation degree (DS) value of PSS with 15% PS concentration of 81%.
Composite membranes were prepared using various concentrations, i.e. 3%, 5%,
and 7%. Fourier transform infrared spectra of the composite membranes showed
sulfonate functional group (-SO3) at 1008 cm-1 and O-Si-O at 1013 cm-1. The
composite membrane PSS-SiO2 3% gave the highest proton conductivity and
voltage of 2.1 × 10-4 S/cm and 79 mV respectively. The result shows that the
composite membrane of PSS-SiO2 can be applied as DMFC.
Key words: composite membrane, direct methanol fuel cell, SiO2, sulfonated
polystyrene

vi

vii

MEMBRAN KOMPOSIT POLISTIRENA TERSULFONASI–
SiO2 UNTUK APLIKASI DIRECT
METHANOL FUEL CELL

DAMIYATI

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

viii

ix

Judul Skripsi : Membran Komposit Polistirena Tersulfonasi–SiO2 untuk
Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell
Nama
: Damiyati

NIM
: G44090007

Disetujui oleh

Armi Wulanawati, SSi, MSi
Pembimbing I

Dr Sri Mulijani, MS
Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

x

xi

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT karena berkat
anugerah dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat meyelesaikan karya ilmiah yang
berjudul Membran Komposit Polistirena Tersulfonasi–SiO2 untuk Aplikas Direct
Methanol Fuel Cell. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang
dilaksanakan pada bulan September 2014 hingga Februari 2015 di Laboratorium
Kimia Fisik Departemen Kimia IPB.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Armi Wulanawati, SSi, MSi dan
Ibu Dr Sri Mulijani, MS selaku pembimbing atas bimbingan dan dukungan yang
diberikan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada
orang tua, kakak, dan seluruh keluarga atas doa, dukungan, perhatian, dan
pengertiannya serta pihak-pihak di Laboratorium Kimia Fisik, antara lain Pak Mail
dan Ibu Ai. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Kak Budi Arifin,
rekan-rekan seperjuangan penelitian, dan teman-teman Kimia 46 dan Kimia 47
atas perhatian, saran, dan bantuannya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi penulis maupun pembaca.

Bogor, April 2015

Damiyati

xii

DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Metode
Pembuatan Membran Polistirena Tersulfonasi
Pembuatan Membran Komposit
Pencirian Membran
Pengukuran Derajat Sulfonasi
Pengujian Water Uptake
Penentuan Bobot Jenis
Permeabilitas Metanol

Pengukuran Konduktivitas Proton
Uji Aplikasi Sistem DMFC
HASIL DAN PEMBAHASAN
Membran Komposit Polistirena Tersulfonasi-SiO2
Pencirian Membran
FTIR
Derajat Sulfonasi
Water Uptake
Bobot Jenis Membran
Permeabilitas Metanol
Konduktivitas Proton
Uji Aplikasi Sistem DMFC
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

xiii

xiii
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
5
5
5
7
7
8

9
10
10
11
12
13
13
14
14
16
22

xiii

DAFTAR GAMBAR
1 Uji aplikasi DMFC
2 Reaksi polistirena tersulfonasi pada posisi para
3 Ikatan silang polistirena tersulfonasi posisi para
4 Larutan polistirena sebelum (a) dan sesudah (b) proses sulfonasi
5 Spektrum inframerah membran

6 Derajat sulfonasi pada membran PSS
7 Water uptake pada membran
8 Bobot jenis berbagai membran
9 Konduktivitas proton pada membran
10 Bejana pada sistem DMFC
11 Beda potensial membran aktivasi
12 Nilai arus yang dihasilkan membran

5
6
6
7
8
9
9
10
11
12
13
13

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7

Diagram alir penelitian
Derajat sulfonasi membran
Water uptake membran
Bobot jenis membran
Konduktivitas proton membran dengan aktivasi maupun nonaktivasi
Data persentase peningkatan konduktivitas proton membran
Beda potensial dan arus listrik dalam sistem DMFC

16
17
18
19
20
20
21

xiv

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Krisis energi merupakan tantangan besar yang harus dihadapi saat ini karena
semakin menipisnya cadangan sumber energi fosil, sementara kebutuhan akan
energi terus mengalami peningkatan seiring dengan perkembangan aktifitas
manusia. Adanya ketergantungan manusia terhadap minyak bumi dan semakin
berkurangnya cadangan minyak bumi telah mendorong manusia untuk
menemukan bahan bakar alternatif seperti bahan bakar gas, listrik, baterai, sel
bahan bakar (fuel cell), biodisel, dan lain-lain. Di antara beragam pilihan
penghasil energi substituen, fuel cell merupakan salah satu contoh teknologi
energi alternatif yang berpotensi untuk dikembangkan dengan memanfaatkan
hidrogen murni sebagai sumber energi (donor elektron). Teknologi fuel cell
dipandang lebih efisien dan tidak menimbulkan polusi (Sopian dan Daud 2005).
Sel bahan bakar adalah suatu alat elektrokimia yang mengubah energi kimia
secara langsung menjadi energi listrik, air, dan panas dari reaksi bahan bakar dan
oksigen tanpa pembakaran sehingga mengurangi polusi dan risiko timbulnya
ledakan (Li et al. 2003). Salah satu sel bahan bakar yang sedang dikembangkan,
yaitu Direct Methanol Fuel Cell (DMFC). Suhada (2001) menjelaskan DMFC
menggunakan polimer sebagai membran elektrolit dan biasanya sel ini beroperasi
pada suhu kamar dengan kerapatan daya yang cukup tinggi. Saat ini membran
polimer yang banyak digunakan adalah membran elektrolit komersial Nafion®
yang terbuat dari fluoro polimer dengan menambahkan rantai cabang gugus
sulfonat (Liu et al. 2010). Kelebihan dari membran Nafion® adalah memiliki
gugus sulfonat yang mampu menghantarkan proton (H+) dan ketahanan mekanik
yang baik (Hendrawan 2007).
Nafion® memiliki konduktivitas proton yang tinggi sebesar 8.6 × 10-2 S/cm
pada suhu 30-32 °C (Smitha et al. 2005) serta kestabilan mekanik dan kimia yang
baik pada suhu rendah, yaitu 60-100 oC (Hendrana et al. 2007), namun kurang
stabil pada suhu tinggi (Cho et al. 2005). Kekurangan membran Nafion® adalah
adanya permeasi metanol melalui membran (methanol crossover) yang cukup
besar, termasuk dalam polimer yang mahal serta kinerja membran Nafion®
menurun di atas 80 °C. Namun demikian, telah banyak usaha yang dilakukan
untuk mengganti Nafion® antara lain dengan polieter-eter keton, polisulfon, dan
polistirena (Handayani 2009).
Polistirena dari styrofoam dapat dijadikan membran alternatif pengganti
Nafion® karena styrofoam mengandung 90-95% polistirena serta 5-10% gas nbutana dan n-pentana. Selain itu, styrofoam merupakan limbah yang sangat sulit
penanggulangannya dan tidak dapat diuraikan oleh alam (BPOM 2008).
Styrofoam dapat dimodifikasi melalui proses sulfonasi untuk digunakan sebagai
Proton Exchange Membrane (PEM). Membran polistirena tersulfonasi (PSS)
yang dihasilkan diharapkan memiliki sifat fisik seperti halnya Nafion®, yaitu kuat,
biodegradable, dan memiliki kinerja yang baik. Modifikasi membran polistirena
diharapkan dapat menghasilkan membran dengan karakter yang lebih baik, seperti
peningkatan kestabilan membran polistirena dengan menambahkan polimer
penguat seperti polieter-eter keton (PEEK) (Evaani dan Sari 2012). Membran

