Membrane electrode assembly komposit polistirena tersulfonasi-natrium alginat untuk aplikasi direct methanol fuel cell

MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY KOMPOSIT
POLISTIRENA TERSULFONASI-NATRIUM ALGINAT
UNTUK APLIKASI DIRECT METHANOL FUEL CELL

DITA IRYANI

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

4

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Membrane Electrode
Assembly Komposit Polistirena Tersulfonasi-Natrium Alginat 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, Agustus 2014
Dita Iryani
NIM G44100050

ii

ABSTRAK
DITA IRYANI. Membrane Electrode Assembly Komposit Polistirena
Tersulfonasi-Natrium Alginat untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell.
Dibimbing oleh ARMI WULANAWATI dan SRI MULIJANI.
Kinerja membran polimer elektrolit dapat ditingkatkan dengan membuat
membrane electrode assembly (MEA). MEA berbasis membran komposit
polistirena tersulfonasi-natrium alginat (PSS-natrium alginat) dibuat dengan
mencetak membran komposit teraktivasi bersamaan dengan lapisan katalis Ag/C
20% pada suhu 120-125 °C selama 3 menit. Keberhasilan pembuatan MEA
terlihat dari morfologinya yang dicirikan menggunakan mikroskop elektron

pemayaran (SEM) dengan terbentuknya lapisan karbon dan membran pada
penampang lintang MEA. MEA berbasis PSS-natrium alginat memiliki
konduktivitas proton tertinggi, yaitu 2.672 × 10-4 S/cm atau meningkat 83% dari
membran PSS-natrium alginat. Hal ini menunjukkan MEA PSS-natrium alginat
dapat diaplikasikan pada sistem direct methanol fuel cell dan menghasilkan beda
potensial sebesar 423 mV.
Kata kunci: komposit, membrane electrode assembly, natrium alginat, polistirena
tersulfonasi, sel bahan bakar metanol.

ABSTRACT
DITA IRYANI. Membrane Electrode Assembly Based on Composite of
Sulfonated Polystyrene-Sodium Alginate for Direct Methanol Fuel Cell.
Supervised by ARMI WULANAWATI and SRI MULIJANI.
Polymer electrolyte membrane performance could be enhanced by
producing a membrane electrode assembly (MEA). MEA based on composite of
sulfonated polystyrene and sodium alginate (SPS-sodium alginate) was made by
pressing an activated composite membrane with 20% Ag/C catalyst layer at 120125 °C for 3 minutes. The success of preparing MEA represented by its
morphology as characterized using scanning electron microscope (SEM) with the
formation of carbon and membrane layers on its cross section. MEA based on
SPS-alginate showed the highest proton conductivity of 2.627 × 10-4 S/cm, or

increased of 83% as compared with the SPS-alginate membrane. The result
indicated that MEA based on SPS-alginate could be applied to direct methanol
fuel cell system and produced a potential difference of 423 mV.
Keywords: composite, direct methanol fuel cell, membrane electrode assembly,
sodium alginate, sulfonated polystyrene.

iv

MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY KOMPOSIT
POLISTIRENA TERSULFONASI-NATRIUM ALGINAT
UNTUK APLIKASI DIRECT METHANOL FUEL CELL

DITA IRYANI

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
2014

vi

Judul Skripsi

Nama
NIM

: Membrane Electrode Assembly Komposit Polistirena
Tersulfonasi-Natrium Alginat untuk Aplikasi Direct
Methanol Fuel Cell
: Dita Iryani
: G44100050

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:

viii

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas berkat limpahan
rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul

Membrane Electrode Assembly Komposit Polistirena Tersulfonasi-Natrium
Alginat untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell. Karya Ilmiah ini disusun
berdasarkan penelitian yang dilaksanakan pada bulan Februari hingga Mei 2014 di
Laboratorium Kimia Fisik Departemen Kimia IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Armi Wulanawati, SSi, MSi
dan Ibu Dr Sri Mulijani, MS selaku pembimbing atas bimbingan, semangat dan
dukungan yang diberikan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis
sampaikan kepada orang tua penulis atas doa, dukungan, dan pengertiannya serta
pihak-pihak di Laboratorium Kimia Fisik, antara lain Pak Mail dan Ibu Ai. Pak
Yani selaku staf Laboratorium Fisika Membran, serta Mbak Prita (UIN Jakarta)
atas bantuannya selama melaksanakan penelitian. Terima kasih juga penulis
ucapkan kepada Eva, Vallian, Ginna, Hawari, dan Suci selaku teman seperjuangan
yang selalu membantu dan memberi semangat, serta Ignasius Setiadi dan temanteman kimia 47 lainnya atas doa, bantuan, dan semangat yang diberikan.
Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu
pengetahuan.

Bogor, Agustus 2014

Dita Iryani

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR

x

DAFTAR LAMPIRAN

x

PENDAHULUAN

1

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Metode
Sintesis Polistirena Tersulfonasi (PSS)
Penentuan Derajat Sulfonasi
Pembuatan Membran Komposit

Pengukuran Bobot Jenis
Pengukuran Water Uptake
Pembuatan Membrane Electrode Assembly
Pencirian Membran
Analisis FTIR
Analisis SEM
Pengukuran Permeabilitas Metanol
Pengukuran Konduktivitas Proton
Uji Aplikasi Sistem DMFC

2
2
2
2
2
3
3
3
3
4

4
4
4
4
4

HASIL DAN PEMBAHASAN
Membran Komposit Polistirena Tersulfonasi-Natrium Alginat
Water Uptake
Bobot Jenis
Analisis Gugus Fungsi
Pembuatan Membrane Electrode Assembly
Analisis Morfologi Membran
Permeabilitas Metanol
Konduktivitas Proton
Uji Aplikasi Sistem DMFC

5
5
7

8
8
9
10
12
12
13

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

14
14
14

DAFTAR PUSTAKA

14

LAMPIRAN

16

x

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Reaksi sulfonasi posisi para
Ikatan silang polistirena tersulfonasi posisi para
Struktur alginat
Membran PSS dan PSS-natrium alginat
Persentase rerata water uptake
Rerata bobot jenis membran PS, PSS, dan PSS-natrium alginat
Spektrum inframerah PS, PSS, natrium alginat, dan PSS-natrium alginat
Lapisan elektrode berkatalis dan MEA PSS-natrium alginat
Morfologi permukaan dan penampang lintang membran PSS-natrium
alginat pada perbesaran 10000×
10 Morfologi permukaan dan penampang lintang membran PSS-PTFE
pada perbesaran 10000×
11 Morfologi penampang lintang MEA PS, PSS, PSS-natrium alginat pada
perbesaran 10000×
12 Konduktivitas proton membran PSS-natrium alginat pada elektrode
karbon dan logam
13 Peningkatan konduktivitas proton pada elektrode karbon dan logam
14 Bejana sistem DMFC

