BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pengaruh Penambahan Plat Netral Jenis Stainless Steel En Series 58A (AISI 302 B) Pada Dry Cell Pada Pemisahan H2(g) DAN O2(g) Dari H2O(l)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Fuel cell

  Sel bahan bakar (fuel cell) adalah sebuah alat yang mirip denga tetapi berbeda karena dia dirancang untuk dapat diisi terus reaktannya yang terkonsumsi; yaitu dia memproduksi listrik dari penyediaan bahan bakar sebagai pengikat gas buang. Hal ini berbeda dengan energi internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektrode dalam baterai bereaksi dan berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektrode sel

  [6] bahan bakar adalah katalitik dan relatif stabil .

  (sebuah sel hidrogen). Biasanya, aliran reaktan mengalir masuk dan produk dari reaktan mengalir keluar. Sehingga operasi jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selama aliran tersebut dapat dijaga kelangsungannya.

  Sel bahan bakar dianggap sangat menarik dalam aplikasi modern karena efisiensi tinggi dan penggunaan bebas-emisi, berlawanan dengan bahan bakar umum sepertidari bahan bakar yang beroperasi menggunakan hidrogen murni adala namun ada kekhawatiran dalam proses pembuatan hidrogen yang menggunakan banyak energi. Memproduksi hidrogen membutuhkan "carrier" hidrogen (biasanyaeskipun air dapat dijadikan alternatif), dan juga listrik, yang diproduksi oleh bahan bakar konvensional. Meskipun sumber dapat juga digunakan, namun sekarang ini mereka sangat mahal.

  2.2 Jenis – Jenis Sel bahan bakar

  Sel bahan bakar diklasifikasikan berdasarkan atas jenis dari elektrolit yang digunakan. Klasifikasi ini menentukan jenis reaksi kimia yang terjadi di dalam sel, jenis katalis yang diperlukan, batas temperatur dimana sel tersebut bekerja, bahan bakar yang dibutuhkan, dan faktor – faktor lainnya. Adapun sel bahan bakar hingga saat ini terbagi menjadi 7 klasifikasi utama antara lain :

  1. Polymer Electrolyte Membrane (PEM)

  2. Direct methanol

  3. Alkaline

  4. Phosporic acid

  5. Molten carbonate

  6. Solid oxide

  7. Regenerative

  Proton Exchange Membrane (PEM) lebih dikenal sebagai

PolymerElectrolyte Membrane menyalurkan berat jenis yang inggi dan

  menawarkan keuntungan pada berat dan volume yang rendah, dibandingkan dengan sel bahan bakaryang lainnya. Sel bahan bakar PEM menggunakan polimer solid sebagai elektrolit dan elektroda karbon yang mengandung katalis platinum. PEM membutuhkan hanya hydrogen, oksigen dari udara, dan air untuk beroperasi dan tidak memerlukan cairan korosif.

Gambar 2.1 Aliran hidrogen dan oksigen di dalam sel bahan bakar PEM Sumber: http://www.nist.gov/mml/msed/functional_polymer/fuelcell.cfm.

  Direct methanol fuel cell (DMFC) digerakkan menggunakan methanol

  murni, yang dicampur dengan uap dan dialirkan secara langsung ke anoda dari pada sel bahan bakar. DMFC ini tidak mempunyai permasalahan tempat penyimpanan seperti sel bahan bakar lain pada umumnya.

  Alkaline fuel cell adalah salah satu dari teknologi sel bahan bakar yang

  dikembangkan, dan merupakan yang pertama digunakan secara luas untuk program penghasil energi listik dan air pada pesawat luar angkasa oleh NASA. Sel bahan bakar ini menggunakan potasium hidroksida dalam air sebagai elektrolit dan dapat menggunakan beberapa jenis dari metal sebagaikatalis pada anoda dan katoda.

  Phosporic Acid Fuel Cell (PAFC) menggunakan cairan asam fosfor sebagai elektrolit dan elektroda besi karbon yang mengandung katalis platinum.

  PAFC ini lebih dikenal sebagai generasi pertama dari sel bahan bakar modern. PAFC lebih toleran terhadap ketidakmurnian dari pada bahan bakar yang telah diubah menjadi hidrogen dari pada Sel bahan bakar PEM.

  Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) saat ini sedang dikembangkan untuk gas natural dan batubara untuk kegunaan elektrik, industri, dan aplikasi militer.

  MCFC adalah sel bahan bakar yang bekerja pada temperatur tinggi yang menggunakan elektrolit yang terdiri dari molten carbonate saltmixture, lithium

  aluminium oksida (LiAlO2) .

  Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) menggunakan bahan keramik yang keras

  dan tidak mudah berkarat sebagai elektrolit. SOFC ini diharapkan dapat memiliki efisiensi 50 – 60 % untuk mengubah bahan bakar menjadi listrik.

  Regenerative Fuel Cell menghasilkan listrik dari hidrogen,oksigen,

  membangkitkan panas dan airsebagai bahan bakar, seperti sel bahan bakar lainnya. Regenerative fuel cell juga dapat menggunakan elektrolisadari solar power atau sumber lainnyauntuk membagi kelebihan air menjadibahan bakar hidrogen dan oksigen. Selbahan bakar jenis ini sedangdikembangkan oleh NASA danperusahaan lainnya.