2

polistirena yang dibuat dalam penelitian ini akan dimodifikasi dengan
penambahan SiO2.
Silika dioksida (SiO2) merupakan oksida anorganik yang bersifat
higroskopis. Adanya aditif oksida anorganik dalam membran komposit akan
memberikan peningkatan daya tahan air pada suhu tinggi sehingga diharapkan
dapat menjaga konduktivitas ionik akan tetap pada suhu tinggi. Selain itu,
penggunaan aditif tersebut dapat menurunkan efek methanol crossover (Arico et
al. 2003).
Penelitian ini bertujuan menentukan pengaruh penambahan SiO2 terhadap
karakteristik polistirena tersulfonasi sebagai membran Direct Methanol Fuel Cell.
Fungsi penambahan SiO2 pada membran polistirena tersulfonasi agar dapat
meminimalisasi methanol crossover. DMFC dibuat dengan memanfaaatkan
limbah styrofoam. Membran PSS berbahan baku styrofoam diuji dengan
spektrofotometer inframerah transformasi fourier (FTIR), serta diukur water
uptake, dan konduktivitas proton pada membran, sedangkan kinerja DMFC
dilakukan dengan pengukuran beda potensial listrik. Dengan demikian, membran
PSS berbahan baku styrofoam untuk aplikasi DMFC diharapkan dapat digunakan
sebagai sumber energi listrik yang ramah lingkungan dan dapat mengurangi
dampak negatif limbah di lingkungan.

BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan antara lain peralatan gelas, labu leher tiga, piknometer,
neraca analitik, oven, FTIR Shimadzu Prestige–21, dan LCR–meter HIOKI 3532–
50. Bahan yang digunakan adalah styrofoam, diklorometana, SiO2, H2SO4 pekat
(98%), H2O2, kloroform, metanol, NaOH, HCl, larutan K3Fe(CN)6, larutan
Na2HPO4, gas nitrogen (N2) dan air deionisasi.

Metode
Pembuatan Membran Polistirena Tersulfonasi (Modifikasi Azimi 2011)
Polistirena (PS) dilarutkan ke dalam kloroform dengan variasi komposisi
(%b/v), yaitu 5%, 10%, dan 15% PS dalam 50 mL kloroform. Sebanyak 70 mL
H2SO4 pekat (98%) dimasukkan ke dalam labu leher tiga. Larutan PS dimasukkan
ke dalam kondensor yang dihubungkan dengan labu leher tiga, kemudian
diteteskan secara bertahap. Kloroform yang menguap didorong oleh gas nitrogen
keluar labu leher tiga. Proses sulfonasi dilakukan pada suhu 80 °C selama 2 jam
dalam ruang asam. Selanjutnya padatan polistirena tersulfonasi (PSS) yang
dihasilkan dipisahkan dari H2SO4 sisa reaksi. Kemudian dicuci hingga pH netral
dan dikeringkan pada suhu ruang selama 24 jam.

3

Pembuatan Membran Komposit (Dewi dan Handayani 2007)
Sebanyak 7.5 gram PSS dilarutkan ke dalam diklorometana dan
ditambahkan SiO2 3%, 5%, 7% dari berat PSS. Selanjutkan diaduk hingga
homogen lalu dituangkan ke dalam pelat kaca dan siap dicetak.

Pencirian Membran
Analisis dengan menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi
fourier (FTIR)
Sampel membran PS, PSS, PSS–SiO2 digerus dan dicampur ke dalam
serbuk KBr kemudian ditempatkan dalam cell holder dan diukur spektrumnya.
Pengujian dengan FTIR dilakukan untuk menentukan perubahan gugus fungsi
membran polistirena–SiO2 (Handayani 2008).

Pengukuran Derajat Sulfonasi (Dhuhita dan Kusuma 2010)
Derajat sulfonasi ditentukan dengan metode titrasi. Sebanyak 0.1 gram PSS
(5%, 10%, dan 15%) direndam dengan 10 mL NaOH 1 N selama 3 hari.
Selanjutnya dititrasi dengan HCl 1 N dan digunakan indikator fenolftalin
sebanyak 3 tetes. Titrasi dilakukan hingga terjadi perubahan warna dari merah
muda hingga tak berwarna. Volume HCl yang digunakan untuk titrasi NaOH
tanpa sampel sebagai volume awal, sedangkan volume HCl yang digunakan untuk
titrasi NaOH dengan sampel sebagai volume akhir. Standardisasi HCl dilakukan
menggunakan NaOH. Penentuan derajat sulfonsai dapat diketahui melalui
persamaan 1:
w -

Keterangan:

(1)

Vawal = volume HCl blangko (mL)
Vakhir = volume HCl sampel (mL)
N
= normalitas HCl (N)
BE
= bobot ekuivalen (g/ek)

Pengujian Water Uptake (Shin et al. 2005 dan Liu et al. 2010)
Membran PSS–SiO2 digunting sebesar 1 × 1 cm2, kemudian dikeringkan
dalam oven pada suhu 120 ºC selama 24 jam, lalu ditimbang sebagai wkering.
Setelah kering, membran direndam dalam air deionisasi pada suhu kamar selama
48 jam. Kemudian membran dikeluarkan, lalu ditimbang sebagai wbasah. Penentuan
kadar air dalam membran dihitung menggunakan persamaan 2:
–