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

DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian
2 Data penentuan derajat sulfonasi
3 Data penentuan water uptake
4 Data penentuan bobot jenis
5 Data analisis FTIR
6 Data penentuan konduktivitas proton
7 Data peningkatan konduktivitas
8 Data penentuan beda potensial dalam sistem DMFC

16
17
18
19
20
21
22
22

1

PENDAHULUAN
Angka kebutuhan energi listrik masyarakat terus mengalami peningkatan
setiap tahunnya. Menurut Badan Pusat Statistik, pada tahun 2012 kebutuhan listrik
rumah tangga di Indonesia mencapai 41.5% dari kebutuhan total. Angka tersebut
mengalami kenaikan sebanyak 3% semenjak tahun 2005 (BPS 2012). Seiring
dengan peningkatan yang terus terjadi, kondisi pembangkit listrik yang telah
tersedia belum optimal dan tidak menjamin terpenuhinya semua kebutuhan karena
berasal dari bahan yang tidak terbarukan. Sejauh ini pasokan terbesar energi listrik
di Indonesia berasal dari pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) berbahan bakar
batubara (KESDM 2012), yang merupakan salah satu bahan bakar fosil tak
terbarukan dan pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar juga menimbulkan
dampak negatif terhadap lingkungan (Aziz et al. 2006). Oleh sebab itu,
dibutuhkan suatu energi alternatif yang ramah lingkungan serta dapat terbarukan.
Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) adalah sel bahan bakar berbasis
metanol. DMFC merupakan salah satu sumber energi alternatif yang ramah
lingkungan dan dapat diperbaharui. Secara umum suatu sel bahan bakar terdiri
atas katode, anode, dan keduanya dipisahkan dengan suatu membran polimer
elektrolit (Tricoli dan Carreta 2002). Membran polimer elektrolit menjadi
komponen penting dalam sel bahan bakar karena kemampuannya sebagai media
transfer proton. Efisiensi yang dihasilkan dari sistem ini dapat mencapai 40-50%
dari daya total (Prihatiningsih et al. 2009). Namun angka tersebut masih belum
mencukupi kebutuhan komersial, sehingga dikembangkan upaya untuk
meningkatkan efisiensi sistem sel bahan bakar. Salah satu upaya tersebut adalah
meni
Peningkatkan kinerja membran polimer elektrolit dengan membuat
Membrane Electrode Assembly (MEA). MEA merupakan membran polimer
elektrolit yang dicetak bersamaan dengan lapisan elektrode berkatalis.
Pemanfaatan MEA pada sistem sel bahan bakar dapat meningkatkan efisiensi
sekitar 10-20% karena adanya katalis yang mempercepat reaksi di anode (Peck et
al. 1999).
Nafion merupakan contoh membran elektrolit komersial. Nafion atau
politetrafloroetilena (PTFE) dengan rantai cabang mengandung gugus asam
sulfonat memiliki konduktivitas proton yang sangat baik, yaitu 0.082 S/cm pada
suhu 25 ºC (Shin et al. 2005). Namun nilai konduktivitas proton Nafion dapat
menurun pada suhu tinggi dan akibat adanya methanol crossover yang
menyebabkan berkurangnya jumlah bahan bakar (Handayani dan Dewi 2008).
Kini banyak dikembangkan membran polimer elektrolit alternatif yang stabil
terhadap panas dan tidak mengalami methanol crossover.
Polistirena merupakan polimer yang tersusun dari monomer stirena atau
yang lebih dikenal dengan styrofoam. Polistirena termasuk ke dalam polimer
hidrofobik dan memiliki stabilitas termal yang baik. Upaya meningkatkan
hidrofilisitas polistirena dapat dilakukan dengan memodifikasi gugus benzena
pada polistirena dengan gugus-gugus penambah kepolaran, seperti gugus sulfonat
(-SO3) (Shin et al. 2005). Proses modifikasi ini dikenal sebagai proses sulfonasi.
Menurut Susiyanti (2012), polistirena tersulfonasi (PSS) memiliki konduktivitas
proton sebesar 1.5511 ×10-6 S/cm pada suhu 30 ºC, nilai ini masih jauh lebih

2

rendah dibandingkan dengan konduktivitas proton Nafion. Untuk meningkatkan
konduktivitas proton PSS, dilakukan penambahan bahan aditif yang bersifat polar
seperti natrium alginat. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Anggraini
(2013), konduktivitas proton yang dihasilkan PSS yang dikomposit natrium
alginat adalah 4.1825 × 10-6 S/cm dengan beda potensial sebesar 20 mV pada
suhu 60 ºC. Nilai tersebut menunjukkan kenaikan konduktivitas akibat
penambahan komposit, namun belum mendekati nilai konduktivitas Nafion.
Berdasarkan uraian tersebut, pada penelitian ini dibuat membrane electrode
assembly berbasis polistirena tersulfonasi yang dikomposit natrium alginat dengan
katalis Ag/C. Tujuan penelitian ini adalah mempelajari pengaruh pembuatan
membrane electrode assembly terhadap kinerja membran komposit polistirena
tersulfonasi-natrium alginat pada sistem DMFC.

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah polistirena, natrium alginat, AgNO3,
karbon grafit, kertas karbon, kloroform, oleum, diklorometana, NaOH 1 N, HCl 1
N, metanol, larutan K3Fe(CN)6, larutan Na2HPO4, fenolftalein, dan akuades.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan gelas, oven, labu
leher tiga, waterbath ultrasonik, piknometer, hotpress, neraca analitik, elektrode
karbon, besi, tembaga, SEM JEOL JSM 836 OLA, FTIR Shimadzu Prestige-21,
dan LCR-meter HIOKI 3532-50.
Metode
Sintesis Polistirena Tersulfonasi (PSS) (Modifikasi Peixiang et al. 2004)
Polistirena tersulfonasi (PSS) dibuat dengan mereaksikan 15 gram
polistirena dalam 50 mL kloroform dengan 10 mL oleum serta gas N2 pada suhu
60 ºC dan pengadukan konstan selama 30 menit di lemari asam. Larutan
polistirena yang telah tersulfonasi dikeringkan pada suhu kamar selama 24 jam.
Setelah 24 jam, padatan yang terbentuk dicuci dengan air hingga pH netral dan
dikeringkan dalam oven pada suhu 30 ºC.
Penentuan Derajat Sulfonasi (Martins et al. 2007)
Derajat sulfonasi (DS) ditentukan dengan metode titrasi. Sebanyak 0.1 g
PSS direndam dalam 10 mL NaOH 1 N selama 3 hari, kelebihan NaOH dititrasi
dengan HCl menggunakan indikator fenolftalein. NaOH yang digunakan
distandardisasi terlebih dahulu. Derajat sulfonasi diperoleh melalui persamaan 1.
DS =

