Sel bahan bakar Mikro

2.6.1 Sel bahan bakar Mikro

Sel bahan bakar mikro telah didokumentasikan dalam beberapa tahun. Telah banyak perusahaan - perusahaan yang sedang mengembangkan teknologi ini untuk pengembangan pada telepon seluler dan peralatan portabel lain yang kecil. Bagaimanapun, banyak dari keuntungan dari teknologi MEMS belum diaplikasikan pada sel bahan bakar, oleh karena itu, optimalisasi dari sel bahan bakar MEMS berada pada titik pertumbuhannya. Subbab berikutnya akan memberikan gambaran dan perbandingan dari teknologi sel bahan bakar MEMS yang telah didokumentasikan pada literatur. 2.6.1.1 Elektroda - Elektroda Ketebalan dari elektroda pada sel bahan bakar tradisional biasanya adalah 250 - 2000 angstroms Å dengan muatan katalis 0,5 mgcm 2 . Untuk sel bahan bakar mikro, muatan platinum adalah dari 5 - 60 nm ketebalan, dengan muatan platinum-ruthenium untuk anoda antara 2 dan 6 mgcm 2 , dan muatan platinum untuk katoda antara 1,3 dan 2 mgcm 2 . Lapisan adhesi disimpan sebelum lapisan katalis, dan biasanya memiliki ketebalan 25 - 300Å. Sebagaimana disebutkan sebelumnya, muatan katalis adalah faktor penghalang biaya untuk sel bahan bakar PEM. Dikarenakan ruang yang kecil pada sel bahan bakar mikro, distribusi dan penempatan dari katalis homogen sangatlah penting. Mempertimbangkan hal ini juga sangat penting untuk menghasilkan sebuah model akurat dari elektroda untuk sel bahan bakar MEMS. Lapisan difusi Lapisan difusi terbuat dari material anti karat yang konduktif seperti karbon atau kertas Toray. Ketebalan dari lapisan difusi ini biasanya 0,25 - 0,40 mm. konduktifitas dari kertas dapat ditingkatkan dengan memasukkan bubuk yang konduktif terhadap listrik seperti karbon hitam. Untuk membantu memindahkan air dari pori - pori kertas karbon, lapisan difusi dapat diberikan PTFE Polytetrafluoroethylene . Berdasarkan atas desain GDL, kekerasan dari akurasi model dapat ditingkatkan termasuk detail geometrik untuk sel bahan bakar mikro. 2.6.1.2 Plat Bipolar Universitas Sumatera Utara Plat bipolar yang paling sederhana pada sel bahan bakar yang besar terbuat dari stainless steel atau grafit. Plat stainless steel adalah komponen berat untuk sistem portabel atau micropower. Plat grafit solid sangatlah konduktif, lambat secara kimia, dan tahan terhadap korosi, tetapi mahal, rapuh, dan mahal untuk dibuat. Material yang telah digunakan untuk pembuatan sel bahan bakar MEMS adalah silicon wafers, kertas karbon, PDMS Polydimethylsiloxane, SU-8, tembaga, dan kertas logam stainless steel. Teknik Photolithography dan microfabrication sederhana telah mulai digunakan pada sel bahan bakar MEMS dalam beberapa tahun terakhir. Saluran alir Pada sel bahan bakar PEM, ruang alir harus didesain untuk mengurangi penurunan tekanan ketika memberikan perpindahan massa yang cukup dan seimbang melalui lapisan difusi karbon menuju permukaan katalis untuk reaksi. Tiga konfigurasi saluran yang paling terkenal untuk sel bahan bakar tradisional adalah serpentine, parallel, dan interdigitate flow.. Karena reaksi hidrogen tidak diukur terbatas, dan penghalangan air pada anoda yang lembab dapat terjadi, pengaturan serpentine biasanya digunakan untuk anoda pada sel bahan bakar PEM yang lebih kecil. Gambar 2.11 menujukkan bentuk aliran interdigitated, serpentine, dan spiral interdigitated untuk sel bahan bakar MEMS. Ada beberapa sel bahan bakar MEMS yang telah difabrikasi dengan saluran spiral interdigitated. Menggabungkan keuntungan dari bentuk aliran serpentine dan interdigitated mendahulukan saluran spiral interdigitated. Gambar 2.11c menunjukkan contoh dari tipe ruang alir. Puncak kerapatan dari sel spiral interdigitated berkurang sebagaimana ukuran yang berkurang dari 1000 - η μm 13 . Sifat pengukuran sedikit sama terhadap saluran interdigitated, bagaimanapun, jalur aliran yang kecil sangat menonjol pada saluran yang lebih kecil. Gambar 2.11 Desain ruang alir Interdigitated, serpentine, dan spiral- interdigitated Sumber : Colleen Spiegel, 2008 Universitas Sumatera Utara Performa sel bahan bakar meningkat sebagaimana kecepatan saluran alir gas meningkat karena peningkatan kecepatan alir menambah transportasi massa. Kecepatan di dalam saluran alir akan meningkat sebagaimana ukuran dikurangi. Bagaimanapun, kekurangan dari ukuran yang lebih kecil adalah peningkatan penurunan tekanan di dalam saluran alir. Ukuran yang disarankan untuk saluran alir di dalam literatur adalah dari 100 x 200 x 20 μm - η00 x η00 μm - 750 x 750 x 12,75 mm, dengan banyak panjang, lebar, dan kedalaman antar lebar bingkai. Penelitian yang terbaru membuktikan bahwa performa sel bahan bakar meningkat dengan berkurangnya dimensi saluran alir, seperti ditunjukkan pada gambar 2.12. Gambar 2.12. Kurva apolarisasi dan bpower density sel bahan bakar untuk lebar dan kedalaman 20 - 1000 μm Sumber : Colleen Spiegel, 2008

2.6.2 Desain dan konfigurasi stack