(2)

4

Penentuan Bobot Jenis
Membran dipotong dengan ukuran yang seragam, kemudian dimasukkan ke
dalam piknometer yang telah diketahui bobot kosongnya (w0). Bobot piknometer
dan sampel dicatat sebagai (w1). Kemudian piknometer yang berisi potongan
sampel ditambahkan akuades hingga tidak terdapat gelembung udara dan
ditimbang bobotnya (w2). Bobot piknometer berisi air juga ditimbang dan
bobotnya dicatat sebagai (w3). Bobot jenis sampel dihitung menggunakan
persamaan 3:
(3)
Keterangan:
d
: bobot jenis sampel (g/mL)
d1
: bobot jenis air (g/mL)
da
: bobot jenis udara (g/mL)

Permeabilitas Metanol (Shin et al. 2005)
Permeabilitas metanol diuji secara kualitatif untuk mengukur dapat tidaknya
metanol lewat melalui membran. Kompartemen A diisi dengan 50 mL metanol 3
N dan kompartemen B diisi dengan akuades. Kemudian posisi kompartemen A
sistem dibalik agar metanol berada di atas membran selama 30 menit, kemudian
bagian bawah membran dilap dengan tisu untuk melihat metanol yang terdifusi
melalui membran.

Pengukuran Konduktivitas Proton
Konduktans PS, PSS, PSS–SiO2 3%, PSS–SiO2 5%, dan PSS–SiO2 7%
diukur menggunakan alat impedance analyzer LCR–meter HIOKI 3532–50.
Elektrode karbon dari baterai dibersihkan dan dibuat pipih pada salah satu sisinya.
Selanjutnya, aktivasi elektrode dengan merendam ke dalam larutan HCl 1 N
selama 1 hari, kemudian perendaman dengan NaOH 1 N selama 1 hari, setelah itu
elektrode aktif dicuci dengan air deionisasi sebanyak 3 kali dan direndam hingga
akan digunakan (Wisojodharmo dan Dewi 2008).
Setiap membran diaktivasi dengan cara direndam dalam air deionisasi
selama 1 jam. Selanjutnya membran direndam dalam H2O2 selama 1 jam dan
direndam kembali dalam H2SO4 selama 1 jam, kemudian membran dibilas dengan
air deionisasi sebanyak 3 kali. Membran yang telah diaktivasi dan yang tidak
diaktivasi diukur luasnya sesuai dengan luas elektrode dan diukur ketebalannya,
kemudian dijepit di antara kedua karbon. Selanjutnya nilai konduktans diukur
dengan alat impedance analyzer. Nilai konduktivitas proton ditentukan
berdasarkan persamaan 4:
(4)

5

Keterangan:

σ
L
G
A

= konduktivitas proton (S.cm-1)
= tebal membran (cm)
= konduktans (S)
= luas elektrode (cm2)

Uji Aplikasi Sistem DMFC
Sistem DMFC memiliki 2 sisi, yaitu sisi katode dan anode. Sisi anode berisi
100 mL metanol 3 N, sedangkan sisi katode berisi 50 mL K3Fe(CN)6 dan 50 mL
Na2HPO4. Membran diletakkan diantara kedua sisi anode dan katode, kemudian
kedua sisi dihubungkan elektrode karbon yang telah diaktivasi. Konduktivitas
proton ditentukan menggunakan impedance analyzer LCR–meter HIOKI 3532–50
(Gambar 1), sedangkan beda potensial diukur menggunakan voltmeter.
Elektrode

Membran
50 mL K3Fe(CN)6

100 mL metanol 3 N

50 mL Na2HPO4
Gambar 1 Uji aplikasi DMFC

HASIL DAN PEMBAHASAN
Membran Komposit Polistirena Tersulfonasi–SiO2
Sintesis polistirena tersulfonasi dilakukan dengan meneteskan larutan
polistirena ke dalam H2SO4 pekat (98%) yang dialiri gas nitrogen sebagai
pembawa uap kloroform keluar. Pereaksi sulfonasi selain menggunakan asam
sulfat pekat dapat juga menggunakan asam sulfat berasap (oleum) (Dewi dan
Handayani 2007). Polistirena tahan terhadap asam, basa, dan zat pengarat lainnya,
tetapi mudah larut dalam hidrokarbon aromatik dan berklor (Cowd 1991). Proses
sulfonasi termasuk reaksi substitusi elektrofilik aromatik karena terjadinya
substitusi atom –H yang terikat pada salah satu atom C aromatik polistirena
dengan gugus –SO3 yang bertindak sebagai elektrofilik (McMurry 2008). Reaksi
sulfonasi ini dapat terjadi pada posisi orto dan para karena adanya gugus etilena
yang memberikan efek dorongan elektron pada cincin aromatik. Berdasarkan hasil
yang diperoleh, tersubstitusinya gugus sulfonat pada membran PSS terjadi pada
posisi orto dan para yang didukung dengan pencirian gugus fungsi. Posisi para
menunjukkan tidak adanya halangan sterik antara gugus stirena dengan gugus
sulfonat, sedangkan posisi orto menunjukkan adanya halangan sterik antara gugus
stirena dengan gugus sulfonat. Reaksi sulfonasi yang terjadi pada posisi orto dan
para dilakukan selama 2 jam pada suhu 80 °C dalam ruang asam. Reaksi sulfonasi
pada posisi para ditunjukkan pada Gambar 2.

6

Gambar 2 Reaksi polistirena tersulfonasi pada posisi para
Substitusi pada posisi para menyebabkan PSS dapat berikatan silang dengan
sesamanya dan membentuk PSS dalam bentuk anhidrat (Gambar 3). Hal ini
berguna untuk proses penukaran proton dan membuat membran lebih higroskopis.

Gambar 3 Ikatan silang polistirena tersulfonasi posisi para
Proses sulfonasi berlangsung homogen karena dilakukan pada fase yang
sama antara larutan polistirena dan –SO3 dari asam sulfat pekat. Adanya gugus
sulfonat menyebabkan polimer bersifat hidrofilik, sehingga kemampuan menyerap
air menjadi lebih besar yang berfungsi sebagai media perpindahan proton yang
dapat meningkatkan nilai konduktivitas proton. Proses sulfonasi larutan
polistirena yang berbentuk cairan kental (Gambar 4a) dalam ruang asam
menghasilkan padatan berwarna putih (Gambar 4b). Padatan tersebut dipisahkan
dari asam sulfat pekat sisa reaksi. Kemudian dicuci menggunakan akuades hingga
pH netral dan dikeringudarakan selama 24 jam pada suhu ruang.