(

-

)

e

Keterangan:
Vawal
= Volume HCl blangko (mL)

× 100%

(1)

3

Vakhir
N
BE

= Volume HCl sampel (mL)
= Normalitas HCl (N)
= Bobot ekuivalen (g/ek)

Pembuatan Membran Komposit (Dewi dan Handayani 2007)
Natrium alginat dengan konsentrasi 3%(b/b) dari bobot PSS ditambahkan ke
dalam PSS yang dilarutkan dalam diklorometana. Campuran diaduk dengan
pengaduk magnet hingga homogen. Setelah homogen membran dicetak di atas
pelat kaca.
Pengukuran Bobot Jenis
Bobot jenis ditentukan dengan metode piknometri. Membran PSS-Natrium
alginat 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 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 2.

Keterangan:
d
= bobot jenis sampel (g/mL)
dl
= bobot jenis air (g/mL)
da
= bobot jenis udara (g/mL)

[

]

da

(2)

Pengukuran Water Uptake
Pengukuran water uptake membran PSS-Natrium alginat dilakukan dengan
mengeringkan membran berukuran 1×1 cm2 dalam oven bersuhu 120 ºC selama
24 jam lalu ditimbang sebagai wkering. Selanjutnya, membran direndam dalam
akuades selama 24 jam. Setelah itu membran dikeluarkan dari air dan dilap
menggunakan tisu lalu dilakukan ditimbang sebagai wbasah. Persentase water
uptake diperoleh melalui persamaan 3.
%Water uptake =

-

(3)

Pembuatan Membrane Electrode Assembly (Wisojodharmo dan Dewi 2008)
Tinta katalis dibuat dengan mencampurkan 20% katalis Ag/C dengan 5%
larutan PSS - natrium alginat dengan pelarut diklorometana dan diaduk hingga
membentuk bubur. Lapisan elektrode dibuat dengan mengoleskan campuran tinta
katalis di permukaan kertas karbon. MEA dibentuk dengan menghimpitkan
membran PSS - natrium alginat yang telah diaktivasi dengan dua lapisan elektrode
berkatalis dan dicetak menggunakan hotpress selama 3 menit.

4

Pencirian Membran
Analisis dengan Menggunakan Spektrofotometer Inframerah Transformasi
Fourier (FTIR)
Analisis gugus fungsi dilakukan menggunakan spektrofotometer FTIR
dengan resolusi 4 dan payar 32. Analisis menggunakan FTIR dilakukan untuk
mengetahui perubahan gugus fungsi dari membran PSS dan PSS-Natrium alginat.
Analisis dengan Menggunakan Miksrokop Elektron Pemayaran (SEM)
Analisis menggunakan SEM (Scanning Electron Microscope) dilakukan
untuk melihat morfologi dari masing-masing membran yang dibuat berdasarkan
bagian muka dan penampang lintang untuk melihat lapisan membran.
Pengukuran Permeabilitas Metanol
Permeabilitas metanol diuji secara kualitatif untuk melihat metanol yang
lewat melalui membran. Bejana diisi dengan 160 mL metanol dan rekatkan
membran di ujung bejana. Selanjutnya, posisi sistem dibalik agar metanol berada
diatas membran selama 30 menit, kemudian bagian bawah membran dilap dengan
tisu untuk melihat metanol yang terdifusi melalui membran.
Pengukuran Konduktivitas Proton
Membran berukuran (6x1) cm2 yang telah diaktivasi diapit dua elektrode
karbon serta besi dan tembaga yang dihubungkan dengan kutub positif dan negatif
dari alat LCR-meter, sehingga muncul nilai konduktansi membran. Konduktivitas
proton dapat diperoleh melalui persamaan 4.
σ=G

(4)

Keterangan :
σ : k nduk ivi
r n S/c
A : luas permukaan (cm2)
l : jarak antar kedua electrode (cm)
G : nilai konduktansi (S)
Uji Aplikasi Sistem DMFC
Pengukuran beda potensial listrik dalam sistem sel bahan bakar dilakukan
menggunakan 2 sistem bejana, yaitu sistem anode dan katode. Bejana pertama
sebagai sistem anode berisi 160 mL metanol 0.3 N sedangkan bejana kedua
sebagai sistem katode berisi campuran 80 mL larutan K3Fe(CN)6 1 mM dan 80
mL larutan Na2HPO41 mM. Membran direkatkan pada bagian tengah kedua
bejana tersebut. Beda potensial listrik diukur dengan menghubungkan elektrode
yang dimasukan ke dalam kedua bejana yang terhubungkan dengan kutub positif
dan negatif dari impedance analyzer.

5

HASIL DAN PEMBAHASAN
Membran Komposit Polistirena Tersulfonasi-Natrium Alginat
Sintesis polistirena tersulfonasi (PSS) dilakukan dengan penambahan oleum
sebagai agen pensulfonasi dan gas nitrogen yang mendorong gas SO3 ke dalam
larutan polistirena pada suhu 60 °C. Selama proses sulfonasi berlangsung, larutan
polistirena mengalami perubahan warna dari tidak berwarna menjadi kekuningan
yang menandakan telah masuknya gugus –SO3 ke dalam polistirena. Selain
menggunakan oleum, proses sulfonasi dapat dilakukan menggunakan agen
pensulfonasi lainnya seperti H2SO4 dengan bantuan katalis P2O5 (Bozkurt 2005).
Penggunaan oleum sebagai agen pensulfonasi lebih menguntungkan karena waktu
reaksi yang dibutuhkan lebih cepat, bahan yang dibutuhkan sedikit, dan rendemen
yang dihasilkan lebih banyak.
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 pada struktur polistirena memungkinkan substitusi terjadi
pada posisi orto- dan para- karena adanya gugus etilena yang memberikan efek
dorongan elektron pada cincin aromatik. Namun reaksi substitusi lebih mudah
terjadi pada posisi para- karena adanya halangan sterik pada posisi orto(McMurry 2008). Reaksi sulfonasi pada posisi para ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Reaksi sulfonasi posisi para
Substitusi pada posisi para- menyebabkan PSS dapat berikatan silang dengan
sesamanya dan membentuk PSS dalam bentuk anhidrat (Gambar 2). Hal ini
berguna untuk proses penukaran proton dan membuat membran lebih higroskopis.

