2.5 Struktur dari Proton Exchange
Bagian dasar dalam membran proton exchange di sel bahan bakar adalah awalnya disusun oleh William T.Grubb pada tahun 1959. Itu adalah usaha awal
yang diupayakan untuk meningkatkan polimer asam perflurosulfonic yang menjadi sistem sekarang ini.
Pada sistem sel bahan bakar terdapat membran elektrolit yang merupakan komponen dari sistem ini. Fungsi dari membran pada sel bahan bakar adalah
sebagai elektrolit dan pemisah dua gas reaktan. Sebagai elektrolit, membran sel bahan bakar menjadi sarana transportasi ion hidrogen yang dihasilkan oleh reaksi
anoda menuju katoda, sehingga reaksi pada katoda yang menghasilkan energi listrik dapat terjadi. Elektrolit sel bahan bakar PEM harus memenuhi persyaratan
berikut agar dapat bekerja secara teratur: • Konduktivitas ionik tinggi,
• Menyediakan persediaan yang cukup untuk reaktan, • Stabil secara kimia dan mekanikal,
• Konduktivitas elektrik yang rendah, • Dapat dimanufaktur ataupun tersedia,
• Harga yang rendah.
Materialnya adalah sebuah penyekat elektrik dan sebagai hasilnya adalah konduksi ion terbawa dengan gugusan ionik dengan struktur polimer. Transportasi
ion dalam beberapa jaringan adalah sangat dipengaruhi oleh loncatan dan air bebas yang diasosiasikan dengan jaringan tersebut.
Salah satu membran sel bahan bakar yang digunakan secara komersial adalah Nafion terdiri dari polytetrafluoroethylene PTFE, mempunyai rumus
kimia C
2
F
4 n
pada rantai utama dengan cabang gugus asam sulfonat SO
3
H yang berfungsi sebagai pertukaran proton dan belakangan ini telah dilakukan penelitian
untuk mendapat membran alternatif selain Nafion, yaitu Membran Kitosan. Nafion tergolong dalam ionomer. Ionomer berarti polimer yang memiliki
sifat-sifat ionik. Ionomer dari senyawa ini terdiri atas kerangka fluorokarbon yang
Universitas Sumatera Utara
bersifat hidrofobik dan gugus terminal berupa sulfonat yang bersifat hidrofobik. Gugus sulfonat merupakan super asam, menjamin kelangsungan transfer proton
dari anoda ke katoda sementara elektron tidak diizinkan lewat.
Gambar 2.10 Ilustrasi Gambar Nafion Sumber : Colleen Spiegel, 2008
Gambar 2.11 Struktur Kimia Nafion Sumber : Colleen Spiegel, 2008
Karakterisasi membran elektrolit nafion 117 dan elektroda sel bahan bakar sebagai komponen utama sel bahan bakar merupakan faktor penting
sebelum dilakukannya pembuatan membran dan elektroda sel bahan bakar. Hasil analisa termal menunjukkan bahwa membran nafion 117 dan elektroda masing-
masing mempunyai ketahanan termal 327
o
C dan di atas 550
o
C .
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 menunjukkan kumpulan dari membran elektrolit Nafion, gambar tersebut diperoleh dari 1 Hz dengan pembakitan sinyal 30 mV, 0.4 V arus
DC katoda terdapat reaksi reduksi oksigen, ini menurunkan transfer hambatan Faraday dan meningkatkan sinyal. Gambar 2.12 juga membandingkan respons
yang mengganggu dari sebuah Nafion membran kering 0 kelembaban relatif, udara temperatur ruangan melawan area yang sama dengan membran yang sama
ketika berair 30 kelembaban relatif, udara suhu ruangan. Level kebasahan dari elektrolit Nafion dapat menyebabkan pengaruh pada pencegahan konsentrasi dan
konduktivitas proton Secara umum sudah diketahui bahwa Nafion adalah bukan sebuah material
homogen, tetapi terdiri dari hidrofobik dan tahapan hidrofobik daerah yang terpisah. Ciri – ciri yang nyata yang dapat dilihat dari hambatan pada Nafion
digambarkan di bawah yang dapat dicocokkan pada daerah hidrofobik dalam membran. Dan ukuran yang nyata dari daerah ini menunjukkan 1 μm gambar
adalah golongan dari beberapa ratus nanometer.
Gambar 2.12 Modulus Hambatan nilai Kelembaban dari Nafion Sumber : http:hmtkupnyogya.files.wordpress.com201202bab-ii.pdf
Universitas Sumatera Utara
Di pasaran, harga Nafion masih sangat mahal, sehingga menjadi kendala untuk mengembangkannya di Indonesia. Membran ini bersifat selektif
semipermeabel terhadap proton dan memiliki sifat elektrik yang baik sebagai konduktor. Sifat konduktivitas tersebut ditunjukkan dengan tetapan dielektriknya
yang kecil. Namun, sebagai membran sel bahan bakar juga harus berperan sebagai media transport proton.
Salah satu material yang diduga dapat menggantikan Nafion adalah kitosan. Kitosan merupakan polielektrolit alam dengan beberapa sifat penting
yang diperlukan untuk material membran. Sifat-sifat tersebut antara lain inert, hidrofobik, dan tidak larut dalam air serta pelarut organik.
2.6 Lapisan Difusi Gas
Kategori