7

(a)

(b)

Gambar 4 Larutan polistirena sebelum (a) dan sesudah (b) proses sulfonasi
Selanjutnya, padatan PSS dilarutkan dalam diklorometana agar menjadi pasta.
Pasta PSS ini segera dicetak pada pelat kaca dan dikeringudarakan untuk
menghilangkan pelarutnya. Membran komposit dihasilkan dengan mencampurkan
padatan PSS dengan SiO2 dalam berbagai variasi konsentrasi (3%, 5%, dan 7%)
yang dilarutkan dalam diklorometana dan kemudian dicetak menggunakan pelat
kaca. Membran dari ketiga konsentrasi SiO2 tidak menunjukkan perbedaan fisik
yang signifikan.

Pencirian Membran
FTIR
Ukuran keberhasilan sulfonasi dan penambahan komposit SiO2 dibuktikan
dengan analisis gugus fungsi menggunakan spektrofotometer inframerah
transformasi fourier. Spektrum PS menunjukkan puncak serapan dengan adanya
ikatan C-H pada cincin aromatik pada bilangan gelombang 3040.91 cm-1 (Gambar
5a). Membran PSS menunjukkan serapan gugus hidroksil (-OH) pada bilangan
gelombang 3587.75 cm-1 (Gambar 5b), berupa pita lebar yang tidak ditemukan
pada polistirena (Pavia et al. 2001). Hal ini membuktikan adanya ikatan O-H pada
gugus SO3H. Serapan gugus sulfonat diperoleh pada bilangan gelombang 1007.85
cm-1 untuk vibrasi regang –SO3 dan 1227.74 cm-1 untuk vibrasi regang -S=O
(Gambar 5b). Gugus alkil pada cincin aromatik yang berupa rantai karbon
polistirena merupakan gugus pengarah orto dan para. Serapan pada bilangan
gelombang 841.00 cm-1 (Gambar 5b) mencirikan gugus sulfonat tersebut berikatan
pada cincin aromatik di posisi para, sedangkan posisi orto ditunjukkan oleh
bilangan gelombang 767.70 cm-1 (Gambar 5b) (Pavia et al. 2001).

8

sulfonasi
silika
polistiren

902.72

4000
3500
polistirene-sulf onasi

2500

2000

1750

1500

1250

1000

684.76
647.15

909.48

750

589.28

710.80

904.65

841.00

1022.32

-SO3

b
767.70
760.95

-S=O3

1007.85

1197.85
1227.74

1446.67

1365.66

1603.88
1597.13

C-H

3000

a

p-SO3
o-SO3

1737.94

1806.41

1875.85

2860.56

3040.91
3030.30

3587.75

1947.22

1668.50

O-Si-O

-OH

c

757.09

1012.67

1228.71

1436.07

1353.12

1595.20

1722.51

1804.48

1946.26

3027.41

1873.93

%T

500
1/cm

Gambar 5 Spektrum inframerah membran PS (a), PSS (b), dan PSS–SiO2 7% (c)
Spektrum membran komposit PSS–SiO2 7% (Gambar 5c) menunjukkan
serapan pada 1012.67 cm-1 yang menunjukkan puncak serapan khas untuk gugus
fungsi O-Si-O (Pavia et al. 2001). Spektrum komposit PSS–SiO2 7% tidak
menunjukkan terbentuknya gugus baru, yang menandakan bahwa pencampuran
terjadi secara fisik.

Derajat Sulfonasi
Keberhasilan sulfonasi dapat ditunjukkan dengan derajat sulfonasi (DS).
Derajat sulfonasi ditentukan dengan metode titrasi asam-basa. Besarnya nilai DS
menandakan banyaknya gugus sulfonat (-SO3) yang mensubstitusi atom –H pada
gugus aromatik. Berdasarkan Lampiran 2 derajat sulfonasi yang dihasilkan
dengan penambahan konsentrasi PS 5%, 10%, dan 15% berturut-turut sebesar
73.52%, 80.01%, dan 81.13%. Nilai DS menunjukkan kemampuan menyerap air
pada membran yang berfungsi sebagai media perpindahan proton. Semakin tinggi
konsentrasi PS maka akan semakin besar nilai derajat sulfonasi yang dihasilkan.
Namun, PS 10% menghasilkan nilai derajat sulfonasi yang tidak jauh berbeda
dengan PS 15% dengan kenaikan sebesar 1.12% (Gambar 6). Hal ini
menunjukkan bahwa pada konsentrasi tersebut gugus sulfonat yang terbentuk
sudah maksimal sehingga penambahan PS dengan konsentrasi yang lebih tinggi
akan menghasilkan nilai DS yang tidak signifikan. Konsentrasi PS yang memiliki
nilai DS tertinggi digunakan untuk tahap pembuatan membran komposit.

9

DS (%)

85
80

80.01

81.13

10

15

73.52

75
70
65
5

Konsentrasi PS (%)
Gambar 6 Derajat sulfonasi pada membran PSS

Water Uptake

Water uptake (%)

Pengujian water uptake dilakukan untuk mengukur kemampuan membran
dalam menyerap air, karena air pada membran berfungsi sebagai media transport
proton (H+) yang erat kaitannya dengan konduktivitas proton. Water uptake
dilakukan pada PSS 15% dengan penambahan SiO2 3%, 5%, dan 7%. Lampiran 3
memperlihatkan terjadi peningkatan bobot membran setelah perendaman yang
dinyatakan sebagai bobot basah. Hal ini menunjukkan bahwa membran
mempunyai kemampuan untuk mengikat air bebas meskipun penambahan
bobotnya tidak signifikan. Gambar 7 menunjukkan nilai water uptake yang
dihasilkan pada membran PS lebih kecil dibandingkan dengan PSS. Hal ini
disebabkan terjadinya perubahan sifat membran dari hidrofobik menjadi
hidrofilik, sehingga semakin banyak kandungan air yang terserap di dalam
membran. Penyerapan oleh membran akan mempengaruhi perpindahan proton.
Membran komposit PSS–SiO2 7% memiliki nilai water uptake tertinggi sebesar
73.94% dengan peningkatan sebesar 86.72% dari nilai water uptake PSS.
Penambahan komposit akan meningkatkan kemampuan membran dalam
menyerap air. Semakin tinggi penambahan SiO2 maka semakin besar daya serap
membran tersebut sehingga air yang terserap ke dalam membran akan semakin
banyak. Suatu polimer akan mengembang ketika molekul-molekul pelarut
menembus jaringannya (Stevens 2007).
80
60