6

Gambar 2 Ikatan silang polistirena tersulfonasi posisi para
Keberhasilan sulfonasi dapat ditunjukkan dengan derajat sulfonasi (DS). Besarnya
nilai DS menandakan banyaknya gugus sulfonat (–SO3) yang mensubstitusi atom
–H pada gugus aromatik. Derajat sulfonasi untuk PSS yang dihasilkan sebesar
21.35% (Lampiran 2). Hal tersebut menunjukkan bahwa sekitar 21% dari total
rantai polistirena telah tersubstitusi gugus –SO3. Besarnya nilai DS dipengaruhi
oleh suhu, waktu, dan jumlah agen pensulfonasi (Martins et al. 2007). Nilai DS
menunjukkan kemampuan menyerap air pada membran yang berfungsi sebagai
media perpindahan proton. Tidak hanya proses sulfonasi, penambahan komposit
juga dapat meningkatkan sifat-sifat membran. Menurut Anto (2013) dan
Anggraini (2013), penambahan natrium alginat dapat meningkatkan hidrofilisitas
membran dan nilai konduktivitas protonnya. Natrium alginat memiliki gugus
garam karboksilat yang mudah terurai menjadi ion di dalam air (Gambar 3).

Gambar 3 Struktur alginat
Anion karboksilat mudah menangkap proton yang membuat membran
terkomposit natrium alginat memiliki hidrofilisitas yang lebih tinggi. Natrium
alginat berfungsi mengisi pori-pori dan membentuk rongga pada membran serta
diduga hanya berikatan secara fisik dengan PSS. Pada penelitian ini, membran
PSS-natrium alginat yang dihasilkan memiliki tekstur permukaan yang kasar
karena natrium alginat tidak larut sempurna dengan PSS. Membran PSS yang
dihasilkan memiliki tekstur lebih halus dan berwarna putih (Gambar 4a),

7

sedangkan membran komposit PSS-natrium alginat memiliki tekstur kasar di
permukaan (Gambar 4b).

(a)

(b)

Gambar 4 Membran (a) PSS, (b) PSS-natrium alginat
Water Uptake

Rerata water uptake (%)

Kemampuan menyerap air atau water uptake suatu membran mencirikan
hidrofilisitas membran tersebut. Sifat tersebut berbanding lurus dengan
kemampuan membran sebagai media transfer proton. Namun ketika hidrofilisitas
suatu membran sangat tinggi, membran tersebut dapat larut dengan air dan tidak
dapat digunakan sebagai media transfer proton pada sel bahan bakar. Polistirena
merupakan material dengan hidrofilisitas yang rendah. Oleh sebab itu, proses
sulfonasi dan penambahan komposit natrium alginat dapat meningkatkan sifat
hidrofilisitas dari polistirena. Data pada Lampiran 3 menunjukkan nilai persen
water uptake sebesar 0.69%, 5.15%, dan 13.38% berturut-turut untuk PS, PSS,
PSS–natrium alginat. Berdasarkan data tersebut, diketahui bahwa gugus sulfonat
dan natrium alginat dapat meningkatkan daya serap air membran PS berturut-turut
8 dan 20 kali lebih besar. Gugus sulfonat merupakan salah satu gugus higroskopis
dandapat meningkatkan sifat hidrofilisitas membran. Membran PSS yang
ditambahkan komposit natrium alginat memiliki nilai water uptake tertinggi
karena sifat dari natrium alginat yang cenderung polar. Peningkatan nilai water
uptake ditunjukkan Gambar 5.
15

13.38

10
5.15
5
0.69
0
PS

PSS

PSS-Alg

Membran

Gambar 5 Persentase rerata water uptake

8

Bobot Jenis

Rerata bobot jenis (g/mL)

Bobot jenis atau densitas menunjukkan kerapatan dari membran yang
dihasilkan. Semakin rapat suatu struktur maka nilai bobot jenisnya akan
meningkat (Kemala et al. 2011). Masuknya gugus sulfonat yang cukup besar
mempengaruhi struktur PS yang teratur menjadi kurang teratur atau acak serta
memungkinkan terjadinya interaksi antarmolekul (Pramono et al. 2012). Selain itu
penambahan komposit natrium alginat dapat meningkatkan kerapatan membran
karena fungsinya sebagai pengisi pori-pori PSS. Berdasarkan data pada Lampiran
4, dapat dilihat membran PSS-natrium alginat memiliki bobot jenis tertinggi, yaitu
1.1611 g/mL. Peningkatan nilai bobot jenis ditunjukkan pada Gambar 6.
1.2

1.1611

1.15
1.1
1.05

1.0311

1.0547

1
0.95
PS

PSS

PSS-Alg

Membran

Gambar 6 Rerata bobot jenis membran PS, PSS, dan PSS-natrium alginat
Analisis Gugus Fungsi
Ukuran keberhasilan proses sulfonasi dan penambahan komposit natrium
alginat dibuktikan dengan analisis gugus fungsi menggunakan spektrofotometer
inframerah transformasi fourier. Penambahan gugus sulfonat pada polistirena akan
memunculkan serapan baru pada bilangan gelombang 1200-1125 cm-1 untuk
daerah serapan vibrasi regang S=O (Bozkurt 2005). Gugus sulfonat dapat
mensubstitusi atom –H pada posisi orto- dan para-, namun akan lebih mudah
masuk pada posisi para- akibat adanya halangan sterik pada posisi orto-. Daerah
serapan untuk benzena disubstitusi berada di daerah 2000-1667 cm-1 dan untuk
mengetahui posisi substitusi dapat dilihat dari bentuk puncak yang terbentuk
(Pavia et al. 2009). Data serapan untuk membran PS, PSS, dan PSS-natrium
alginat terdapat pada Lampiran 5. Membran PSS yang dibuat memunculkan
serapan baru pada bilangan gelombang 1274 cm-1 yang menunjukkan adanya
serapan regang asimetrik S=O, 1119.99 cm-1 yang menunjukkan serapan regang
simetrik S=O (Gambar 7). Gugus sulfonat mensubstitusi atom –H pada posisi
para- yang dibuktikan dengan bentuk puncak yang dihasilkan pada daerah 20001667 cm-1 menyerupai bentuk puncak untuk benzena disubstitusi pada posisi
para-. Hal ini menyebabkan terbentuknya ikatan silang antar gugus sulfonat pada
PSS, sehingga membran yang dihasilkan bersifat anhidrat dan lebih higroskopis.
Dalam kondisi anhidrat ini, gugus –OH tidak muncul pada spektrum inframerah
karena serapan –OH akan terbaca bila terdapat air bebas yang berikatan dengan
gugus sulfonat pada PSS.