2.3 Polymer Exchanger Membrane Fuel Cell

  Pada saat ini ada beberapa tipe sel bahan bakar yaitu proton exchanger

  

membrane fuel cell (PEM), sel bahan bakar alkali, asam fosfat, karbonat cair dan

  oksida padat. PEM dan alkali bekerja pada suhu dibawah 200

  C. Sehingga disebut mesin dingin. Beberapa keuntungan sel bahan bakar apabila emisi gas buang sangat mudah bahkan bisa dikatakan tidak ada yaitu, dapat dioperasikan terus-menerus, mudah untuk dioperasikan, ringan dan mudah digabung menjadi kesatuan dari beberapa sel tunggal untuk menghasilkan energi yang besar apabila diperlukan. Sehingga sel bahan bakar dapat dibuat untuk keperluan bermacam- macam alat serba guna.

  Pada gambar dibawah ini diperlihatkan rangkaian alat sel bahan bakar secara umum. Bagian-bagian sel bahan bakar terdiri dari, katalis berupa logan Pt atau campuran Pt-Ru sebagai anode dan katode. Diantara anode dan katode

• ditempatkan membran penukar ion. Fungsi membran adalah melewatkan ion H . Elektron keluar dari sel menuju ke rangkaian alat dan arus elektron dimanfaatkan menjadi energi listrik. Kemudian elektron mengalir menuju sisi katode. Katalis di sisi anode didukung oleh penyangga berupa lapisan hidrolik ( suka air) terbuat dari karbon, sedangkan di sisi katode katalis didukung oleh lapisan penyangga hidropobik ( tidak suka air) yang terbuat dari PTFE. Di sisi katode dimasukkan oksigen dari udara. Oksigen akan bereaksi melalui pembentukan molekul antara (

  −2 −2

  O O intermediate) sebelum terbentuk ion . Selanjutnya ion , elektron dan ion

• H H O). Reaksi di sisi anode dan sisi katode bereaksi membentuk molekul air (

  

2

dapat dinyatakan dengan persamaan setengah reaksi di bawah ini.

• di sisi anode terjadi ionisasi molekul hidrogen menjadi ion H dan elelkt
• −

  2H 4e �⎯⎯⎯� 4H

  2 Di sisi katode terjadi reaksi pembentukan air, − +

  O + 4H + 4e O �⎯⎯⎯� 2H

  2

  2

Gambar 2.2 Reaksi Elektrolisis Air Pada PEM

2.4 Dry Cell

  Dry cell merupakan sebuah alat yang menggunakan prinsip elektrolisis untuk memecah ikatan air menjadi hidrogen dan oksigen sekaligus memisahkan

  [8]

  hidrogen dan oksigen tersebut agar tidak tercampur . Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyawa air (H

  2 O) menjadi oksigen (O 2 ) dan hidrogen

  gas (H

  2 ) dengan menggunakan arus listrik yang melalui air tersebut. Pada

  katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi

  

−

  menjadi gas H dan ion hidroksida ( ). Sementara itu pada anode, dua

  2

  molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O

  2 ), melepaskan 4 ion

  H .serta mengalirkan elektron ke katode. Ion H dan OH mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

  2 (g) + (g) ( ) �⎯⎯⎯� 2

  2

  2

  2 Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk

  gelembung pada elektrode dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H

  2 O 2 ) yang dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.

Gambar 2.3 Dry cell

2.4.1 Proses Elektrolisis Air

  Dengan menyediakan energi dari baterai, Air (H

  2 O) dapat dipisahkan ke

  dalam molekuldiatomik hidrogen (H

  2 ) dan oksigen(O 2 ).

Gambar 2.4 Proses Elektrolisis Air

  Sumber : http://restukarmela.wordpress.com/2012/05/03/sel-elektrolisis/ Elektrolisis satu mol air menghasilkan satu mol gas hidrogen dan setengahmol gas oksigen dalam bentuk diatomik. Sebuah analisis yang rinci dari proses memanfaatkan potensi termodinamika dan hukum pertama termodinamika. Proses ini berada di 298K dan satu tekanan atmosfer, dan nilai-nilai yang relevan

  [10] yang diambil dari tabel sifat termodinamika .

2.4.2 Metode Pemisahan Hidrogen dan Oksigen pada Dry Cell

  Hal pertama yang harus diperhatikan agar hidrogen terpisah dengan Oksigen yaitu memisahkan aliran air yang akan dielektrolisis menjadi dua bagian aliran. Untuk membagi aliran air ini lobang pada gasketlah yang mnjadi inti pembagiannya. Gasket dibuat seperti gambar 2.4 di bawah. Ketika disusun, aliran dibagi menjadi aliran sisi kiri dan aliran sisi kanan, dimana aliran sisi kiri tidak bersentuhan dengan aliran sisi kanan sehingga gas yang dihasilkan juga tidak bercampur karna dialirkan pada sisi yang tetap.

Gambar 2.5 Bentuk Gasket Yang Dipakai

  Sumber : http://hho4free.com/hydrogen_separator_cell.htm Membran yang digunakan harus terbuat dari material yang tidak bersifat

  

ion carier (penangkap ion) karena gas yang dihasilkan memiliki muatan. Bahan

  yang bisa digunakan bermacam- macam, misalnya poliester atau nilon dan lain- lain.

Gambar 2.6 Contoh Membran

  Kemudian plat, membran dan gasket akan disusun seperti gambar 2.6 dibawah sehingga dapat dilihat aliran gas yang akan dihasilkan.

Gambar 2.7 Aliran Oksigen dan Hidrogen

  Sumber : http://hho4free.com/hydrogen_separator_cell.htm