39.6

50.53

62.31

73.94

40
20

3.18

0
A

B

C

D

E

Membran
Gambar 7 Water uptake pada membran A (PS), B (PSS 15%), C, D, dan E
berturut-turut PSS–SiO2 dengan konsentrasi berturut-turut sebesar 3%,
5%, dan 7%

10

Bobot Jenis Membran

Bobot Jenis (g/mL)

Penentuan bobot jenis dilakukan menggunakan metode piknometri.
Pengukuran dilakukan untuk menentukan kerapatan dan keteraturan molekul
dalam menempati ruang dari membran yang dihasilkan. Semakin tinggi nilai
bobot jenis maka semakin tinggi tingkat kerapatan dan keteraturan molekul dalam
membran tersebut (Kemala et al. 2011). Namun, tersubstitusinya gugus sulfonat
yang cukup besar pada posisi orto mempengaruhi struktur PS yang teratur
menjadi kurang teratur atau acak serta memungkinkan terjadinya interaksi
antarmolekul (Pramono et al. 2012). Berdasarkan data bobot jenis pada Lampiran
4, membran PSS memiliki nilai bobot jenis yang lebih tinggi dibandingkan PS.
Hal ini karena adanya gugus sulfonat yang menyebabkan struktur dari PSS
menjadi lebih rapat dibandingkan PS. Gambar 8 memperlihatkan nilai bobot jenis
yang semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi SiO2. PSS–
SiO2 7% menghasilkan nilai bobot jenis tertinggi sebesar 1.8274 g/mL. Hal ini
disebabkan penambahan komposit SiO2 juga dapat meningkatkan kerapatan
membran karena fungsinya sebagai pengisi pori-pori PSS.
2
1,5

1.5793

1.6240

1.7365

1.8274

1.2719

1
0,5
0
PS

PSS

PSS-SiO2 PSS-SiO2 PSS-SiO2
3%
5%
7%

Membran
Gambar 8 Bobot jenis berbagai membran

Permeabilitas Metanol
Permeabilitas metanol diuji secara kualitatif untuk mengetahui adanya
methanol crossover dalam membran. Methanol crossover merupakan
ketidakmampuan membran untuk menahan metanol akibat proses difusi
molekular dari anode ke katode yang dapat menyebabkan hilangnya sebagian
kecil bahan bakar yang digunakan dan menyebabkan laju reaksi di katode menjadi
lambat yang berarti menurunkan kinerja voltase sel secara keseluruhan
(Handayani dan Dewi 2009). Berdasarkan hasil pengujian membran PS, PSS,
PSS–SiO2 (3%, 5%, dan 7%) mampu menahan methanol crossover yang
ditunjukkan dengan tidak terdifusinya metanol pada permukaan bawah membran,
artinya membran tersebut baik digunakan untuk aplikasi Direct Methanol Fuel
Cell.

11

Konduktivitas Proton

Konduktivitas proton
σ 10-4 S/cm)

Membran polimer elektrolit yang baik digunakan untuk aplikasi DMFC
seharusnya memiliki permeabilitas metanol yang rendah dan memiliki
konduktivitas proton yang tinggi (Shin et al. 2005). Penentuan konduktivitas
proton menggunakan alat impedance analyzer LCR-meter dengan elektrode
karbon. Penentuan dilakukan pada membran PS, PSS, PSS-SiO2 3%, PSS-SiO2
5%, dan PSS-SiO2 7% dengan membandingkan antara membran aktivasi dan
nonaktivasi (Lampiran 5).
Membran yang diaktivasi menggunakan H2O2 dan H2SO4 memiliki nilai
konduktivitas proton yang lebih tinggi dibandingkan membran nonaktivasi. Hal
ini terjadi karena membran yang diaktivasi dengan berbagai oksidator kuat
tersebut memiliki gugus penghantar proton yang lebih aktif sehingga
konduktivitas protonnya akan semakin meningkat. Berdasarkan Lampiran 5, PSS
dengan penambahan zat aditif dapat meningkatkan nilai konduktivitas proton.
Sebaliknya, semakin tinggi konsentrasi SiO2 pada membran baik yang diaktivasi
maupun nonaktivasi justru menurunkan nilai konduktivitas proton.
Gambar 9 menunjukkan PSS–SiO2 3% memiliki konduktivitas proton
tertinggi dibandingkan membran yang lain. PSS–SiO2 3% nonaktivasi
menghasilkan konduktivitas proton sebesar 1.812 × 10-4 S/cm, sedangkan
penambahan SiO2 5% dan 7% menurun sebesar 0.82% dan 3.51% (Lampiran 6).
PSS–SiO2 3% yang diaktivasi sebesar 2.112 × 10-4 S/cm, sedangkan penambahan
SiO2 5% dan 7% menurun sebesar 7.20% dan 5.56% (Lampiran 6). Hal ini
menunjukkan bahwa penambahan zat aditif yang berlebih dapat menyebabkan
tertutupnya gugus sulfonat sebagai penghantar proton sehingga akan menurunkan
nilai konduktivitas proton. Nilai konduktivitas proton yang diperoleh pada
penelitian ini lebih tinggi jika dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan
Anggraeni dan Rani (2013), yaitu membran PSS–natrium alginat 3% dan PSSzeolit 5% yang secara berturut-turut memiliki nilai konduktivitas proton sebesar
4.1825 × 10-6 S/cm dan 2.0339 × 10-6 S/cm. Semakin besar konduktivitas proton
yang dihasilkan, maka membran tersebut semakin baik digunakan dalam sistem
sel bahan bakar. Berdasarkan hasil yang diperoleh pada membran PSS–SiO2 3%
baik nonaktivasi maupun yang diaktivasi, nilai tersebut masih lebih kecil
dibanding konduktivitas membran Nafion® yaitu sebesar 8.6 × 10-2 S/cm (Smitha
et al. 2005).
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
A

B

C

E

Membran
Nonaktivasi

Gambar 9

D
Aktivasi

Konduktivitas proton pada membran A (PS), B (PSS 15%), C, D,
dan E berturut-turut PSS–SiO2 dengan konsentrasi 3%, 5%, dan 7%

12

Uji Aplikasi Sistem DMFC
Membran elektrolit yang dihasilkan diuji pada sistem DMFC. Uji ini
dilakukan pada sebuah bejana yang terdiri atas 2 kompartemen. Kompartemen A
(anode) berisi larutan metanol yang berfungsi sebagai bahan bakar, sedangkan
kompartemen B (katode) berisi larutan kalium ferisianida dalam buffer fosfat
(Gambar 10).