9

Natrium alginat memiliki daerah serapan khas untuk garam karboksilat pada
bilangan gelombang 1600-1400 cm-1 (Pavia et al. 2009). Berdasarkan Gambar 7,
natrium alginat memiliki serapan pada daerah 1614.92 cm-1 untuk regang
asimetrik garam karboksilat dan 1423.75 cm-1. Natrium alginat diduga hanya
berinteraksi secara fisik dengan PSS, dibuktikan tidak munculnya serapan baru
pada membran PSS-natrium alginat di daerah 1600-1400 cm-1 yang menunjukkan
serapan khas garam karboksilat (Gambar 7).
Lab orato ry Test Resu l t

9 0.0

80

70

% Transmittan

60

50
PS
%T

S=O
simetrik

P SS
A lg in at

40

P SS-Al gi n at 3 %
30

di –p-

S=O
asimetrik

20

10

-1.0
4 00 0.0

COOsimetrik

COOasimetrik
3 00 0

2 00 0

1 50 0

1 00 0

4 50 .0

cm-1
Bilangan gelombang
(cm-1)

Gambar 7 Spektrum inframerah PS, PSS, natrium alginat, dan PSS-natrium
alginat
Membrane Electrode Assembly
Membrane Electrode Assembly (MEA) dibuat dengan menghimpitkan
membran dengan tinta katalis yang tersangga pada lapisan kertas karbon. Tinta
katalis yang dibuat merupakan campuran antara AgNO3, karbon grafit, dan larutan
membran yang selanjutnya dicetak pada permukaan kertas karbon (Gambar 8a).
Campuran tinta katalis dapat mempercepat proses oksidasi metanol pada sistem
DMFC. Katalis yang dimaksud adalah Ag/C. Kemampuan MEA mengkatalisis
proses oksidasi terjadi karena adanya Ag yang bersifat oksidator. Selain Ag, dapat
digunakan logam-logam lain yang bersifat oksidator seperti Cu, Pt, dan Au untuk
menghasilkan kinerja MEA yang optimum. Katalis yang sering digunakan adalah
Pt, namun pada penelitian ini digunakan Ag karena potensial reduksi Ag tidak
jauh berbeda dengan Pt, yaitu 0.80 V untuk Ag dan 1.18 V untuk Pt. Selain itu,
ketersediaan Ag dalam bentuk garam lebih mudah ditemukan.
Komposisi campuran katalis yang dibuat dapat mempengaruhi kinerja MEA
yang dihasilkan. Menurut Wisojodharmo dan Dewi (2008), campuran dengan
perbandingan 20% katalis dan 5% larutan membran menghasilkan kinerja
optimum dari MEA. Semakin tinggi konsentrasi katalis yang terdapat pada MEA,
maka proses oksidasi akan semakin cepat. Namun apabila konsentrasi katalisnya
terlalu tinggi maka kinerja membran sebagai media transfer proton yang terdapat
pada MEA akan tertutupi. MEA dibuat dengan menghimpitkan membran yang

10

telah diaktivasi diantara dua lapisan elektrode berkatalis. Ketiganya dicetak
dengan bantuan suhu tinggi sehingga dihasilkan MEA (Gambar 8b).

(a)

(b)

Gambar 8 (a) Lapisan elektrode berkatalis, (b) MEA PSS-natrium alginat
Analisis Morfologi Membran
Analisis morfologi membran dilakukan menggunakan scanning electron
microscope (SEM). Analisis ini bertujuan mengetahui morfologi dari membran
yang dibuat. Hasil pencitraan permukaan membran komposit PSS-natrium alginat
menunjukkan hasil permukaan yang halus dan tidak terlihat pori, sehingga
membran tersebut tergolong ke dalam membran non-pori (Gambar 9a).
Penambahan natrium alginat ke dalam PSS akan membentuk rongga-rongga pada
struktur PSS. Hal tersebut ditunjukkan oleh hasil analisis penampang lintang
membran, terlihat rongga yang terbentuk antara PSS dan natrium alginat (Gambar
9b).

(a)

(b)

Gambar 9 Morfologi (a) permukaan dan (b) penampang lintang membran PSSnatrium alginat pada perbesaran 10000×
Hal ini juga terlihat pada penelitian Shin et al. (2005) untuk membran PSSPTFE. Menurut Shin et al. (2005), membran PSS termasuk ke dalam membran
non-pori dengan permukaan yang halus (Gambar 10a) dan penambahan zat aditif

11

ke dalam membran akan membentuk rongga-rongga pada strukturnya (Gambar
10b). Rongga yang terbentuk ini akan memudahkan transfer proton pada sistem
sel bahan bakar (Shin et al. 2005).

(b)

(a)

Gambar 10 Morfologi (a) permukaan dan (b) penampang lintang membran PSSPTFE (Shin et al. 2005) pada perbesaran 10000×
Analisis morfologi pada MEA juga dilakukan untuk mengetahui morfologi
penampang lintang dari MEA yang dihasilkan. Menurut Kim et al. (2008), salah
satu indikator keberhasilan pembuatan MEA adalah terbentuknya lapisan katalis
dan lapisan membran yang terlihat pada penampang lintang membran.
Berdasarkan hasil pencitraan yang diperoleh, terlihat bahwa ketiga MEA yang
dihasilkan masing-masing terdiri atas lapisan karbon dan lapisan membran.
Lapisan karbon yang terlihat menunjukkan lapisan katalis yang terbentuk.
Perbedaan morfologi MEA terlihat pada lapisan membrannya. Lapisan membran
pada MEA PS menunjukkan bentuk yang menjari (Gambar 11a), sesuai dengan
morfologi dari PS yang memiliki struktur teratur dan menjari. Lapisan membran
pada MEA PSS terlihat lebih mengembang yang menandakan adanya gugus –SO3
pada PS (Gambar 11b). Adanya gugus –SO3 pada struktur PS membuat struktur
PS menjadi lebih acak (Pramono et al. 2012). Lapisan membran pada MEA PSSnatrium alginat menunjukkan butiran natrium alginat yang tidak larut terlihat
mengisi rongga yang terbentuk akibat adanya penambahan natrium alginat pada
membran PSS (Gambar 11c).

