Yogyakarta, 24 November 2007
B ‐ 1
MASS TRANSFER STUDY ON POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL
Eniya Listiani Dewi
Center for Materials Technology PTM, Deputy for Information, Energy and Materials Technology TIEM
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi BPPT, MH. Thamrin 8, BPPT II22, Jakarta. eniyalistwebmail.bppt.go.id
Abstract :
Fuel cells are alternative energy production generator that produces heat and electricity via an electrochemical reaction. It does not need recharging so long as hydrogen and oxygen fuel
are supplied. Among them, polymer electrolyte fuel cell PEFC using proton exchange membranes PEM is recognized by the world as the main candidate to replace the internal combustion engine
in backup power, portable power, transportation applications and also in stationary uses. Furthermore, in applications of stack PEFC, the operation conditions should be known
completelly. Here in we have studied the hydrogen mass transfer of operated 7 cells stack polymer electrolyte fuel cell PEFC with MEAs commercials, flow rate of hydrogen and operational
temperature have been varied on overall reactions in the range of 10-85 mLmin and 28-55
o
C. The reactions rate was conducted by the fuel flow rate rather than the operational temperature. The
calculation of potential and current of operated cells were used to determine the correlation of reaction flow rate coefficient and fuel or temperature, as k
o
= 5,7510x10
-5
.Q
0,3566
and k
o
= 0,007223 exp
-1002,1T
. In summary, the effects of mass transfer rate was more dominant for the overall reactions rather than the chemical reaction rate.
Keywords: polymer electrolyte fuel cell, hydrogen energy, reaction coefficient, mass transfer.
1. Pendahuluan
Fuel cell adalah suatu alat untuk menghasilkan energi listrik, air dan panas, dengan cara mengoksidasi bahan bakar secara elekrokimia SmithVan Ness, 2001. Fuel cell mempunyai
komponen-komponen sama dengan baterai, yaitu terdiri dari dua elektroda dan dipisahkan oleh elektrolit. Berbeda dengan baterai, fuel cell bukanlah alat untuk menyimpan energi, tetapi alat
untuk menghasilkan energi listrik melalui reaksi elektrokimia. Energi listrik akan terus diproduksi dari reaksi secara terus-menerus selama aliran bahan bakar tetap ada.
Saat ini jenis-jenis fuel cell dikenal dalam lima kategori yaitu alkaline fuel cell AFC Eniya L. Dewi, K. Oyaizu, H. Nishide, E. Tsuchida, 2004, phosphoric acid fuel cell PAFC
Sang J. Seo, Han-Ik Joh, Hyun T. Kim, Sang H. Moon, 2006, molten carbonate fuel cell MCFC Derek W. Hengeveld, Shripad T. Revankar, 2007, solid oxide fuel cell SOFC, dan polymer
electrolyte fuel cell PEFC V. Mishra, F. Yang, R. Pitchumani, 2005. PEFC yang berbahan bakar
hidrogen disebut proton exchange membrane fuel cell PEMFC sedangkan yang berbahan bakar metanol disebut direct methanol fuel cell DMFC C. Manea, M. Mulder, 2002. Bahan bakar
yang bisa dipakai antara lain adalah hidrogen, metana, butana, metanol dan lain-lain. Karena menggunakan dua katoda maka akan terjadi reaksi di masing-masing elektroda yang dinamakan
Yogyakarta, 24 November 2007
B ‐ 2
reaksi setengah sel, sedangkan reaksi total antara reaksi anoda dan katoda dinamakan reaksi total sel.
Dari beberapa jenis fuel cell yang disebutkan di atas, fuel cell berelektrolit polimer PEFC adalah jenis fuel cell yang paling banyak mendapat perhatian untuk diteliti dan dikembangkan lebih
lanjut karena memiliki beberapa kelebihan dibanding jenis lain, diantaranya ramah lingkungan, tidak bising, tidak mengeluarkan gas beracun, efisiensi energi tinggi, dapat beroperasi pada suhu
rendah dan menggunakan bahan bakar sumber hidrogen secara langsung, dapat dikemas dalam sistem yang lebih ringkas sehingga biaya operasinya lebih murah. Aplikasi PEFC contohnya pada
alat elektronik, generator rumah tangga maupun otomotif.
Untuk mendalami proses aplikasi fuel cell dan proses reaksi dalam stack fuel cell, pada penelitian ini dipelajari pengaruh laju volumetrik umpan yaitu hidrogen dan suhu operasi terhadap
kinerja dari fuel cell dan terhadap kecepatan reaksi sel. Fuel cell yang digunakan adalah PEFC yang mempunyai 7 cell stack atau 7 membrane electrode assembly MEA didalamnya. Data yang
didapat melalui pengukuran teganan dan arusnya akan dianalisa untuk mendapatkan hubungan antara koefisien kecepatan reaksi.
2. Metode Penelitian 2.1 Peralatan