Gambar 10 Bejana pada sistem DMFC
Dalam DMFC metanol langsung diubah menjadi energi listrik melalui
proses kimia dengan menggunakan membran sebagai penghalang selektif (Marita
2011). Proses oksidasi metanol menghasilkan elektron, proton, dan gas CO2. Gas
CO2 dikeluarkan dari sistem, sementara proton bergerak melewati membran
menuju katode kemudian bereaksi dengan O2 dan menghasilkan air, sedangkan
tumpukan elektron di anode akan mengalir ke katode dengan menghasilkan beda
potensial (Marita 2011). Fe3+ dari larutan K3Fe(CN)6 akan tereduksi menjadi Fe2+
oleh aliran elektron dari anode tersebut dengan ditandai timbulnya warna kuning
kehijauan pada larutan. Berikut reaksi yang terjadi dalam sistem.
Reaksi 1:
Anoda
: CH3OH(l) + H2O(l)  CO2(g)+ 6H++ 6eKatoda
: 3/2 O2(g) + 6H++ 6e-  3H2O(l)
Reaksi keseluruhan : CH3OH(l) + 3/2 O2(g)  CO2(g) + 2H2O(l)
(Kundu dan Sharma 2007)
Reaksi 2:
Reduksi
Oksidasi

: Fe3+ + e- Fe2+
: Fe  Fe2+ + 2e-

E° = 0.77 V
E° = 0.44 V

Nilai masing-masing beda potensial pada berbagai membran dapat dilihat
pada Lampiran 7. Gambar 11 menunjukkan membran PSS–SiO2 3 %
menghasilkan nilai beda potensial tertinggi dalam sistem DMFC sebesar 79.3 mV.
Nilai tersebut jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan penelitian yang
dilakukan Anggraeni dan Rani (2013) terhadap pengaruh penambahan jenis
komposit yang berbeda pada membran PSS, yaitu membran PSS–natrium alginat
3% dan PSS-zeolit 5% yang secara berturut-turut bernilai 20 mV dan 15 mV.
Penambahan SiO2 meningkatkan nilai beda potensial dibandingkan tanpa
penambahan SiO2. Akan tetapi, jika konsentrasinya ditingkatkan lagi maka terjadi
penurunan kembali. Hal Ini berbanding lurus dengan nilai konduktivitas proton.

Beda potensial (mV)

13

100
79.3

80

63.5

60
40

29.4

33.9

PS

PSS

58.3

20
0
PSS-SiO2 PSS-SiO2 PSS-SiO2
3%
5%
7%

Membran
Gambar 11 Beda potensial pada berbagai membran yang telah diaktivasi
Arus yang dihasilkan dapat diperoleh dengan mengkonversi nilai beda
potensialnya (Lampiran 7). Gambar 12 menunjukkan nilai arus yang dihasilkan
pada sistem DMFC. Penambahan komposit dan gugus sulfonat dapat
meningkatkan arus yang dihasilkan, hal ini dikarenakan arus berbanding lurus
dengan beda potensial. Nilai arus yang dihasilkan menunjukkan banyaknya
muatan listrik akibat pergerakan elektron pada sistem DMFC. Semakin banyak
elektron yang bergerak maka nilai kuat arus yang dihasilkan akan semakin tinggi.
0.0458

Kuat arus (A)

0,05

0.0351

0,04

0.0312

0,03
0,02
0,01

0.0099
0.0038

0
PS

PSS

PSS-SiO2 PSS-SiO2 PSS-SiO2
3%
5%
7%

Membran
Gambar 12 Nilai arus yang dihasilkan membran

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Membran komposit polistirena tersulfonasi-SiO2 dapat diaplikasikan dalam
Direct Methanol Fuel Cell dengan nilai konduktivitas proton dan beda potensial
yang diperoleh berturut-turut sebesar 2.112 × 10-4 S/cm dan 79.3 mV tanpa
adanya methanol crossover.

14

Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut meliputi uji Differential Scanning
Calorimetry (DSC) untuk analisis uji ketahanan membran terhadap suhu tinggi
dan uji X-Ray Diffraction (XRD) untuk mengukur kristalinitas membran yang
dapat mempengaruhi nilai konduktivitas proton membran.

DAFTAR PUSTAKA
Anggraini Y. 2013. Membran komposit polistirena tersulfonasi-natrium alginat
untuk aplikasi direct methanol fuel cell [skripsi]. Bogor (ID): Institut
Pertanian Bogor.
Arico AS, Baglio V, Di Blasi A, Creti P, Antonucci PL, Antonucci V. 2003.
Influence of the acid-base characteristics of inorganic fillers on the high
temperature performance of composite membranes in direct methanol fuel
cells.
Solid
State
Ionics.
161(3-4):251-256.doi:10.1016/S01672738(03)00283-2.
Azimi M. 2011. Preparation of N, N-dichloropolystyrene sulfonamide nanofiber
as a regenerable self-decontaminating material for protection against
chemical warfare agents. IJND. 2(4):253-259. ISSN: 2008-8868.
[BPOM] Badan Pengawas Obat dan Makanan. 2008. Kemasan Polistirena Foam
(Styrofoam). Jakarta (ID): BPOM.
Cho SA, Oh IH, Kim HJ, Ha HY, Hong SA, Ju JB. 2005. Surface modified
Nafion® membrane by ion beam bombardment for fuel cell aplications. J
Power Sources. 155(2):286-290.doi:10.1016/j.jpowsour.2005.05.040.
Cowd MA. 1991. Kimia Polimer. Firman H, penerjemah; Padmawinata K, editor.
London (UK): J Murray. Terjemahan dari: Polymer Chemistry.
Dewi EL, Handayani S. 2007. Karakterisasi komposit hidrokarbon polimer
tersulfonasi (sABS-Z) sebagai alternatif polielektrolit untuk fuel cell. JSMI.
43(1):1-4. ISSN:1411-1098
Evaani DY, Sari EC. 2012. Sintesis dan pemanfaatan kitosan–alginat sebagai
membran ultrafiltrasi ion K+. UNESA J Chem. 1(2):1-7.
Handayani S. 2009. Membran elektrolit berbasis polieter-eter keton tersulfonasi
untuk direct methanol fuel cell suhu tinggi [disertasi]. Jakarta (ID):
Universitas Indonesia.
Handayani S, Dewi EL. 2008. Pengaruh suhu operasi terhadap karakteristik
membran elektrolit polieter eter keton tersulfonasi. JSMI. 8(2):43-47.
Handayani S, Dewi EL. 2009. Blending akrilonitril butadiena stiren dengan
polietereterketon tersulfonasi untuk sel bahan bakar metanol langsung.
Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia–SNTKI. ISBN 978-979-983001-2.
Hendrana S, Pujiastuti S, Sudirman, Rahayu I, Rustam YH. 2007. Pengaruh suhu
dan tekanan proses pembuatan konduktivitas ionik membran PEMFC
berbasis polstirena tesulfonasi. JSMI. 8(3):187-191.
Hendrawan. 2007. Sulfonasi film cPTFE tercangkok stirena untuk membran
penghantar proton sel bahan bakar. Makara Teknol. 11(1):36-42.