(a)

(b)

(c)

Gambar 11 Morfologi penampang lintang MEA (a) PS, (b) PSS, (c) PSS-natrium
alginat pada perbesaran 10000×

12

Permeabilitas Metanol
Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) adalah sel bahan bakar berbasis
metanol sebagai bahan bakar. Permeabilitas metanol merupakan kemampuan
metanol berdifusi melewati membran dari kompartemen anode ke katode
(methanol crossover). Methanol crossover terjadi pada membran berpori dan
apabila terjadi hal tersebut maka bahan bakar akan berkurang dan energi yang
dihasilkan tidak optimal (Handayani dan Dewi 2008). Berdasarkan pengujian
yang dilakukan diperoleh hasil tidak terjadi peristiwa methanol crossover pada
semua membran yang ditandai keringnya permukaan membran. Hal tersebut
menunjukkan bahwa membran yang dihasilkan dapat digunakan pada aplikasi
DMFC.
Konduktivitas Proton

Konduktivitas proton (×10-4
S/cm)

Nilai konduktivitas proton menunjukkan kemampuan membran untuk
melewatkan proton dari anode ke katode. Konduktivitas proton diukur
menggunakan elektrode karbon dan logam. Logam yang digunakan adalah besi di
katode dan tembaga di anode. Nilai konduktivitas proton berbanding lurus dengan
nilai water uptake membran itu sendiri. Persentase water uptake tertinggi dimiliki
membran PSS-natrium alginat. Nilai konduktivitas proton membran tersebut juga
lebih tinggi dibandingkan PSS dan PS pada kedua elektrode (Lampiran 6).
Berdasarkan data pada Lampiran 6, terlihat konduktivitas proton tertinggi
dihasilkan melalui pengukuran dengan elektrode logam, sebab daya hantar logam
lebih baik dibandingkan karbon. Selain itu resistensi logam lebih rendah dari pada
karbon, yaitu 1.72×10-9 Ωm, 9×10-9 Ωm, dan 3.5×10-5 Ωm berturut-turut untuk
tembaga, besi, dan karbon. Nilai konduktivitas proton membran PSS-natrium
alginat yang diukur menggunakan elektrode logam adalah 1.24×10-4 S/cm,
1.461×10-4 S/cm, dan 2.672×10-4 S/cm berturut-turut untuk membran non-aktivasi,
aktivasi, dan MEA. Nilai konduktivitas proton tertinggi ditunjukkan oleh MEA
PSS-natrium alginat karena MEA tersusun atas lapisan elektrode berkatalis yang
mengandung Ag sehingga dapat mempercepat proses oksidasi. Peningkatan nilai
konduktivitas proton membran PSS-natrium alginat ditunjukkan pada Gambar 12.
3

2.672

2.5
2
1.5
1

1.461

1.24
0.749

1.423

0.827

0.5
0
Non-aktivasi
1

2
Aktivasi

MEA
3

Perlakuan membran

Gambar 12 Konduktivitas proton membran PSS-natrium alginat pada elektrode
karbon ( ) dan logam ( )

13

Pembuatan MEA meningkatkan konduktivitas membran berkisar 40-140%
(Gambar 13). Berdasarkan data pada Lampiran 7, peningkatan terbesar dihasilkan
PSS yaitu 120-140%. Hal ini disebabkan ketebalan MEA dan kekentalan tinta
katalis yang dibuat berbanding lurus dengan konduktivitas proton yang dihasilkan
(Kim et al. 2008).
Peningkatan konduktivitas (%)

160

145.18

140

121.43

120
100
80
60

82.89

73.11

72.07

41.49

40
20
0
PS

PSS

PSS-Alg

Membran

Gambar 13 Peningkatan konduktivitas proton pada elektrode karbon (
logam ( )

) dan

Aplikasi Sistem DMFC
Pengujian sistem DMFC dilakukan menggunakan sebuah bejana sederhana
yang terdiri dari dua bejana. Bejana A berisi metanol sebagai bahan bakar dan
bejana B berisi larutan K3Fe(CN)6 dan larutan Na2HPO4. Bejana sistem
ditunjukkan pada Gambar 14.

Gambar 14 Bejana sistem DMFC
Pemilihan bahan bakar bergantung dari kemudahan bahan teroksidasi serta
banyaknya sediaan hidrogen. Metanol memiliki potensial reduksi lebih rendah
dibandingkan air, sehingga lebih mudah teroksidasi menghasilkan elektron dan
proton. Reaksi oksidasi metanol di anode menghasilkan CO2, elektron, dan
proton, selanjutnya CO2 akan terlepas sedangkan proton berdifusi melewati
membran ke katode. Elektron yang terkumpul di anode mengalir ke katode
dengan bantuan elektrode dan menghasilkan beda potensial. Reaksi yang terjadi di
anode ditunjukkan pada reaksi berikut

14

Anode : CH3OH + H2O
CO2 + 6H++ 6eKatode : 3/2 O2 + 6H++ 6e3H2O
Reaksi keseluruhan : CH3OH + 3/2 O2
CO2 + 2H2O
Beda potensial tertinggi dihasilkan oleh MEA PSS-natrium alginat, yaitu
423 mV. Hal ini disebabkan adanya katalis yang mempercepat reaksi oksidasi
metanol. Selain itu, pemilihan elektrode juga mempengaruhi energi listrik yang
dihasilkan. Berdasarkan data pada Lampiran 8 terlihat bahwa beda potensial yang
dihasilkan dengan elektrode logam lebih besar dari karbon. Hal ini disebabkan
adanya tambahan potensial dari elektrode besi akibat reaksi oksidasi reduksi pada
logam besi dan larutan ferisianida.

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Membrane electrode assembly (MEA) berbasis polistirena tersulfonasi
(PSS) yang dikomposit natrium alginat berhasil dibuat dengan proses hotpress
bersamaan dengan lapisan katalis Ag/C 20%. Konduktivitas proton tertinggi
dihasilkan MEA berbasis PSS-natrium alginat melalui pengukuran dengan
elektrode logam, yaitu 2.672 × 10-4 S/cm dengan peningkatan sebesar 82.89% dari
membran non-MEAnya. Tanpa adanya methanol crossover MEA PSS-natrium
alginat ini baik digunakan pada aplikasi DMFC dan menghasilkan beda potensial
sebesar 423 mV.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai MEA dengan material awal
yang lebih hidrofilik dan melakukan modifikasi penambahan beberapa zat yang
meningkatkan kepolaran membran.