15

Kemala T, Sjahriza A, Felani N. 2011. Sifat mekanis polipaduan polistirena pati
menggunakan zat pemlastis epoksida minyak jarak pagar. Di dalam: Delvira
N, editor. Prosiding Seminar Himpunan Kimia Indonesia; 2011 Jul 18-19;
Pekanbaru, Indonesia. Pekanbaru (ID): Dewan Riset Nasional. ISSN: 20864310.
Kundu PP, Sharma Vinay. 2007. Composites of proton-conducting polymer
electolyte membrane in direct methanol fuel cels. Critical Reviews in Solid
State and Materials Sciences. 32:51-66.doi:10.1080/10408430701364354
Li L, Xu L, Wang Y. 2003. Novel proton conducting composite membranes for
direct methanol fuel cell. Mat Lett. 57(8):1406-1410.doi:10.1016/S0167577X(02)00998-9.
Liu Q, Song L, Zhang Z, Liu X. 2010. Preparation and characterization of the
PVDF-based composite membrane for direct methanol fuel cell. IJEE.
1:643-656. ISSN 2076-2909
Marita IM. 2011. Pembuatan dan karakterisasi komposit membran PEEK
silika/clay untuk aplikasi direct methanol fuel cell (DMFC) [tesis].
Semarang (ID): Universitas Diponegoro.
McMurry J. 2008. Organic Chemistry. Washington (US): Thomson Learning.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS. 2001. Introduction to Spectroscopy. Ed ke-3.
Washington (US): Thomson Learning.
Pramono E, Wicaksono A, Priyadi, Wulansari J. 2012. Pengaruh derajat sulfonasi
terhadap degradasi termal polistirena tersulfonasi. IJAP. 2(2):157-163.
Rani YS. 2013. Membran komposit polistirena tersulfonasi-zeolit untuk aplikasi
direct methanol fuel cell [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Shin JP, Chang BJ, Kim JH, Le SB, Suh DH. 2005. Sulfonated polystyrene/PTFE
composite
membrane.
J
Membr
Sci.
251(1):247254.doi:10.1016/j.memsci.2004.09.050.
Smitha B, Sridhar S, Khan AA. 2005. Solid polymer electrolyte membranes for
fuel cell applications—a review. J Membr Sci. 259(1):10-26.
doi:10.1016/j.memsci.2005.01.035
Sopian K, Daud WRW. 2005. Challenges and future developments in proton
exchange membrane fuel cells. Renewable energy 31(5):719727.doi:10.1016/j.renene.2005.09.003
Stevens M. 2007. Kimia Polimer. Sopyan I, penerjemah. Jakarta (ID): Pradnya
Pramita. Terjemahan dari: Polymer Chemistry: An Introduction.
Suhada H. 2001. Fuel cell sebagai penghasil energi abad 21. J Tek Mes. 3(2):92100.
Wisojodharmo LA, Dewi LE. 2008. Pembuatan membrane electrode assembly
(MEA) dengan katalis platina karbon pada PEMFC. Di dalam:
Wisojodharmo LA, editor. Prosiding Seminar Teknologi; 2008 Nov 22;
Yogyakarta, Indonesia. Yogyakarta (ID): BPPT. hlm 105-108.

16

LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Polistirena
Ditambahkan ke dalam
asam sulfat pekat pada
suhu 80 ºC selama 2 jam
Polistirena
tersulfonasi (PSS)
Penambahan SiO2
Membran
PSS-SiO2

Pencirian membran

Aktivasi membran

FTIR

Kualitatif

Permeabilitas
metanol

Kuantitatif







Derajat sulfonasi
Water uptake
Bobot jenis
Konduktivitas proton
Uji aplikasi DMFC

17

Lampiran 2 Derajat sulfonasi membran
Volume HCl (mL)
Bobot
Derajat
membran (g)
awal
akhir terpakai Sulfonasi (%)
PSS 5 %
0.1000
25.00
33.90
8.90
73.52
PSS 10 %
0.1027
22.20
31.00
8.80
80.01
PSS 15 %
0.1007
0.00
8.80
8.80
81.13
Contoh perhitungan membran PSS 5%:
Membran

Diketahui:
Volume NaOH 1 N
V awal = V HCl blanko
Vakhir = V HCl terpakai
BE SO3
Standardisasi HCl
V NaOH × N NaOH
10 mL × 1.0000 N
N HCl

= 10.00 mL
= 9.80 mL
= 8.90 mL
= 80.06 g/ek

= V HCl ×V HCl
= 9.80 mL × N HCl
= 1.0204 N

w
-

⁄

⁄

18

Lampiran 3 Water uptake membran
Water
Rerata
uptake water uptake
kering
basah
(%)
(%)
1
0.0062
0.0063
1.6129
PS
2
0.0063
0.0065
3.1746
3.18
3
0.0063
0.0066
4.7619
1
0.0015
0.0020 33.3333
PSS
2
0.0020
0.0028 40.0000
39.60
3
0.0022
0.0032 45.4545
1
0.0056
0.0086 53.5714
PSS–SiO2 3%
2
0.0044
0.0068 54.5455
50.53
3
0.0046
0.0066 43.4783
1
0.0064
0.0113 76.5625
PSS–SiO2 5%
2
0.0080
0.0123 53.7500
62.31
3
0.0053
0.0083 56.6038
1
0.0092
0.0163 77.1739
PSS–SiO2 7%
2
0.0086
0.0145 68.6047
73.94
3
0.0071
0.0125 76.0563
Contoh perhitungan membran PSS–SiO2 7% ulangan 1:
Bobot, w (g)

Membran

Ulangan

–
–

Water uptake = 77.1739%

= 73.94%

19

Lampiran 4 Bobot jenis membran
Bobot, w (g/mL)
Membran

Ulangan

PS

PSS

PSS–SiO2 3%

PSS–SiO2 5%

PSS–SiO2 7%

1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3

w0

w1

w2

w3

10.9905
10.9905
10.9905
10.9765
10.9765
10.9765
10.9975
10.9975
10.9975
10.9868
10.9868
10.9868
10.9918
10.9918
10.9918

11.1991
11.1746
11.2098
11.0132
11.0084
11.0098
11.0082
11.0093
11.0078
11.0023
11.0015
11.0075
11.0152
11.0148
11.0138

36.6962
36.7097
36.7197
36.5612
36.5523
36.5534
36.6142
36.6152
36.6139
36.5965
36.5963
36.5973
36.5926
36.5918
36.5906

36.6649
36.6649
36.6649
36.5434
36.5434
36.5434
36.6102
36.6102
36.6102
36.5896
36.5896
36.5896
36.5813
36.5813
36.5813

Contoh perhitungan untuk membran PS ulangan 1:
Diketahui:
Suhu pada percobaan 30 oC
Bobot jenis air (d1) = 0.99623 g/mL
Bobot jenis udara (da) = 0.00125 g/mL

–

d = 1.1719 g/mL

Bobot
jenis, d
(g/mL)
1.1719
1.3162
1.3277
1.9333
1.3812
1.4233
1.5902
1.7278
1.5540
1.7945
1.8295
1.5856
1.9254
1.8320
1.7248

Rerata
d
(g/mL)
1.2719

1.5793

1.6240

1.7365

1.8274

20

Lampiran 5 Konduktivitas proton membran dengan aktivasi maupun nonaktivasi
Membran

Perlakuan

Konduktans, G K
u v ,σ
-3
( × 10 S)
( × 10-4 S/cm)

PS
84.45
PSS
111.41
PSS–SiO2 3%
Nonaktivasi
127.57
PSS–SiO2 5%
126.48
PSS–SiO2 7%
122.08
PS
115.22
PSS
126.00
PSS–SiO2 3%
Aktivasi
148.65
PSS–SiO2 5%
137.93
PSS–SiO2 7%
130.31
Luas permukaan membran, A = 3.52 cm2
Tebal membran, L
= 0.005 cm
Contoh perhitungan membran PS nonaktivasi:
σ
σ
σ

1.200 × 10-4 S/cm

1.200
1.583
1.812
1.797
1.734
1.637
1.790
2.112
1.960
1.851
Parameter:
Frekuensi
CC
V-lim
Range
Open
Short

: 100.00 kHz
: 0.50 mA
: 5.000 V
: u
Ω
: Off
: Off

Lampiran 6 Data persentase peningkatan konduktivitas proton membran
Konduktivitas
Peningkatan
( × 10-4 S/cm)
konduktivitas (%)
Nonaktivasi Aktivasi Nonaktivasi Aktivasi
PS
1.200
1.637
0
0
PSS
1.583
1.790
31.92
9.35
Karbon
PSS-SiO2 3%
1.812
2.112
14.46
17.99
PSS-SiO2 5%
1.797
1.960
- 0.82
- 7.20
PSS-SiO2 7%
1.734
1.851
- 3.51
- 5.56
Keterangan: tanda (-) menunjukkan persentase penurunan konduktivitas proton
Elektrode

Membran

Contoh perhitungan peningkatan konduktivitas akibat penambahan gugus sulfonat
(elektrode karbon, membran PSS nonaktivasi):
Peningkatan (%) =
Peningkatan (%) =

= 31.92%

21

Lampiran 7 Beda potensial dan arus listrik dalam sistem DMFC
Konduktans, G
Beda potensial, V
(S)
(mV)
PS
0.1283
29.4
PSS
0.2910
33.9
PSS-SiO2 3%
0.5777
79.3
PSS-SiO2 5%
0.5533
63.5
PSS-SiO2 7%
0.5346
58.3
Contoh perhitungan pada membran PSS:
Membran

I=G×V

х
I = 0.0099 Ampere

Arus listrik, I
(Ampere)
0.0038
0.0099
0.0458
0.0351
0.0312

22

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tangerang pada tanggal 27 Februari 1991 dari ayah
Rasim dan ibu Asnariyah. Penulis adalah putra kelima dari lima bersaudara.
Tahun 2006 penulis lulus dari SMPN I Sepatan. Tahun 2009 penulis lulus dari
MA Negeri Mauk Tangerang dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi
masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB
(USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam.
Selama masa perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum Kimia
Fisik (mayor) pada tahun ajaran 2012/2013 dan asisten praktikum Kimia Fisik
(layanan) pada tahun ajaran 2013/2014. Selain itu, penulis juga aktif mengajar di
Serambi Belajar Cipta Cendekia (SBCC) Bukit Cimanggu City dari tahun 2011
sampai 2012 dan di Bimbingan Konseling dan Belajar (BKB) Nurul Fikri dari
awal tahun 2013 sampai sekarang. Penulis juga pernah aktif sebagai ketua Komisi
I DPM TPB IPB (2009-2010), ketua departemen Class Rohis Management
(CRM) (2010-2011) dan ketua departemen Human Resource Development (HRD)
(2011-2012) Serum-G FMIPA IPB. Bulan Juli sampai Agustus 2013 penulis
melaksanakan Praktik Lapangan di Balai Besar Penelitian Veteriner (BBalitvet)
Bogor dengan judul Analisis Residu Senyawa Trenbolon dalam Daging dan Hati
Sapi Impor.
Penulis juga aktif dalam mengikuti perlombaan. Beberapa prestasi yang
diraih oleh penulis antara lain ialah Juara I bidang Qi ’ h S b’ h dan Juara II
bidang T ilil Q ’ n pada ajang Musabaqah Tilawatil Q ’ n (MTQ) tingkat
IPB VI tahun 2013, Juara II bidang Til
il Q ’ n pada Musabaqah Tilawatil
Q ’ n (MTQ) tingkat IPB V tahun 2011 serta pernah menjadi Kafilah IPB
bidang Sy hil Q ’ n dalam ajang M s b q h Til
il Q ’ n Mahasiswa
Nasional (MTQMN) XII di Universitas Muslim Indonesia (UMI) Makassar tahun
2011.