DAFTAR PUSTAKA
Anggraini Y. 2013. Membran komposit polistirena tersulfonasi-natrium alginat
untuk aplikasi direct methanol fuel cell [skripsi]. Bogor (ID): IPB.
Anto R. 2013. Membran komposit kitosan-natrium alginat untuk aplikasi direct
methanol fuel cell [skripsi]. Bogor (ID): IPB.
Aziz M, Ardha N, Tahli L. 2006. Karakterisasi abu terbang PLTU suralaya dan
evaluasinya untuk refraktori COR. J TEKMIRA. 36(1):1-8.
Bozkurt A. 2005. Anhydrous proton conductive polystyrene sulfonic acid
membranes. Turk J Chem. 29:117-123.
[BPS]. Badan Pusat Statistik. 2012. Neraca Listrik Nasional. Jakarta (ID): BPS.

15

Dewi EL, Handayani S. 2008. Karakterisasi komposit hidrokarbon polimer
tersulfonasi (sABS-Z) sebagai alternatif polielektrolit untuk fuel cell
.JUSAMI. Edisi Khusus Desember 2008(1):1-4.
Handayani S, Dewi EL. 2008. Pengaruh suhu operasi terhadap karakteristik
membran elektrolit polieter eter keton tersulfonasi. JUSAMI. Edisi Khusus
Desember 2008 (9):43-47.
Kemala T, Sjahriza A, Fclani N. 2011. Sifat mekanis polipaduan polistirena pati
menggunakan zat pemlastis epoksida minyak jarak pagar. Di dalam Delvira
N, editor. Prosiding Seminar Himpunan Kimia Indonesia. Pekanbaru, 18-19
Juli 2011. Pekanbaru Dewan Riset Nasional ISSN: 2086-4310.
[KESDM]. Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. 2012. Kebutuhan
Listrik Per Jenis Pembangkit. Jakarta (ID): Departemen Energi dan Sumber
Daya Mineral.
Kim S, Byung KA, Mench MM. 2008. Physical degradation of membrane
electrode assemblies undergoing freeze/thaw cycling: diffusion media
effects. J Power Sources. 179:140-146.
Martins CR, Hallwass F, Almeida YMB, Paoli MA. 2007. Solid state 13C NMR
analysis of sulfonated polystyrene. Ann Magn Reson. 6:46-55.
McMurry J. 2008. Organic Chemistry. Washington (US): Thomson Learning.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. 2009. Introduction to
Spectroscopy. Ed ke-4.Washington (US): Thomson Learning.
Peck DH, Chun YG, Kim CS, Jung DH, Shin DR. 1999. Preparation and
performance evaluation of membrane electrode assemblies for polymer
electrolyte fuel cell. J New Mat Elect Syst. 2(2):121-124.
Peixiang X, Robertson GP, Guiver MD, Mikhailenko SD, Wang K, Kaliaguine S.
2004. Synthesis and characterization of sulfonated poly(ether ether ketone)
for proton exchange membranes. J Membrane Sci. 229(1):95-106.
Pramono E, Wicaksono A, Priyadi, Wulansari J. 2012. Pengaruh derajat sulfonasi
terhadap degradasi termal polistirena tersulfonasi. Indo J Appl Phys.
2(2):157-163.
Prihatiningsih MC, Yohan, Kundari NA. 2009. Studi pendahuluan preparasi
membran untuk sel bahan bakar membran elektrolit polimer. JFN. 2(2):157178.
Shin JP, Chang BJ, Kim JH, Le SB, Suh DH. 2005. Sulfonated polystyrene/PTFE
composite membrane. J Membrane Sci. 251(1):247-254.
Susiyanti HF. 2012. Sintesis dan karakterisasi membran penukar proton
polistirena tersulfonasi sebagai bahan bakar perangkat direct methanol fuel
cell [skripsi]. Bogor (ID): IPB.
Tricoli V, Carreta N. 2002. Polymer electrolyte membranes formed of sulfonated
polyethylene. Electrochem Commun. 4(3):272-276.
Wisojodharmo LA, Dewi LE. 2008. Pembuatan membrane electrode assembly
(MEA) dengan katalis platina karbon pada PEMFC. Prosiding Seminar
Teknoin Bidang Teknik Mesin. Yogyakarta, 22 November 2008.
Yogyakarta (ID): BPPT. hlm 105-108.

16

LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Polistirena (PS)
Sulfonasi
Polistirena tersulfonasi
(PSS)
Tentukan derajat sulfonasi
Penambahan komposit
Membran Polistirena
tersulfonasi (PSS)Natrium alginat
Pembuatan membran
electrode assembly
MEA PSS-Natrium
alginat

1. SEM
2. Permeabilitas metanol
3. Konduktivitas proton
4. Aplikasi Fuel Cell

1. Bobot jenis
2. Water uptake
3. FTIR

17

Lampiran 2 Data penentuan derajat sulfonasi
Bobot
membran
(g)

V NaOH
1 N (mL)

1

0.1004

10.00

0.00

9.75

9.75

20.03

2

0.1005

10.00

9.75

19.40

9.65

28.02

3

0.1006

10.00

19.40 29.20

9.80

16.00

Rerata

21.35

Membran Ulangan

PSS

V HCl (mL)
Awal Akhir terpakai

Contoh perhitungan (ulangan 1)
Diketahui :
[HCl] = 1.0050 N
BE SO3 = 80 g/eq
V NaOH blangko = 10.00 mL
DS (%) =
=

[

]

100%
100%

DS (%) = 20.03%
Rerata DS (%) =

= 21.35%

Derajat
Sulfonasi (%)

18

Lampiran 3 Data penentuan water uptake

Membran
PS

PSS

PSS-Alg

Ulangan
1
2
3
1
2
3
1
2
3

Bobot membran (g)
Kering
Basah
0.0142
0.0143
0.0152
0.0153
0.0139
0.0140
0.0066
0.0068
0.0042
0.0045
0.0038
0.0040
0.0144
0.0155
0.0133
0.0155
0.0094
0.0109

Water Uptake
(%)
0.70
0.66
0.72
3.03
7.14
5.26
7.64
16.54
15.96

Contoh perhitungan (PS)
Water uptake (%) =
=

100%
100%

Water uptake (%) = 0.70 %
Rerata water uptake (%) =

= 0.69%

Rerata Water
Uptake (%)
0.69

5.15

13.38

19

Lampiran 4 Data penentuan bobot jenis
Membran

Ulangan

Kosong
(0)
1
20.2254
PS
2
20.2232
3
20.2248
1
20.2254
PSS
2
20.2259
3
20.2260
1
20.2418
PSS-Alg
2
20.2505
3
20.2449
Contoh perhitungan untuk PS:

=
d = 1.0044 g/mL

[

]
–

Bobot pikno, w (g)
Kosong +
Kosong +
Membran (1) Air&Membran (2)
20.2369
44.4726
20.2260
44.4687
20.2300
44.4699
20.2279
44.4754
20.2293
44.4644
20.2296
44.4616
20.2479
44.4751
20.2583
44.4775
20.2507
44.4732

[

] /

Bobot jenis, d (g/mL)
Kosong
+Air (3)
44.4725
44.4686
44.4696
44.4752
44.4642
44.4615
44.4746
44.4762
44.4722

Air (l)

Udara (a)

Membran

0.99567
0.99567
0.99567
0.99567
0.99567
0.99567
0.99612
0.99612
0.99612

0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125

1.0044
1.0325
1.0566
1.0821
1.0578
1.0241
1.0849
1.1951
1.2034

Rerata
1.0311

1.0547

1.1611

/

Rerata d = (1.0044 g/mL + 1.0325 g/mL + 1.1611 g/mL)/3 = 1.0311 g/mL

19

20

Lampiran 5 Data analisis FTIR
Membran

Bilangan gelombang (cm-1)

PS

757.30 -700.93
1601.24 - 1452.24
1943.64 - 1722.41

Vibrasi C-H (oop) monosubstitusi
Regang C=C aromatic
Benzena monosubstitusi

2925.44 -2849.83

Regang C-H (sp2)

3081.80-3026.08
1274.09
1119.99
757.30 -700.93
1601.24 - 1452.24
1727.71-1668.69

Regang C-H (sp3)
Regang S=O asimetrik
Regang S=O simetrik
Vibrasi C-H (oop) monosubstitusi
Regang C=C aromatic
Benzena disubstitusi –p

2925.44 -2849.83

Regang C-H (sp2)

3081.80-3026.08
1614.92
1423.75
3448.95
1274.09
1119.99
757.30 -700.93
1601.24 - 1452.24
1727.71-1668.69

Regang C-H (sp3)
Regang asimetrik garam karboksilat
Regang simetrik garam karboksilat
-OH terikat
Regang S=O asimetrik
Regang S=O simetrik
Vibrasi C-H (oop) monosubstitusi
Regang C=C aromatic
Benzena disubstitusi –p

2925.44 -2849.83

Regang C-H (sp2)

3081.80-3026.08

Regang C-H (sp3)

PSS

Natrium
alginat

PSSNatrium
alginat

Gugus fungsi

21

Lampiran 6 Data penentuan konduktivitas proton

Elektrode

Karbon

Fe & Cu

Perlakuan

Membran

PS
Nonaktivasi PSS
PSS-Alginat
PS
Aktivasi
PSS
PSS-Alginat
PS
MEA
PSS
PSS-Alginat
PS
Nonaktivasi PSS
PSS-Alginat
PS
Aktivasi
PSS
PSS-Alginat
PS
MEA
PSS
PSS-Alginat

Konduktansi
(G) (mS)

Tebal
Membran
(L) (cm)

22.972
24.169
24.094
24.681
25.405
26.629
25.604
26.475
28.523
29.853
32.796
35.484
32.389
37.536
41.798
41.123
43.287
47.593

0.0110
0.0120
0.0165
0.0110
0.0120
0.0165
0.0150
0.0255
0.0265
0.0110
0.0120
0.0165
0.0110
0.0120
0.0165
0.0150
0.0255
0.0265

Contoh perhitungan membran PS nonaktivasi elektrode karbon
σ=G
=

S

σ = 0476 × 10-3 S/cm

c
c

Luas
Area
(A)
(cm2)
5.31
5.31
5.31
5.31
5.31
5.31
5.31
5.31
5.31
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72

Konduktivitas
proton σ
(mS/cm)
0.0476
0.0546
0.0749
0.0511
0.0574
0.0827
0.0723
0.1271
0.1423
0.0696
0.0834
0.1240
0.0755
0.0954
0.1461
0.1307
0.2339
0.2672

22

Lampiran 7 Data peningkatan konduktivitas proton
Elektrode Membran
Karbon

Fe & Cu

PS
PSS
PSS-Alg
PS
PSS
PSS-Alg

δ n n ME
(mS/cm)
0.0511
0.0574
0.0827
0.0755
0.0954
0.1461

δ ME
Peningkatan
(mS/cm)
(%)
0.0723
41.49
0.1271
121.43
0.1423
72.07
0.1307
73.11
0.2339
145.18
0.2672
82.89

Contoh perhitungan peningkatan membran PS elektrode karbon:
Peningkatan (%) =
Peningkatan (%) =

= 41.49%

Lampiran 8 Data penentuan beda potensial dalam sistem DMFC
Membran
PS
PSS
PSS-Alginat
MEA PS
MEA PSS
MEA PSS-alginat

Beda potensial (V) pada
elektrodeKarbon
Fe & Cu
0.054
0.280
0.088
0.316
0.095
0.364
0.085
0.332
0.150
0.350
0.170
0.423

23

RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Bogor, 26 November 1992. Penulis merupakan anak
keempat dari pasangan H. Jarkasih dan Hj. Yeni Iryani. Pada tahun 2010, penulis
lulus dari SMA Negeri 3 Bogor dan melanjutkan studi di Departemen Kimia,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor
melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama masa kuliah, penulis
aktif dalam organisasi. Organisasi yang pernah diikuti selama kuliah, yaitu
anggota Departemen Pengembangan Usaha Kimia Imasika (2011-2012) dan
bendahara Departemen Pengembangan Usaha Kimia Imasika (2012-2013). Selain
itu, penulis pernah menjadi asisten praktikum, antara lain Kimia TPB (2013 dan
2014), Kimia Organik Layanan (2013), Kimia Lingkungan (2013), dan Kimia
Fisik (2014). Pada tahun 2013, penulis melakukan praktik lapangan di
Laboratorium Research and Development PT Saraswanti Indo Genetech dengan
judul laporan Penentuan Kadar Asam Sitrat dan Asam Malat dalam Minuman
Isotonik Menggunakan Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT).