Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) Pada Elektrolit Terhadap Performa Alkaline Fuel Cell.
PROSIDING
SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI
(SNMI8) 2013
ISBN: 978-602-98109-2-9
RISET MULTIDISIPLIN UNTUK MENUNJANG
PENGEMBANGAN INDUSTRI NASIONAL
Auditorium Gedung M Lantai 8
Universitas Tarumanagara
Jakarta, 14 November 2013
Diterbitkan oleh:
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Tarumanagara
Jl. Let. Jend. S. Parman No. 1 Jakarta 11440
Telp. (021) 567 2548, 563 8358 Fax. (021) 566 3277, (021) 563 8358
e-mail: mesin@tarumanagara.ac.id, snmi_mesin@yahoo.co.id
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas terlaksananya Seminar Nasional
Mesin Industri (SNMI8) 2013 yang berlangsung baik.
Peran Perguruan Tinggi dalam mendorong kemandirian bangsa adalah turut
berpartisipasi secara aktif dalam riset dan pengembangan IPTEK serta membangun jejaring
dan sinergi antara Akademisi dan Industri.
Dalam rangka untuk memperingati Dies Natalis ke-32 Program Studi Teknik
Mesin, dan Dies Natalis ke-8 Program Studi Teknik Industri, Jurusan Teknik Mesin
Universitas Tarumanagara menyelenggarakan Seminar Nasional Mesin dan Industri
(SNMI) kedelapan kalinya sebagai sarana komunikasi para dosen, peneliti, dan pakar
ilmiah guna meningkatkan mutu pendidikan dan pembelajaran, penelitian, dan
pengembangan IPTEK. Dan, tema dalam SNMI8 2013 ini adalah “Riset Multidisiplin
untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional”.
Tujuan diadakannya Seminar Nasional Mesin dan Industri 2013 ini, adalah sebagai
berikut:
1. Menumbuhkan sikap inovatif, kreatif serta tanggap terhadap perkembangan Ilmu
Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK).
2. Menjadikan wadah sebagai forum komunikasi hasil penelitian antar Akademisi,
Peneliti, Praktisi, Industri, dan Mahasiswa.
3. Menjadikan Sarana untuk menjalin kerjasama atau networking, antar pelaku IPTEK
maupun antara pelaku IPTEK dengan pelaku bisnis untuk memacu pengembangan
program penelitian lebih lanjut.
Adapun topik seminar bidang Teknik Mesin dan Teknik Industri yang disampaikan
dalam kegiatan SNMI8 2013 ini, meliputi: Pengembangan Energi, Konstruksi Mesin,
Konversi Energi, Teknik Manufaktur, Mekatronika dan Robotika, Teknologi Material,
Perancangan dan Pengembangan Produk, Perancangan Sistem Kerja dan Ergonomi,
Manajemen Operasi dan Produksi, Manajemen Kualitas, Logistik & Sistem Transportasi,
Manajemen Rantai Pasokan, Optimasi Sistem Industri, dan Kesehatan & Keselamatan
Kerja (K3).
Pada SNMI8 2013 ini menampilkan 2 (dua) pembicara kunci yang memiliki
kompetensi dalam bidangnya, antara lain:
1. Prof. Dr. Ir. Raldi Artono Koestoer, DEA. (Teknik Mesin Universitas Indonesia, Depok)
2. Prof. Ir. I Nyoman Pujawan, M. Eng., Ph.D., CSCP. (Teknik Industri Institut Teknologi
Sepuluh Nopember, Surabaya)
Selain itu, dalam kegiatan seminar ini juga dipresentasikan sebanyak 77 makalah
hasil karya ilmiah Staf Pengajar Teknik Mesin dan Teknik Industri yang berasal dari
berbagai Perguruan Tinggi di Indonesia.
Pada kesempatan ini, Panitia SNMI8 2013 menyampaikan permohonan maaf jika
selama pelaksanaan seminar ini terdapat kekurangan dan kesalahan. Akhirnya, Panitia
mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah mendukung terselenggaranya
SNMI VIII 2013 ini dengan baik.
Jakarta, 14 November 2013
Ketua Panitia SNMI8 2013
Wilson Kosasih, S.T., M.T.
| ii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Sambutan Dekan Fakultas Teknik
Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI8) 2014
Kami, 14 November 2013
Sebagai bagian dari komunitas ilmiah, Dosen wajib terus menerus
melaksanakan Tri Dharma Perguruan Tinggi, secara khusus Dharma
kedua yaitu Penelitian dan Publikasi Karya Ilmiah. Karya ilmiah yang berkualitas dan
dipublikasikan pada media yang kredibel dapat menambah wawasan bagi para pembaca,
memberikan informasi hasil penelitian terkini (state of the art) dan dapat dijadikan acuan
bagi penelitian berikutnya.
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara yang terdiri dari
2 (dua) program studi yaitu Teknik Mesin dan Teknik Industri, secara berkelanjutan
menyelenggarakan Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI) setiap tahun dan telah
memasuki tahun ke VIII pada tahun 2014 ini. Seminar ini merupakan sarana komunikasi
yang efektif bagi para dosen, peneliti, pakar, mahasiswa, praktisi dan dunia indutsri untuk
bertukan informasi tentang hasil penelitian dan pengembangan yang telah dilaksanakan
selama ini. Diharapkan seminar ini dapat memperkaya semua peserta dengan berbagai
hasil penelitian terbaru.
Tema SNMI8 2013: “Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan
Industri Nasional”, sangat relevan dengan kebutuhan saat ini, dimana pengembangan
industri nasional sedang mengalami berbagai tantangan dengan masuknya berbagai produk
hasil industri dari luar negeri dengan harga yang kompetitif dan kualitas yang baik. Peran
dunia pendidikan dengan berbagai hasil riset multidisiplin yang dapat diimplementasikan
dalam proses manufaktur, merupakan salah satu cara untuk mengatasi tantangan tersebut.
Pimpinan Fakultas Teknik memberikan apresiasi yang tinggi kepada keynote
speaker yang telah berkenan berbagi informasi, pengetahuan dan pengalaman dalam
penelitian dan pengembangan teknologi melalui SNMI8 2013. Apresiasi juga disampaikan
kepada semua sponsor, panitia pelaksana, dan semua pihak yang telah mendukung
terselenggaranya SNMI8 2013 dengan sukses.
Kepada seluruh peserta seminar, selamat berseminar, semoga Bapak Ibu
mendapatkan informasi dan pengetahuan baru yang dapat digunakan dalam pengembangan
IPTEK di tempat masing-masing. Karya kita sangat ditunggu oleh masyarakat luas sebagai
bagian dari upaya untuk meningkatkan kualitas kehidupan bersama.
Selamat berseminar.
Jakarta, 14 November 2013
Dekan,
Dr. Agustinus Purna Irawan, S.T., M.T.
| iii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
UCAPAN TERIMA KASIH
Panitia SNMI8 Tahun 2013 mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang
telah mendukung terselenggarakannya SNMI8 Tahun 2013 dengan baik.
Ucapan terima kasih ini disampaikan kepada:
1. Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara.
2. Program Studi Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Tarumanagara.
3. Kepada seluruh Pemakalah dari Staf Pengajar Teknik Mesin dan Teknik Industri yang
berasal dari berbagai Perguruan Tinggi di Indonesia dan Praktisi.
| iv
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
DAFTAR ISI
Kata Pengantar
Sambutan Dekan Fakultas Teknik
Ucapan Terima Kasih
Daftar Isi
Susunan Panitia
Susunan Acara
1.
Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi
Artono Koestoer
2.
Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan
Bidang Teknik Mesin
1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden
2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
3.
4.
5.
6.
Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk
Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih
Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown
DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra
Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap
Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto
Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)
dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik
Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P.
Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan
7.
8.
9.
ii
iii
iv
v
x
xi
Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit
Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto
Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,
Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi
Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media
Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut
Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based
On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto
11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku
Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra
Prasetyo, dan Jamari
12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas
Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani
13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi
Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut
14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact
Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil,
1
7
1
7
14
21
34
42
49
60
67
73
83
90
96
Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan
102
15. Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack
Karburising, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
109
|v
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
16. Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar dengan Media Radiator pada Mesin Bensin
Bertipe Injeksi Terhadap Unjuk Kerja Mesin, I Gusti Ngurah Putu Tenaya, I
Gusti Ketut Sukadana, dan I Gusti Ngurah Bagus Surya Pratama
115
17. Strain-Hardening Baja Karbon AISI 1065 Akibat Beban Gelinding-Gesek, I Made
Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang
Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana
124
18. Pengaruh Temperatur Tuang Paduan Perunggu Terhadap Sifat Kekerasannya Pada
Proses Pembuatan Genta Dengan Metoda Pasir Cetak (Sand Casting), I Made
Gatot Karohika, I Nym Gde Antara
133
19. Ketahanan Aus Baja Carbon AISI 1065 dengan Pengerasan Permukaan Kontak
(Quench-Hardening) terhadap Beban Gelinding-Luncur, I Made Widiyarta, Tjok
Gde Tirta Nindia, I Putu Lokantara, I Made Gatot Karohika dan I Ketut Windu
Segara
141
20. Pengembangan Kurva P-h dalam Pemodelan Elemen Hingga Vickers Indentasi
untuk Memprediksi Kekerasan Vickers (HV), I Nyoman Budiarsa
149
21. Studi Profil Temperatur Reaktor Fluidized Bed Pada Gasifikasi Sewage Sludge,
I Nyoman Suprapta Winaya, I Nyoman Adi Subagia, Rukmi Sari Hartati
158
22. Pengaruh Pemasangan Ring Berpenampang Segiempat dengan Posisi Miring
pada Permukaan Silinder terhadap Koefisien Drag, Si Putu Gede Gunawan Tista,
Ketut Astawa, Ainul Ghurri
166
23. Pengaruh Perlakuan Diammonium Phosphate (DAP) Terhadap Ketahanan Api
Komposit Plastik Daur Ulang-Serat Alam, I Putu Lokantara, NPG Suardana
173
24. Analisa Pengaruh Viskositas Pelumas terhadap Permukaan Penampang Material
pada Proses Ekstrusi Pengerjaan Dingin, Jhonni Rahman
180
25. Simulasi Numerik Aero-Akustik Aliran Udara Yang Melalui Silinder Pada
Bilangan Reynolds 90000 Menggunakan Model Turbulensi Les Dan Model
Akustik FWH, M. Luthfi, Sugianto
186
26. Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) pada Elektrolit terhadap
Performa Alkaline Fuel Cell, Made Sucipta, I Made Suardamana, I Ketut Gede
Sugita, Made Suarda
195
27. Makrostruktur dan Permukaan Patah dalam Uji Tarik terhadap Perlakuan Panas
pada Baja Karbon Rendah, Nofriady H. dan Ismet Eka P.
203
28. Model Penentuan Koefisien Serap (Absorbsi) dan Kekuatan Tarik Material
Komposit Epoxy dengan Pengisi Serat Rockwool sebagai Knalpot Rendah Bising
Secara Eksperimen, Nurdiana, Zulkifli , Mutya Vonnisa
208
29. Pengaruh Waktu Tahan dan Laju Pemanasan terhadap Besar Butir Austenit dan
Kekerasan pada Proses Heat Treatment Baja HSLA, Richard A.M. Napitupulu,
Otto H. S, Charles Manurung, Humisar Sibarani
218
30. Analisa Kualitas Permukaan Baja AISI 4340 terhadap Variasi Arus pada Electrical
Discharge Machining (EDM), Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Ivan Dion
224
31. Rancangan Launcher Roket Air, Suherlan, Dzulfi S Prihartanto, Gede Eka
Lesmana, Yohannes Dewanto
234
32. Analisa Kerja Roket Air Satu Tingkat, Ahmad Hidayat Furqon, Mochammad
Ilham Attharik, Pirnardi, dan I Gede Eka Lesmana
240
33. Analisis Penggunaan Differensial Proteksi pada Motor-Motor Listrik, PLTU
Buatan China, Suryo Busono
247
34. Efektivitas Alat Penukar Kalor Double Pipe Bersirip Helical sebagai Pemanas Air
dengan Memanfaatkan Gas Buang Mesin Diesel, Zainuddin, Jufrizal, Eswanto
255
| vi
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
PANITIA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI8) 2013
Pelindung
: Rektor Universitas Tarumanagara, Prof. Dr. Ir. Roesdiman S.
Penasehat
: Dekan Fakultas Teknik, Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT
Penanggung jawab : Ketua Jurusan Teknik Mesin, Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.
Panitia Pengarah:
Ketua
Anggota
: Prof. Dr. Ir. Eddy S. Siradj, M.Sc
: a. Prof. Dr. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing
b. Prof. Dr. Ir. Bambang Suryawan, MT
c. Prof. Dr. Ir. T. Yuri M. Zagloel
d. Prof. Dr. Ir. Dahmir Dahlan
Panitia Pelaksana:
Ketua
Wakil Ketua
Sekretariat
Bendahara
Seksi Publikasi & Sponsor
Seksi Makalah
Seksi Acara & Dokumentasi
Seksi Perlengkapan
Seksi Konsumsi
Seksi Penerima Tamu
Seksi Keamanan
: Wilson Kosasih, ST., MT
Didi Widya Utama, ST., MT
: 1. I Wayan Sukania, ST., MT (Koordinator)
2. Farida Ariyanti, SE
: 1. Ir. Sofyan Djamil, M.Si. (Koordinator)
2. Lithrone Laricha S., ST., MT
: 1. Ir. Erwin Siahaan, M.Si (Koordinator)
2. Agus Halim, ST., MT
3. Lina Gozali, ST., MM
: 1. Dr. Abrar Riza, ST., MT (Koordinator)
2. Dr. Sobron Yamin Lubis
3. Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.
4. Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT
5. Dr. Lamto Widodo, ST., MT
6. Ir. Sofyan Djamil, M.Si
7. Dr. Adianto, M.Sc
8. Ir. Rosehan, MT
9. Endro Wahyono
: 1. Ahmad ST., MT (Koordinator)
2. Marsudi
3. Mahasiswa
: 1. Steven Darmawan, ST., MT (Koordinator)
2. Budi Herman
3. Siswanto
4. Kusno Aminoto
5. Heryanto
6. Herman
: 1. Sulastini, SE (Koordinator)
2. Karyati, SE
: 1. Lithrone Laricha S., ST., MT (koordinator)
2. Mahasiswi (4 orang)
: 1. Desnata Hambali, ST., MT (Koordinator)
2. Agun Gunawan
3. Bachrudin
4. Mahasiswa 6 orang
|x
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
PENGARUH KONSENTRASI KALIUM HIDROKSIDA (KOH)
PADA ELEKTROLIT TERHADAP PERFORMA
ALKALINE FUEL CELL
Made Sucipta1,2)* , I Made Suardamana2), I Ketut Gede Sugita1,2), Made Suarda1)
1)
Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana
Kampus Unud, Bukit Jimbaran, Badung. Telp: 0361-703321
2)
Program Magister Teknik Mesin, Universitas Udayana
Kampus Unud, Jl. PB Sudirman, Denpasar
* e-mail: m.sucipta@gmail.com
Abstrak
Fuel cell merupa ka n a la t konversi energi ya ng menguba h energi kimia menja di energi listrik
mela lui proses pengga bunga n unsur hidrogen da n oksigen menja di a ir da n energi listrik. Pa da
penelitian ini tela h dika ji performa nsi Alkaline Fuel Cell (AFC) denga n menggunakan tiga
pa sa ng katoda -a noda ya ng tersusun seri ya ng menggunaka n elektroda sta inless steel keteba lan
0,4 mm denga n permukaa n kusa m (doff) dan kila p, denga n va ria si konsentra si elektrolit
kalium hidroksida (KOH) sebesa r 10%, 30%, 50% da n 70%. La ju a lir ma sa hidrogen dan
oksigen dija ga konsta n pa da 0.03 kg/s. Lua s pela t stainless steel ya ng digunakan a da lah 6 cm
x 9 cm, denga n lua san efektif a dala h sebesa r 4 cm x 7 cm. Ja rak a nta ra katoda dan a noda
sebesa r 1 cm, sehingga memberika n ha sil volume elektro lit ya ng digunakan a dala h sebesa r 4
cm x 7 cm x 1 c m. Pa da pengujia n ya ng telah dilakuka n ternyata diperoleh ba hwa sta inless
steel ya ng doff ma mpu mengha silkan tega nga n listrik ya ng lebih besar. Sema kin tinggi
konsentra si KOH ya ng digunakan ma ka akan sema k in tinggi pula tegangan listrik ya ng
diha silka n. Ha l ini berlaku untuk kedua jenis sta inless steel ya ng diteliti. Da la m menca pa i
kesta bila n tegangan listrik ya ng diha silkan pa da penelitia n ini diperoleh juga ba hwa suhu
elektrolit akan terus menurun. Kesta bilan tega nga n listrik yang diha silkan pa ling cepat
diperoleh pa da konsentra si KOH ya ng rendah (10%), akan tetapi besa rnya tega nga n listrik
ya ng diha silkan lebih renda h da ri tega nga n listrik ya ng diha silka n dengan konsentra si KOH
sebesa r 70%. Peningka ta n konsentra si KOH juga a ka n ma mpu meningka tka n da ya listrik ya ng
diha silka n. Diperoleh juga ba hwa a rus listrik ya ng diperoleh setela h pemberia n beba n pa da
penca pa ian kestabila n tega nga n aka n lebih besa r pada sta inless steel ya ng doff diba ndingkan
denga n ya ng kila p.
Kata Kunci : Alka line fuel cell, sta inless steel, konsentra si KOH, suhu elektrolit, tega nga n dan
a rus listrik
1. Pendahuluan
Kebutuhan manusia akan energi terus meningkat seiring dengan laju pertumbuhan
penduduk. Hal ini berdampak pada eksplorasi energi fosil secara besar-besaran untuk
memenuhi kebutuhan energi masyarakat, yang pada dasarnya ketersediaannya sudah
semakin menipis. Penemuan peralatan pengkonversi energi yang efisien, khususnya energi
listrik yang ramah lingkungan, mudah diaplikasikan, fleksibel, sangatlah diperlukan.
Fuel cell merupakan alat pengkonversi energi dimana energi yang diperoleh berasal
dari proses elektrokimia yang mengubah reaksi energi kimia menjadi energi listrik [1].
Untuk hal tersebut, fuel cell menggunakan elektrolit sebagai media transfer elektron dan
elektroda sebagai media yang melepas dan menyerap elektron. Dalam prosesnya elektrolit
tersebut di pisahkan antara unsur Hidrogen (H2 ) dan Oksigen (O 2 ) sehingga pada elektroda
terjadi proses pelepasan dan penyerapan elektron akibat pelepasan hidrogen oksigen pada
elektrolit.
Alkaline Fuel Cell (AFC) merupakan salah satu sel bahan bakar modern pertama
yang telah dikembangkan. Aplikasi AFC pada awalnya menggunakan pelat platina sebagai
elektroda dan kalium hidroksida (KOH) sebagai elektrolit. Penggunaan pelat platina dalam
pembuatan AFC menjadikan alat ini sangat mahal. Bagas (2010) telah meneliti mengenai
TM-27 | 195
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
material yang memiliki potensi untuk menggantikan penggunaan pelat platina sebagai
elektroda dalam pembuatan alkaline fuel cell sederhana [2]. Pada penelitiannya telah
digunakan 3 jenis material yang dijadikan pengganti material platina, yaitu seng, stainless
steel, dan alumunium dengan media elektrolit KOH sebagai media transfer elektro nnya.
Dalam penelitiannya diperoleh bahwa material stainless steel yang mampu menghasilkan
tegangan paling baik dan materialnya tidak ikut mengalami reaksi. Akan tetapi ada
beberapa tipe/jenis stainless steel yang mempunyai karakter material yang berbeda ya ng
tentunya akan sangat mempengaruhi performansi AFC itu sendiri disamping faktor
konsentrasi elektrolit yang digunakan. Penelitian lain mengatakan bahwa luasan
permukaan yang mengalami reaksi kimia mempengaruhi tegangan listrik yang dihasilkan
AFC [3]. Dan untuk mencapai tegangan listrik yang diinginkan banyak sel bahan bakar
harus dihubungkan satu dengan lainya secara seri [4].
Maka, berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan tersebut diatas telah
dilakukan penelitian dengan menggunakan dua tipe material pelat stainless steel, yaitu
permukaan kusam (doff) dan kilap, untuk mengetahui pengaruh penggunaan pelat stainless
steel terhadap performa alkaline fuel cell pada berbagai konsentrasi larutan elektrolit.
2. Dasar Teori
Fuel cell adalah sebuah alat elektrokimia yang mirip dengan baterai, tetapi berbeda
karena reaktannya dirancang untuk dapat diisi terus menerus, sehingga listrik yang
dihasilkan tergantung pada hidrogen dan oksigen yang disediakan dari luar sel. Hal ini
berbeda dengan energi internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektroda dalam baterai
bereaksi dan berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektroda
fuel cell adalah katalitik dan relatif stabil. Reaktan yang biasanya digunakan dalam sebuah
fuel cell adalah hydrogen di sisi anoda dan oksigen di sisi katoda. 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.
Pada asasnya fuel cell adalah sebuah baterai ukuran besar. Prinsip kerja ini
berlandaskan reaksi kimia, bahwa pada penggabungan hidrogen dan oksigen, terjadi air
dan energi. Dalam hal ini, energi listrik atau:
2H2 + O2
2H2 O + Energi listrik
(1)
Pada dasarnya sel ini terdiri atas tiga bagian yaitu; sebuah peubah bahan bakar,
yang menghasilkan suatu gas yang mengandung banyak hidrogen (H2 ), kemudian sel
bahan bakar (fuel cell) itu sendiri, yang menghasilkan energi listrik arus searah, dan yang
terakhir sebuah inverter yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi listrik
arus bolak-balik.
Listrik yang dihasilkan oleh fuel cell dihasilkan berdasarkan dari ukuran area reaksi
dimana reaktan (H2 dan O 2 ), elektroda dan elektrolit bertemu. Untuk menghasilkan
permukaan reaksi yang besar biasanya dilakukan dengan memaksimalkan antara
permukaan dengan volume fuel cell, dimana biasanya fuel cell dibuat kurus, terdiri dari
struktur planar [3].
Fuel cell itu sendiri pada prinsipnya bekerja sebagai kebalikan dari proses
elektrolisis. Pada Gambar 2.1 menunjukan prinsip kerja sebuah fuel cell. Sel tersebut
terdiri atas sebuah tangki. Dalam tangki itu ada dua dinding, berupa elektroda. Satu
dinding bekerja sebagai elektroda bahan bakar, dan sebuah dinding lainnya berfungsi
sebagai elektroda udara. Di tengah kedua dinding tersebut terdapat elektrolit, yaitu air
dicampur asam. Bahan bakar berupa hidrogen H2 memasuki fuel cell, dan ditampung dalam
ruangan sebelah kiri dinding fuel cell. Sedangkan oksigen O 2 dalam bentuk udara
memasuki fuel cell dari sebelah kanan dan ditampung dalam ruang sebelah kanan elektroda
TM-27 | 196
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
udara. Kedua elektroda dihubungkan pada jaringan listrik melalui inverter. Diatur bahwa
elektroda bahan bakar disambung pada sisi negatif, sedangkan elektroda udara pada sisi
positif jaringan. Perlu dikemukakan bahwa elektroda udara adalah katoda dan elektroda
bahan bakar adalah anoda.
Dibandingkan dengan baterai, skala daya dan kapasitas dari fuel cell dapat kita
sesuaikan. Hal ini dapat dilakukan karena fuel cell memiliki kerapatan energi potensial
yang tinggi dibandingkan baterai dan dengan cepat terisi kembali dengan bahan bakar.
Sedangkan baterai yang harus dibuang ataupun diisi ulang dengan memerlukan waktu yang
lama [3].
Gambar 2.1. Prinsip Kerja Fuel Cell
AFC termasuk memiliki kinerja yang sangat baik pada hidrogen (H2 ) dan oksigen
(O 2 ) dibandingkan dengan bahan bakar sel kandidat lain karena O 2 aktif pada kinetika
elektroda dan fleksibel untuk digunakan pada berbagai electrocatalysts. Berikut merupakan
reaksi yang terjadi pada sisi anoda dan katoda dari alkaline fuel cell:
Anoda : H2 + 2OH-
2H2 O + 2e-
Katoda : ½ O 2 + 2e- + 2H2 O
2OH-
(2)
(3)
Pada alkaline fuel cell disarankan untuk menggunakan hidrogen dan oksigen murni
sebagai bahan bakar dan oksidannya karena, mereka tidak mentolerir adanya karbon
dioksida [3]. Keberadaan karbon dioksida dalam a lkaline fuel cell menurunkan elektrolit
KOH menjadi:
2OH- + CO 2
CO 3 2- + H2 O
(4)
-
Lama kelamaan, konsentrasi OH dalam elektrolit akan menurun. Ditambah, K 2 CO3
akan mengendap di luar elektrolit dan menyebabkan masalah yang signifikan.
Elektrolit adalah larutan yang molekul- molekulnya dapat terurai menjadi ion- ion
sehingga dapat berupa asam, basa dan garam. Elektrolit yang biasa digunakan pada
alkaline fuel cell adalah larutan kalium hidroksida (KOH). KOH memiliki konduktivitas
ionic tertinggi dibandingkan komponen hidroksida yang lainnya. Hal tersebut dapat dilihat
dari nilai mobilitas untuk ion K + dibandingkan kation lainnya yaitu Na+ atau Li+. Pada
alkaline fuel cell (AFC) larutan KOH yang digunakan memiliki konsentrasi antara 30%
sampai dengan 65% [3].
Elektroda yang digunakan dalam pembuatan fuel cell harus memiliki pori-pori yang
memungkinkan untuk terjadi reaksi pada permukaan area reaksi dan memiliki akses gas
yang baik. Pada struktur planar terdiri dari elektroda anoda dimana bagian yang diisi oleh
TM-27 | 197
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
bahan bakar (H2 ), dan elektroda katoda yang berisi oksidan (O 2 ). Untuk fuel cell pada sisi
anoda terjadi Hydrogen Oxidation Reaction (HOR) dan pada sisi katoda terjadi Oxygen
Reduction Reaction (ORR) [3].
Selain platinum material pelat stainless steel dapat digunakan sebagai elektroda fuel
cell. Stainless steel termasuk kedalam paduan kromium-besi yang diketahui dari ketahanan
terhadap korosi. Kemampuan untuk mencegah korosi ini adalah dikarena permukaan
lapisan kromium oksida yang terbentuk dengan adanya oksigen. Kebanyakan dari stainless
steel juga tahan terhadap atmosfer laut, air tawar, oksidasi pada suhu tinggi dan oksidasi
kimia ringan. Beberapa media juga tahan terhadap air garam dan pengikisan. Mereka juga
sangat tahan panas, beberapa dapat bertahan pada suhu tinggi [5].
Fuel cell merupakan reaksi kimia yang terjadi dalam suatu cara tertentu sehingga
menyebabkan elektron mengalir pada suatu rangkaian listrik. Secara teori reaksi ini terjadi
secara isothermal dan reversible. Pada keadaan tenang dan proses aliran yang tenang serta
temperatur yang sama dengan ruangan yaitu 25°C (298 K), kerja maksimum, Wrev , dapat
dinyatakan dengan persamaan Gibbs:
Wrev = G2 – G1
(5)
Tegangan yang dapat diukur pada sel ini , V, merupakan hasil perkalian antara arus
listrik, I, dan hambatan rangkaian, R.
V=I .R
(6)
Sedangkan daya, P, merupakan hasil kali arus yang dihasilkan dengan tegangan
yang ada yaitu:
P=V.I
(7)
Untuk efisiensi, � , dihitung dari perbandingan daya yang dihasilkan dan kerja
maksimum yang mungkin dapat diperoleh secara teoritis, yaitu:
�=
����
�
(8)
3. Metode Penelitian
Pada penelitian ini telah dirancang alat alkaline fuel cell dengan menggunakan tiga
pasang katoda-anoda yang tersusun seri, dengan ukuran pelat stainless steel yang
digunakan adalah sebesar 6 cm x 9 cm, sedangkan tebal pelat adalah sebesar 0,4 mm. Akan
tetapi dalam rancangan alatnya karena sebagian pelat tersebut dijepit pada wadah fuell cell,
yang terbuat dari acrylic, sehingga luas efektif permukaannya menjadi 4 cm x 7 cm. Untuk
volume elektrolit yang bisa ditampung pada pengujian pertama ini adalah 4 cm x 7 cm x 1
cm (jarak antara katoda dan anoda adalah 1 cm).
Pada pengujian ini pula yang diuji pertama adalah perbandingan penggunaan pelat
stainless steel doff dan yang mengkilap. Skema rancangannya ditunjukkan pada Gambar
3.1.(a). Sedangkan skema pelat stainless yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.1.(b).
Foto alat uji yang telah dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Pada awalnya, supply oksigen dan hidrogen pada alat penelitian ini dirancang akan
di peroleh dari proses elektrolisis. Namun, pada proses perancangan alat elektrolisis, laju
alir masa hidrogen yang dihasilkan sangat rendah sehingga aliran masa hidrogen dan
oksigen yang digunakan adalah yang tersedia dipasaran dalam ukuran tabung sedang. Pada
pengujian awal ini laju lair masa hidrogen dan oksigen dijaga pada kondisi aliran yang
sama yaitu dengan laju alir masa 0,03 kg/s. Untuk larutan elektrolit ya ng telah diuji adalah
KOH dengan konsentrasi 10%, 30%, 50% dan 70% pada basis masa.
Dalam penelitian ini diukur berapa besar tegangan listrik yang dihasilkan (V), kuat
arus listrik (I) dan temperatur kerja dari a lkaline fuel cell, baik itu pada konsentrasi KOH
TM-27 | 198
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
10% sampai 70% sesuai dengan prosedur penelitian yang telah dibuat.
(a)
(b)
Gambar 3.1. (a) Skema rancangan stack AFC tiga pasang katoda-anoda. (b) Dimensi pelat
stainless steel yang dipergunakan dalam penelitian
Gambar 3.2. Prototipe alkaline fuel cell yang diuji pada tahap awal penelitian
4. Hasil dan Pembahasan
Hasil pengujian pada AFC tersebut telah disajikan pada gambar- gambar berikut.
Gambar 3.3. menunjukkan perubahan suhu elektrolit selama waktu pengujian yaitu sekitar
40 menit dengan menggunakan stainless steel doff. Pada grafik terlihat bahwa suhu
elektrolit KOH sebesar 70% mempunyai suhu yang paling tinggi yang mencapai 91 o C pada
awal pengujian, sedangkan elektrolit dengan KOH 10% mencapai suhu terendah pada awal
pengujian, yaitu sebesar 36o C. Terjadi peningkatan tegangan listrik yang dihasilkan,
sedangkan suhu elektrolit menurun pada semua konsentrasi yang diteliti.
Pada Gambar 3.4. menunjukkan perubahan besarnya tegangan dan arus listrik yang
TM-27 | 199
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
dihasilkan selama pengujian dengan menggunakan elektroda stainless steel tipe doff.
Peningkatan tegangan listrik yang dihasilkan menunjukkan kecenderungan yang linier
pada semua konsentrasi KOH yang diteliti. Pada KOH 10% kestabilan tegangan listrik
yang dihasilkan tercapai lebih awal yaitu pada sekitar 24 menit pertama, disusul kemudian
untuk konsentrasi KOH 30%, KOH 50% dan yang terlama mencapai kestabilan adalah
pada konsentrasi elektrolit sebesar 70% yaitu mencapai menit ke 32. Tetapi, kestabilan
tegangan listrik yang lama ini tergantikan dengan tegangan listrik yang dicapai. Misal,
pada elektrolit konsentrasi KOH 70%, tegangan tertinggi dicapai pada level sekitar 41,5
mV, sedangkan pada elektrolit konsentrasi KOH 10% tegangan listrik yang dicapai hanya
sekitar 17,1 mV.
Gambar 3.3. Grafik perubahan suhu elektrolit pada interval waktu pengujian dengan
menggunakan stainless steel doff
Gambar 3.4. Grafik perubahan tegangan dan arus listrik yang dihasilkan pada interval
waktu pengujian dengan menggunakan stainless steel doff
Pada penelitian ini, disaat tegangan listrik yang dihasilkan sudah mencapai
kestabilan tegangan, selanjutnya diberi beban listrik. Tampak pada Gambar 3.4. bahwa saat
diberi beban untuk konsentrasi KOH 70% tegangan listrik akan langsung turun mencapai
17,1 mV, dan arus listrik yang dihasilkan adalah sebesar 16,9 µA. Begitu juga untuk
elektrolit dengan konsentrasi yang lebih kecil. Semakin kecil konsentrasi KOH yang
digunakan semakin kecil tegangan listrik yang dihasilkan saat diberi beban, dan semakin
TM-27 | 200
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
kecil pula arus listrik yang dihasilkan. Pada pengujian dengan stainless steel doff ini, arus
listrik terendah sebesar 3,5 µA diperoleh pada pengujian dengan elektrolit pada konsentrasi
KOH 10%.
Seperti sudah diuraikan sebelumnya, pada penelitian ini juga diuji stainless steel
dengan ketebalan yang sama (0,4 mm) tetapi dengan permukaan stainless steel yang kilap
sebagai pembanding. Kecenderungan perubahan suhu elektrolit selama interval pengujian,
perubahan tegangan listrik yang dihasilkan dan arus listrik ya ng dihasilkan saat fuel cell
tersebut diberi beban menunjukkan kecenderungan yang sama seperti pada pengujian
stainless steel tipe doff. Besarnya perubahan suhu pada masing- masing elektrolit dengan
konsentrasi KOH yang bersesuaian dengan pengujian stainless steel doff menunjukkan
nilai yang hampir sama, seperti dapat dilhat pada Gambar 3.5, dibandingkan dengan
Gambar 3.3.
Gambar 3.5. Grafik perubahan suhu elektrolit pada interval waktu pengujian dengan
menggunakan stainless steel kilap
Gambar 3.6. Grafik perubahan tegangan dan arus listrik yang dihasilkan pada interval
waktu pengujian dengan menggunakan stainless steel kilap
Akan tetapi, besarnya perubahan parameter lainnya (tegangan dan arus listrik) pada
stainless steel kilap yang terjadi menunjukkan nilai numerik yang lebih kecil
dibandingankan dengan apa yang dicapai pada hasil pengujian menggunakan stainless steel
tipe doff. Seperti pada elektrolit dengan konsentrasi KOH 70% kestabilan tegangan listrik
TM-27 | 201
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
yang dihasilkan tercapai pada level sekitar 34,2 mV, dan setelah diberi beban, tegangan
listriknya turun mencapai 16,4 mV dan arus listrik yang dihasilkan mencapai 15,7 µA. Hal
ini ditunjukkan pada Gambar 3.6. Masih Pada Gambar yang sama terlihat kestabilan
tegangan listrik yang dihasilkan pada elektrolit dengan konsentrasi KOH 10% hanya
mencapai 16,8 mV, selanjutnya turun setelah dibebani mencapai 3,6 mV dan arus listrik
yang dihasilkan setelah dibebani mencapai 3,2 µA.
5. Kesimpulan
Pada pengujian yang telah dilakukan ternyata diperoleh bahwa adanya perbedaan
struktur permukaan stainless steel yang digunakan, yaitu permukaan yang doff (kusam)
dan kilap, akan berpengaruh pada tegangan listrik yang dihasilkan. Stainless steel yang
doff mampu menghasilkan tegangan listrik yang lebih besar.
Konsentrasi elektrolit juga memegang peranan penting terhadap performa AFC ini.
Terbukti dari hasil penelitian diperoleh bahwa semakin tinggi konsentrasi KOH yang
digunakan maka akan semakin tinggi pula tegangan listrik yang dihasilkan. Dan hal ini
berlaku untuk kedua jenis stainless steel yang diteliti.
Dalam mencapai kestabilan tegangan listrik yang dihasilkan pada penelitian ini
diperoleh juga bahwa suhu elektrolit akan terus menurun. Dan perlu dicatat juga bahwa
kestabilan tegangan listrik yang dihasilkan paling cepat diperoleh pada konsentrasi KOH
yang rendah (10%), akan tetapi besarnya tegangan listrik yang dihasilkan lebih rendah dari
tegangan listrik yang dihasilkan dengan konsentrasi KOH sebesar 70%.
Arus listrik yang dihasilkan untuk semua kasus masih sangat rendah, sehingga
berdampak langsung pada daya listrik yang dihasilkan juga masih rendah. Tetapi perlu
dicatat juga bahwa peningkatan konsentrasi KOH juga akan mampu meningkatkan daya
listrik yang dihasilkan. Untuk hal yang sama juga diperoleh bahwa arus listrik yang
diperoleh setelah pemberian beban pada pencapaian kestabilan tegangan akan lebih besar
pada stainless steel yang doff dibandingkan dengan yang kilap.
Ucapan Terima Kasih
Penelitian ini telah didanai oleh LPPM Universitas Udayana melalui skema penelitian
hibah desentralisasi, yaitu Penelitian Hibah Bersaing tahun 2013, dengan nomer kontrak :
175.25/UN14.2/PNL.01.03.00/2013, untuk itu kami ucapkan banyak terima kasih atas
dukungan hibah pendanaan yang telah diberikan.
Daftar Pustaka
1. EG&G Technical Services, Inc, (2002). F uel Cell Handbook. Sixth Edition. U.S.
Department of Energy Office of Fossil Energy National Energy Technology
Laboratory, West Virginia.
2. Bagas S, Alda, (2010). Rancang Bangun Alkaline Fuel Cell (AFC) Dengan Elektroda
Stainless Steel, Alumunium, Besi, Dan Seng. Tugas Akhir, ITS, Surabaya.
3. O’Hayre, Ryan, et al, (2009). F uel Cell F undamentals. Second Edition. John wiley &
Son’s, New York.
4. Larminie, James & Dick, Andrew, (2003), F uel Cell Systems Explained. Second
Edition. John wiley & Son’s ltd, England.
5. Brady, George S, et all, (2002). Materials Hand Book. Fifteenth Edition. Mc GrawHill, New York
TM-27 | 202
SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI
(SNMI8) 2013
ISBN: 978-602-98109-2-9
RISET MULTIDISIPLIN UNTUK MENUNJANG
PENGEMBANGAN INDUSTRI NASIONAL
Auditorium Gedung M Lantai 8
Universitas Tarumanagara
Jakarta, 14 November 2013
Diterbitkan oleh:
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Tarumanagara
Jl. Let. Jend. S. Parman No. 1 Jakarta 11440
Telp. (021) 567 2548, 563 8358 Fax. (021) 566 3277, (021) 563 8358
e-mail: mesin@tarumanagara.ac.id, snmi_mesin@yahoo.co.id
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas terlaksananya Seminar Nasional
Mesin Industri (SNMI8) 2013 yang berlangsung baik.
Peran Perguruan Tinggi dalam mendorong kemandirian bangsa adalah turut
berpartisipasi secara aktif dalam riset dan pengembangan IPTEK serta membangun jejaring
dan sinergi antara Akademisi dan Industri.
Dalam rangka untuk memperingati Dies Natalis ke-32 Program Studi Teknik
Mesin, dan Dies Natalis ke-8 Program Studi Teknik Industri, Jurusan Teknik Mesin
Universitas Tarumanagara menyelenggarakan Seminar Nasional Mesin dan Industri
(SNMI) kedelapan kalinya sebagai sarana komunikasi para dosen, peneliti, dan pakar
ilmiah guna meningkatkan mutu pendidikan dan pembelajaran, penelitian, dan
pengembangan IPTEK. Dan, tema dalam SNMI8 2013 ini adalah “Riset Multidisiplin
untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional”.
Tujuan diadakannya Seminar Nasional Mesin dan Industri 2013 ini, adalah sebagai
berikut:
1. Menumbuhkan sikap inovatif, kreatif serta tanggap terhadap perkembangan Ilmu
Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK).
2. Menjadikan wadah sebagai forum komunikasi hasil penelitian antar Akademisi,
Peneliti, Praktisi, Industri, dan Mahasiswa.
3. Menjadikan Sarana untuk menjalin kerjasama atau networking, antar pelaku IPTEK
maupun antara pelaku IPTEK dengan pelaku bisnis untuk memacu pengembangan
program penelitian lebih lanjut.
Adapun topik seminar bidang Teknik Mesin dan Teknik Industri yang disampaikan
dalam kegiatan SNMI8 2013 ini, meliputi: Pengembangan Energi, Konstruksi Mesin,
Konversi Energi, Teknik Manufaktur, Mekatronika dan Robotika, Teknologi Material,
Perancangan dan Pengembangan Produk, Perancangan Sistem Kerja dan Ergonomi,
Manajemen Operasi dan Produksi, Manajemen Kualitas, Logistik & Sistem Transportasi,
Manajemen Rantai Pasokan, Optimasi Sistem Industri, dan Kesehatan & Keselamatan
Kerja (K3).
Pada SNMI8 2013 ini menampilkan 2 (dua) pembicara kunci yang memiliki
kompetensi dalam bidangnya, antara lain:
1. Prof. Dr. Ir. Raldi Artono Koestoer, DEA. (Teknik Mesin Universitas Indonesia, Depok)
2. Prof. Ir. I Nyoman Pujawan, M. Eng., Ph.D., CSCP. (Teknik Industri Institut Teknologi
Sepuluh Nopember, Surabaya)
Selain itu, dalam kegiatan seminar ini juga dipresentasikan sebanyak 77 makalah
hasil karya ilmiah Staf Pengajar Teknik Mesin dan Teknik Industri yang berasal dari
berbagai Perguruan Tinggi di Indonesia.
Pada kesempatan ini, Panitia SNMI8 2013 menyampaikan permohonan maaf jika
selama pelaksanaan seminar ini terdapat kekurangan dan kesalahan. Akhirnya, Panitia
mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah mendukung terselenggaranya
SNMI VIII 2013 ini dengan baik.
Jakarta, 14 November 2013
Ketua Panitia SNMI8 2013
Wilson Kosasih, S.T., M.T.
| ii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Sambutan Dekan Fakultas Teknik
Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI8) 2014
Kami, 14 November 2013
Sebagai bagian dari komunitas ilmiah, Dosen wajib terus menerus
melaksanakan Tri Dharma Perguruan Tinggi, secara khusus Dharma
kedua yaitu Penelitian dan Publikasi Karya Ilmiah. Karya ilmiah yang berkualitas dan
dipublikasikan pada media yang kredibel dapat menambah wawasan bagi para pembaca,
memberikan informasi hasil penelitian terkini (state of the art) dan dapat dijadikan acuan
bagi penelitian berikutnya.
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara yang terdiri dari
2 (dua) program studi yaitu Teknik Mesin dan Teknik Industri, secara berkelanjutan
menyelenggarakan Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI) setiap tahun dan telah
memasuki tahun ke VIII pada tahun 2014 ini. Seminar ini merupakan sarana komunikasi
yang efektif bagi para dosen, peneliti, pakar, mahasiswa, praktisi dan dunia indutsri untuk
bertukan informasi tentang hasil penelitian dan pengembangan yang telah dilaksanakan
selama ini. Diharapkan seminar ini dapat memperkaya semua peserta dengan berbagai
hasil penelitian terbaru.
Tema SNMI8 2013: “Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan
Industri Nasional”, sangat relevan dengan kebutuhan saat ini, dimana pengembangan
industri nasional sedang mengalami berbagai tantangan dengan masuknya berbagai produk
hasil industri dari luar negeri dengan harga yang kompetitif dan kualitas yang baik. Peran
dunia pendidikan dengan berbagai hasil riset multidisiplin yang dapat diimplementasikan
dalam proses manufaktur, merupakan salah satu cara untuk mengatasi tantangan tersebut.
Pimpinan Fakultas Teknik memberikan apresiasi yang tinggi kepada keynote
speaker yang telah berkenan berbagi informasi, pengetahuan dan pengalaman dalam
penelitian dan pengembangan teknologi melalui SNMI8 2013. Apresiasi juga disampaikan
kepada semua sponsor, panitia pelaksana, dan semua pihak yang telah mendukung
terselenggaranya SNMI8 2013 dengan sukses.
Kepada seluruh peserta seminar, selamat berseminar, semoga Bapak Ibu
mendapatkan informasi dan pengetahuan baru yang dapat digunakan dalam pengembangan
IPTEK di tempat masing-masing. Karya kita sangat ditunggu oleh masyarakat luas sebagai
bagian dari upaya untuk meningkatkan kualitas kehidupan bersama.
Selamat berseminar.
Jakarta, 14 November 2013
Dekan,
Dr. Agustinus Purna Irawan, S.T., M.T.
| iii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
UCAPAN TERIMA KASIH
Panitia SNMI8 Tahun 2013 mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang
telah mendukung terselenggarakannya SNMI8 Tahun 2013 dengan baik.
Ucapan terima kasih ini disampaikan kepada:
1. Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara.
2. Program Studi Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Tarumanagara.
3. Kepada seluruh Pemakalah dari Staf Pengajar Teknik Mesin dan Teknik Industri yang
berasal dari berbagai Perguruan Tinggi di Indonesia dan Praktisi.
| iv
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
DAFTAR ISI
Kata Pengantar
Sambutan Dekan Fakultas Teknik
Ucapan Terima Kasih
Daftar Isi
Susunan Panitia
Susunan Acara
1.
Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi
Artono Koestoer
2.
Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan
Bidang Teknik Mesin
1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro
Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden
2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
3.
4.
5.
6.
Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk
Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih
Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown
DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra
Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap
Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto
Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)
dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik
Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P.
Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan
7.
8.
9.
ii
iii
iv
v
x
xi
Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit
Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto
Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,
Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi
Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media
Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut
Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based
On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto
11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku
Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra
Prasetyo, dan Jamari
12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas
Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani
13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi
Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut
14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact
Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil,
1
7
1
7
14
21
34
42
49
60
67
73
83
90
96
Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan
102
15. Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack
Karburising, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi
109
|v
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
16. Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar dengan Media Radiator pada Mesin Bensin
Bertipe Injeksi Terhadap Unjuk Kerja Mesin, I Gusti Ngurah Putu Tenaya, I
Gusti Ketut Sukadana, dan I Gusti Ngurah Bagus Surya Pratama
115
17. Strain-Hardening Baja Karbon AISI 1065 Akibat Beban Gelinding-Gesek, I Made
Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang
Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana
124
18. Pengaruh Temperatur Tuang Paduan Perunggu Terhadap Sifat Kekerasannya Pada
Proses Pembuatan Genta Dengan Metoda Pasir Cetak (Sand Casting), I Made
Gatot Karohika, I Nym Gde Antara
133
19. Ketahanan Aus Baja Carbon AISI 1065 dengan Pengerasan Permukaan Kontak
(Quench-Hardening) terhadap Beban Gelinding-Luncur, I Made Widiyarta, Tjok
Gde Tirta Nindia, I Putu Lokantara, I Made Gatot Karohika dan I Ketut Windu
Segara
141
20. Pengembangan Kurva P-h dalam Pemodelan Elemen Hingga Vickers Indentasi
untuk Memprediksi Kekerasan Vickers (HV), I Nyoman Budiarsa
149
21. Studi Profil Temperatur Reaktor Fluidized Bed Pada Gasifikasi Sewage Sludge,
I Nyoman Suprapta Winaya, I Nyoman Adi Subagia, Rukmi Sari Hartati
158
22. Pengaruh Pemasangan Ring Berpenampang Segiempat dengan Posisi Miring
pada Permukaan Silinder terhadap Koefisien Drag, Si Putu Gede Gunawan Tista,
Ketut Astawa, Ainul Ghurri
166
23. Pengaruh Perlakuan Diammonium Phosphate (DAP) Terhadap Ketahanan Api
Komposit Plastik Daur Ulang-Serat Alam, I Putu Lokantara, NPG Suardana
173
24. Analisa Pengaruh Viskositas Pelumas terhadap Permukaan Penampang Material
pada Proses Ekstrusi Pengerjaan Dingin, Jhonni Rahman
180
25. Simulasi Numerik Aero-Akustik Aliran Udara Yang Melalui Silinder Pada
Bilangan Reynolds 90000 Menggunakan Model Turbulensi Les Dan Model
Akustik FWH, M. Luthfi, Sugianto
186
26. Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) pada Elektrolit terhadap
Performa Alkaline Fuel Cell, Made Sucipta, I Made Suardamana, I Ketut Gede
Sugita, Made Suarda
195
27. Makrostruktur dan Permukaan Patah dalam Uji Tarik terhadap Perlakuan Panas
pada Baja Karbon Rendah, Nofriady H. dan Ismet Eka P.
203
28. Model Penentuan Koefisien Serap (Absorbsi) dan Kekuatan Tarik Material
Komposit Epoxy dengan Pengisi Serat Rockwool sebagai Knalpot Rendah Bising
Secara Eksperimen, Nurdiana, Zulkifli , Mutya Vonnisa
208
29. Pengaruh Waktu Tahan dan Laju Pemanasan terhadap Besar Butir Austenit dan
Kekerasan pada Proses Heat Treatment Baja HSLA, Richard A.M. Napitupulu,
Otto H. S, Charles Manurung, Humisar Sibarani
218
30. Analisa Kualitas Permukaan Baja AISI 4340 terhadap Variasi Arus pada Electrical
Discharge Machining (EDM), Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Ivan Dion
224
31. Rancangan Launcher Roket Air, Suherlan, Dzulfi S Prihartanto, Gede Eka
Lesmana, Yohannes Dewanto
234
32. Analisa Kerja Roket Air Satu Tingkat, Ahmad Hidayat Furqon, Mochammad
Ilham Attharik, Pirnardi, dan I Gede Eka Lesmana
240
33. Analisis Penggunaan Differensial Proteksi pada Motor-Motor Listrik, PLTU
Buatan China, Suryo Busono
247
34. Efektivitas Alat Penukar Kalor Double Pipe Bersirip Helical sebagai Pemanas Air
dengan Memanfaatkan Gas Buang Mesin Diesel, Zainuddin, Jufrizal, Eswanto
255
| vi
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
PANITIA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI8) 2013
Pelindung
: Rektor Universitas Tarumanagara, Prof. Dr. Ir. Roesdiman S.
Penasehat
: Dekan Fakultas Teknik, Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT
Penanggung jawab : Ketua Jurusan Teknik Mesin, Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.
Panitia Pengarah:
Ketua
Anggota
: Prof. Dr. Ir. Eddy S. Siradj, M.Sc
: a. Prof. Dr. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing
b. Prof. Dr. Ir. Bambang Suryawan, MT
c. Prof. Dr. Ir. T. Yuri M. Zagloel
d. Prof. Dr. Ir. Dahmir Dahlan
Panitia Pelaksana:
Ketua
Wakil Ketua
Sekretariat
Bendahara
Seksi Publikasi & Sponsor
Seksi Makalah
Seksi Acara & Dokumentasi
Seksi Perlengkapan
Seksi Konsumsi
Seksi Penerima Tamu
Seksi Keamanan
: Wilson Kosasih, ST., MT
Didi Widya Utama, ST., MT
: 1. I Wayan Sukania, ST., MT (Koordinator)
2. Farida Ariyanti, SE
: 1. Ir. Sofyan Djamil, M.Si. (Koordinator)
2. Lithrone Laricha S., ST., MT
: 1. Ir. Erwin Siahaan, M.Si (Koordinator)
2. Agus Halim, ST., MT
3. Lina Gozali, ST., MM
: 1. Dr. Abrar Riza, ST., MT (Koordinator)
2. Dr. Sobron Yamin Lubis
3. Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.
4. Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT
5. Dr. Lamto Widodo, ST., MT
6. Ir. Sofyan Djamil, M.Si
7. Dr. Adianto, M.Sc
8. Ir. Rosehan, MT
9. Endro Wahyono
: 1. Ahmad ST., MT (Koordinator)
2. Marsudi
3. Mahasiswa
: 1. Steven Darmawan, ST., MT (Koordinator)
2. Budi Herman
3. Siswanto
4. Kusno Aminoto
5. Heryanto
6. Herman
: 1. Sulastini, SE (Koordinator)
2. Karyati, SE
: 1. Lithrone Laricha S., ST., MT (koordinator)
2. Mahasiswi (4 orang)
: 1. Desnata Hambali, ST., MT (Koordinator)
2. Agun Gunawan
3. Bachrudin
4. Mahasiswa 6 orang
|x
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
PENGARUH KONSENTRASI KALIUM HIDROKSIDA (KOH)
PADA ELEKTROLIT TERHADAP PERFORMA
ALKALINE FUEL CELL
Made Sucipta1,2)* , I Made Suardamana2), I Ketut Gede Sugita1,2), Made Suarda1)
1)
Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana
Kampus Unud, Bukit Jimbaran, Badung. Telp: 0361-703321
2)
Program Magister Teknik Mesin, Universitas Udayana
Kampus Unud, Jl. PB Sudirman, Denpasar
* e-mail: m.sucipta@gmail.com
Abstrak
Fuel cell merupa ka n a la t konversi energi ya ng menguba h energi kimia menja di energi listrik
mela lui proses pengga bunga n unsur hidrogen da n oksigen menja di a ir da n energi listrik. Pa da
penelitian ini tela h dika ji performa nsi Alkaline Fuel Cell (AFC) denga n menggunakan tiga
pa sa ng katoda -a noda ya ng tersusun seri ya ng menggunaka n elektroda sta inless steel keteba lan
0,4 mm denga n permukaa n kusa m (doff) dan kila p, denga n va ria si konsentra si elektrolit
kalium hidroksida (KOH) sebesa r 10%, 30%, 50% da n 70%. La ju a lir ma sa hidrogen dan
oksigen dija ga konsta n pa da 0.03 kg/s. Lua s pela t stainless steel ya ng digunakan a da lah 6 cm
x 9 cm, denga n lua san efektif a dala h sebesa r 4 cm x 7 cm. Ja rak a nta ra katoda dan a noda
sebesa r 1 cm, sehingga memberika n ha sil volume elektro lit ya ng digunakan a dala h sebesa r 4
cm x 7 cm x 1 c m. Pa da pengujia n ya ng telah dilakuka n ternyata diperoleh ba hwa sta inless
steel ya ng doff ma mpu mengha silkan tega nga n listrik ya ng lebih besar. Sema kin tinggi
konsentra si KOH ya ng digunakan ma ka akan sema k in tinggi pula tegangan listrik ya ng
diha silka n. Ha l ini berlaku untuk kedua jenis sta inless steel ya ng diteliti. Da la m menca pa i
kesta bila n tegangan listrik ya ng diha silkan pa da penelitia n ini diperoleh juga ba hwa suhu
elektrolit akan terus menurun. Kesta bilan tega nga n listrik yang diha silkan pa ling cepat
diperoleh pa da konsentra si KOH ya ng rendah (10%), akan tetapi besa rnya tega nga n listrik
ya ng diha silkan lebih renda h da ri tega nga n listrik ya ng diha silka n dengan konsentra si KOH
sebesa r 70%. Peningka ta n konsentra si KOH juga a ka n ma mpu meningka tka n da ya listrik ya ng
diha silka n. Diperoleh juga ba hwa a rus listrik ya ng diperoleh setela h pemberia n beba n pa da
penca pa ian kestabila n tega nga n aka n lebih besa r pada sta inless steel ya ng doff diba ndingkan
denga n ya ng kila p.
Kata Kunci : Alka line fuel cell, sta inless steel, konsentra si KOH, suhu elektrolit, tega nga n dan
a rus listrik
1. Pendahuluan
Kebutuhan manusia akan energi terus meningkat seiring dengan laju pertumbuhan
penduduk. Hal ini berdampak pada eksplorasi energi fosil secara besar-besaran untuk
memenuhi kebutuhan energi masyarakat, yang pada dasarnya ketersediaannya sudah
semakin menipis. Penemuan peralatan pengkonversi energi yang efisien, khususnya energi
listrik yang ramah lingkungan, mudah diaplikasikan, fleksibel, sangatlah diperlukan.
Fuel cell merupakan alat pengkonversi energi dimana energi yang diperoleh berasal
dari proses elektrokimia yang mengubah reaksi energi kimia menjadi energi listrik [1].
Untuk hal tersebut, fuel cell menggunakan elektrolit sebagai media transfer elektron dan
elektroda sebagai media yang melepas dan menyerap elektron. Dalam prosesnya elektrolit
tersebut di pisahkan antara unsur Hidrogen (H2 ) dan Oksigen (O 2 ) sehingga pada elektroda
terjadi proses pelepasan dan penyerapan elektron akibat pelepasan hidrogen oksigen pada
elektrolit.
Alkaline Fuel Cell (AFC) merupakan salah satu sel bahan bakar modern pertama
yang telah dikembangkan. Aplikasi AFC pada awalnya menggunakan pelat platina sebagai
elektroda dan kalium hidroksida (KOH) sebagai elektrolit. Penggunaan pelat platina dalam
pembuatan AFC menjadikan alat ini sangat mahal. Bagas (2010) telah meneliti mengenai
TM-27 | 195
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
material yang memiliki potensi untuk menggantikan penggunaan pelat platina sebagai
elektroda dalam pembuatan alkaline fuel cell sederhana [2]. Pada penelitiannya telah
digunakan 3 jenis material yang dijadikan pengganti material platina, yaitu seng, stainless
steel, dan alumunium dengan media elektrolit KOH sebagai media transfer elektro nnya.
Dalam penelitiannya diperoleh bahwa material stainless steel yang mampu menghasilkan
tegangan paling baik dan materialnya tidak ikut mengalami reaksi. Akan tetapi ada
beberapa tipe/jenis stainless steel yang mempunyai karakter material yang berbeda ya ng
tentunya akan sangat mempengaruhi performansi AFC itu sendiri disamping faktor
konsentrasi elektrolit yang digunakan. Penelitian lain mengatakan bahwa luasan
permukaan yang mengalami reaksi kimia mempengaruhi tegangan listrik yang dihasilkan
AFC [3]. Dan untuk mencapai tegangan listrik yang diinginkan banyak sel bahan bakar
harus dihubungkan satu dengan lainya secara seri [4].
Maka, berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan tersebut diatas telah
dilakukan penelitian dengan menggunakan dua tipe material pelat stainless steel, yaitu
permukaan kusam (doff) dan kilap, untuk mengetahui pengaruh penggunaan pelat stainless
steel terhadap performa alkaline fuel cell pada berbagai konsentrasi larutan elektrolit.
2. Dasar Teori
Fuel cell adalah sebuah alat elektrokimia yang mirip dengan baterai, tetapi berbeda
karena reaktannya dirancang untuk dapat diisi terus menerus, sehingga listrik yang
dihasilkan tergantung pada hidrogen dan oksigen yang disediakan dari luar sel. Hal ini
berbeda dengan energi internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektroda dalam baterai
bereaksi dan berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektroda
fuel cell adalah katalitik dan relatif stabil. Reaktan yang biasanya digunakan dalam sebuah
fuel cell adalah hydrogen di sisi anoda dan oksigen di sisi katoda. 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.
Pada asasnya fuel cell adalah sebuah baterai ukuran besar. Prinsip kerja ini
berlandaskan reaksi kimia, bahwa pada penggabungan hidrogen dan oksigen, terjadi air
dan energi. Dalam hal ini, energi listrik atau:
2H2 + O2
2H2 O + Energi listrik
(1)
Pada dasarnya sel ini terdiri atas tiga bagian yaitu; sebuah peubah bahan bakar,
yang menghasilkan suatu gas yang mengandung banyak hidrogen (H2 ), kemudian sel
bahan bakar (fuel cell) itu sendiri, yang menghasilkan energi listrik arus searah, dan yang
terakhir sebuah inverter yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi listrik
arus bolak-balik.
Listrik yang dihasilkan oleh fuel cell dihasilkan berdasarkan dari ukuran area reaksi
dimana reaktan (H2 dan O 2 ), elektroda dan elektrolit bertemu. Untuk menghasilkan
permukaan reaksi yang besar biasanya dilakukan dengan memaksimalkan antara
permukaan dengan volume fuel cell, dimana biasanya fuel cell dibuat kurus, terdiri dari
struktur planar [3].
Fuel cell itu sendiri pada prinsipnya bekerja sebagai kebalikan dari proses
elektrolisis. Pada Gambar 2.1 menunjukan prinsip kerja sebuah fuel cell. Sel tersebut
terdiri atas sebuah tangki. Dalam tangki itu ada dua dinding, berupa elektroda. Satu
dinding bekerja sebagai elektroda bahan bakar, dan sebuah dinding lainnya berfungsi
sebagai elektroda udara. Di tengah kedua dinding tersebut terdapat elektrolit, yaitu air
dicampur asam. Bahan bakar berupa hidrogen H2 memasuki fuel cell, dan ditampung dalam
ruangan sebelah kiri dinding fuel cell. Sedangkan oksigen O 2 dalam bentuk udara
memasuki fuel cell dari sebelah kanan dan ditampung dalam ruang sebelah kanan elektroda
TM-27 | 196
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
udara. Kedua elektroda dihubungkan pada jaringan listrik melalui inverter. Diatur bahwa
elektroda bahan bakar disambung pada sisi negatif, sedangkan elektroda udara pada sisi
positif jaringan. Perlu dikemukakan bahwa elektroda udara adalah katoda dan elektroda
bahan bakar adalah anoda.
Dibandingkan dengan baterai, skala daya dan kapasitas dari fuel cell dapat kita
sesuaikan. Hal ini dapat dilakukan karena fuel cell memiliki kerapatan energi potensial
yang tinggi dibandingkan baterai dan dengan cepat terisi kembali dengan bahan bakar.
Sedangkan baterai yang harus dibuang ataupun diisi ulang dengan memerlukan waktu yang
lama [3].
Gambar 2.1. Prinsip Kerja Fuel Cell
AFC termasuk memiliki kinerja yang sangat baik pada hidrogen (H2 ) dan oksigen
(O 2 ) dibandingkan dengan bahan bakar sel kandidat lain karena O 2 aktif pada kinetika
elektroda dan fleksibel untuk digunakan pada berbagai electrocatalysts. Berikut merupakan
reaksi yang terjadi pada sisi anoda dan katoda dari alkaline fuel cell:
Anoda : H2 + 2OH-
2H2 O + 2e-
Katoda : ½ O 2 + 2e- + 2H2 O
2OH-
(2)
(3)
Pada alkaline fuel cell disarankan untuk menggunakan hidrogen dan oksigen murni
sebagai bahan bakar dan oksidannya karena, mereka tidak mentolerir adanya karbon
dioksida [3]. Keberadaan karbon dioksida dalam a lkaline fuel cell menurunkan elektrolit
KOH menjadi:
2OH- + CO 2
CO 3 2- + H2 O
(4)
-
Lama kelamaan, konsentrasi OH dalam elektrolit akan menurun. Ditambah, K 2 CO3
akan mengendap di luar elektrolit dan menyebabkan masalah yang signifikan.
Elektrolit adalah larutan yang molekul- molekulnya dapat terurai menjadi ion- ion
sehingga dapat berupa asam, basa dan garam. Elektrolit yang biasa digunakan pada
alkaline fuel cell adalah larutan kalium hidroksida (KOH). KOH memiliki konduktivitas
ionic tertinggi dibandingkan komponen hidroksida yang lainnya. Hal tersebut dapat dilihat
dari nilai mobilitas untuk ion K + dibandingkan kation lainnya yaitu Na+ atau Li+. Pada
alkaline fuel cell (AFC) larutan KOH yang digunakan memiliki konsentrasi antara 30%
sampai dengan 65% [3].
Elektroda yang digunakan dalam pembuatan fuel cell harus memiliki pori-pori yang
memungkinkan untuk terjadi reaksi pada permukaan area reaksi dan memiliki akses gas
yang baik. Pada struktur planar terdiri dari elektroda anoda dimana bagian yang diisi oleh
TM-27 | 197
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
bahan bakar (H2 ), dan elektroda katoda yang berisi oksidan (O 2 ). Untuk fuel cell pada sisi
anoda terjadi Hydrogen Oxidation Reaction (HOR) dan pada sisi katoda terjadi Oxygen
Reduction Reaction (ORR) [3].
Selain platinum material pelat stainless steel dapat digunakan sebagai elektroda fuel
cell. Stainless steel termasuk kedalam paduan kromium-besi yang diketahui dari ketahanan
terhadap korosi. Kemampuan untuk mencegah korosi ini adalah dikarena permukaan
lapisan kromium oksida yang terbentuk dengan adanya oksigen. Kebanyakan dari stainless
steel juga tahan terhadap atmosfer laut, air tawar, oksidasi pada suhu tinggi dan oksidasi
kimia ringan. Beberapa media juga tahan terhadap air garam dan pengikisan. Mereka juga
sangat tahan panas, beberapa dapat bertahan pada suhu tinggi [5].
Fuel cell merupakan reaksi kimia yang terjadi dalam suatu cara tertentu sehingga
menyebabkan elektron mengalir pada suatu rangkaian listrik. Secara teori reaksi ini terjadi
secara isothermal dan reversible. Pada keadaan tenang dan proses aliran yang tenang serta
temperatur yang sama dengan ruangan yaitu 25°C (298 K), kerja maksimum, Wrev , dapat
dinyatakan dengan persamaan Gibbs:
Wrev = G2 – G1
(5)
Tegangan yang dapat diukur pada sel ini , V, merupakan hasil perkalian antara arus
listrik, I, dan hambatan rangkaian, R.
V=I .R
(6)
Sedangkan daya, P, merupakan hasil kali arus yang dihasilkan dengan tegangan
yang ada yaitu:
P=V.I
(7)
Untuk efisiensi, � , dihitung dari perbandingan daya yang dihasilkan dan kerja
maksimum yang mungkin dapat diperoleh secara teoritis, yaitu:
�=
����
�
(8)
3. Metode Penelitian
Pada penelitian ini telah dirancang alat alkaline fuel cell dengan menggunakan tiga
pasang katoda-anoda yang tersusun seri, dengan ukuran pelat stainless steel yang
digunakan adalah sebesar 6 cm x 9 cm, sedangkan tebal pelat adalah sebesar 0,4 mm. Akan
tetapi dalam rancangan alatnya karena sebagian pelat tersebut dijepit pada wadah fuell cell,
yang terbuat dari acrylic, sehingga luas efektif permukaannya menjadi 4 cm x 7 cm. Untuk
volume elektrolit yang bisa ditampung pada pengujian pertama ini adalah 4 cm x 7 cm x 1
cm (jarak antara katoda dan anoda adalah 1 cm).
Pada pengujian ini pula yang diuji pertama adalah perbandingan penggunaan pelat
stainless steel doff dan yang mengkilap. Skema rancangannya ditunjukkan pada Gambar
3.1.(a). Sedangkan skema pelat stainless yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.1.(b).
Foto alat uji yang telah dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Pada awalnya, supply oksigen dan hidrogen pada alat penelitian ini dirancang akan
di peroleh dari proses elektrolisis. Namun, pada proses perancangan alat elektrolisis, laju
alir masa hidrogen yang dihasilkan sangat rendah sehingga aliran masa hidrogen dan
oksigen yang digunakan adalah yang tersedia dipasaran dalam ukuran tabung sedang. Pada
pengujian awal ini laju lair masa hidrogen dan oksigen dijaga pada kondisi aliran yang
sama yaitu dengan laju alir masa 0,03 kg/s. Untuk larutan elektrolit ya ng telah diuji adalah
KOH dengan konsentrasi 10%, 30%, 50% dan 70% pada basis masa.
Dalam penelitian ini diukur berapa besar tegangan listrik yang dihasilkan (V), kuat
arus listrik (I) dan temperatur kerja dari a lkaline fuel cell, baik itu pada konsentrasi KOH
TM-27 | 198
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
10% sampai 70% sesuai dengan prosedur penelitian yang telah dibuat.
(a)
(b)
Gambar 3.1. (a) Skema rancangan stack AFC tiga pasang katoda-anoda. (b) Dimensi pelat
stainless steel yang dipergunakan dalam penelitian
Gambar 3.2. Prototipe alkaline fuel cell yang diuji pada tahap awal penelitian
4. Hasil dan Pembahasan
Hasil pengujian pada AFC tersebut telah disajikan pada gambar- gambar berikut.
Gambar 3.3. menunjukkan perubahan suhu elektrolit selama waktu pengujian yaitu sekitar
40 menit dengan menggunakan stainless steel doff. Pada grafik terlihat bahwa suhu
elektrolit KOH sebesar 70% mempunyai suhu yang paling tinggi yang mencapai 91 o C pada
awal pengujian, sedangkan elektrolit dengan KOH 10% mencapai suhu terendah pada awal
pengujian, yaitu sebesar 36o C. Terjadi peningkatan tegangan listrik yang dihasilkan,
sedangkan suhu elektrolit menurun pada semua konsentrasi yang diteliti.
Pada Gambar 3.4. menunjukkan perubahan besarnya tegangan dan arus listrik yang
TM-27 | 199
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
dihasilkan selama pengujian dengan menggunakan elektroda stainless steel tipe doff.
Peningkatan tegangan listrik yang dihasilkan menunjukkan kecenderungan yang linier
pada semua konsentrasi KOH yang diteliti. Pada KOH 10% kestabilan tegangan listrik
yang dihasilkan tercapai lebih awal yaitu pada sekitar 24 menit pertama, disusul kemudian
untuk konsentrasi KOH 30%, KOH 50% dan yang terlama mencapai kestabilan adalah
pada konsentrasi elektrolit sebesar 70% yaitu mencapai menit ke 32. Tetapi, kestabilan
tegangan listrik yang lama ini tergantikan dengan tegangan listrik yang dicapai. Misal,
pada elektrolit konsentrasi KOH 70%, tegangan tertinggi dicapai pada level sekitar 41,5
mV, sedangkan pada elektrolit konsentrasi KOH 10% tegangan listrik yang dicapai hanya
sekitar 17,1 mV.
Gambar 3.3. Grafik perubahan suhu elektrolit pada interval waktu pengujian dengan
menggunakan stainless steel doff
Gambar 3.4. Grafik perubahan tegangan dan arus listrik yang dihasilkan pada interval
waktu pengujian dengan menggunakan stainless steel doff
Pada penelitian ini, disaat tegangan listrik yang dihasilkan sudah mencapai
kestabilan tegangan, selanjutnya diberi beban listrik. Tampak pada Gambar 3.4. bahwa saat
diberi beban untuk konsentrasi KOH 70% tegangan listrik akan langsung turun mencapai
17,1 mV, dan arus listrik yang dihasilkan adalah sebesar 16,9 µA. Begitu juga untuk
elektrolit dengan konsentrasi yang lebih kecil. Semakin kecil konsentrasi KOH yang
digunakan semakin kecil tegangan listrik yang dihasilkan saat diberi beban, dan semakin
TM-27 | 200
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
kecil pula arus listrik yang dihasilkan. Pada pengujian dengan stainless steel doff ini, arus
listrik terendah sebesar 3,5 µA diperoleh pada pengujian dengan elektrolit pada konsentrasi
KOH 10%.
Seperti sudah diuraikan sebelumnya, pada penelitian ini juga diuji stainless steel
dengan ketebalan yang sama (0,4 mm) tetapi dengan permukaan stainless steel yang kilap
sebagai pembanding. Kecenderungan perubahan suhu elektrolit selama interval pengujian,
perubahan tegangan listrik yang dihasilkan dan arus listrik ya ng dihasilkan saat fuel cell
tersebut diberi beban menunjukkan kecenderungan yang sama seperti pada pengujian
stainless steel tipe doff. Besarnya perubahan suhu pada masing- masing elektrolit dengan
konsentrasi KOH yang bersesuaian dengan pengujian stainless steel doff menunjukkan
nilai yang hampir sama, seperti dapat dilhat pada Gambar 3.5, dibandingkan dengan
Gambar 3.3.
Gambar 3.5. Grafik perubahan suhu elektrolit pada interval waktu pengujian dengan
menggunakan stainless steel kilap
Gambar 3.6. Grafik perubahan tegangan dan arus listrik yang dihasilkan pada interval
waktu pengujian dengan menggunakan stainless steel kilap
Akan tetapi, besarnya perubahan parameter lainnya (tegangan dan arus listrik) pada
stainless steel kilap yang terjadi menunjukkan nilai numerik yang lebih kecil
dibandingankan dengan apa yang dicapai pada hasil pengujian menggunakan stainless steel
tipe doff. Seperti pada elektrolit dengan konsentrasi KOH 70% kestabilan tegangan listrik
TM-27 | 201
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
yang dihasilkan tercapai pada level sekitar 34,2 mV, dan setelah diberi beban, tegangan
listriknya turun mencapai 16,4 mV dan arus listrik yang dihasilkan mencapai 15,7 µA. Hal
ini ditunjukkan pada Gambar 3.6. Masih Pada Gambar yang sama terlihat kestabilan
tegangan listrik yang dihasilkan pada elektrolit dengan konsentrasi KOH 10% hanya
mencapai 16,8 mV, selanjutnya turun setelah dibebani mencapai 3,6 mV dan arus listrik
yang dihasilkan setelah dibebani mencapai 3,2 µA.
5. Kesimpulan
Pada pengujian yang telah dilakukan ternyata diperoleh bahwa adanya perbedaan
struktur permukaan stainless steel yang digunakan, yaitu permukaan yang doff (kusam)
dan kilap, akan berpengaruh pada tegangan listrik yang dihasilkan. Stainless steel yang
doff mampu menghasilkan tegangan listrik yang lebih besar.
Konsentrasi elektrolit juga memegang peranan penting terhadap performa AFC ini.
Terbukti dari hasil penelitian diperoleh bahwa semakin tinggi konsentrasi KOH yang
digunakan maka akan semakin tinggi pula tegangan listrik yang dihasilkan. Dan hal ini
berlaku untuk kedua jenis stainless steel yang diteliti.
Dalam mencapai kestabilan tegangan listrik yang dihasilkan pada penelitian ini
diperoleh juga bahwa suhu elektrolit akan terus menurun. Dan perlu dicatat juga bahwa
kestabilan tegangan listrik yang dihasilkan paling cepat diperoleh pada konsentrasi KOH
yang rendah (10%), akan tetapi besarnya tegangan listrik yang dihasilkan lebih rendah dari
tegangan listrik yang dihasilkan dengan konsentrasi KOH sebesar 70%.
Arus listrik yang dihasilkan untuk semua kasus masih sangat rendah, sehingga
berdampak langsung pada daya listrik yang dihasilkan juga masih rendah. Tetapi perlu
dicatat juga bahwa peningkatan konsentrasi KOH juga akan mampu meningkatkan daya
listrik yang dihasilkan. Untuk hal yang sama juga diperoleh bahwa arus listrik yang
diperoleh setelah pemberian beban pada pencapaian kestabilan tegangan akan lebih besar
pada stainless steel yang doff dibandingkan dengan yang kilap.
Ucapan Terima Kasih
Penelitian ini telah didanai oleh LPPM Universitas Udayana melalui skema penelitian
hibah desentralisasi, yaitu Penelitian Hibah Bersaing tahun 2013, dengan nomer kontrak :
175.25/UN14.2/PNL.01.03.00/2013, untuk itu kami ucapkan banyak terima kasih atas
dukungan hibah pendanaan yang telah diberikan.
Daftar Pustaka
1. EG&G Technical Services, Inc, (2002). F uel Cell Handbook. Sixth Edition. U.S.
Department of Energy Office of Fossil Energy National Energy Technology
Laboratory, West Virginia.
2. Bagas S, Alda, (2010). Rancang Bangun Alkaline Fuel Cell (AFC) Dengan Elektroda
Stainless Steel, Alumunium, Besi, Dan Seng. Tugas Akhir, ITS, Surabaya.
3. O’Hayre, Ryan, et al, (2009). F uel Cell F undamentals. Second Edition. John wiley &
Son’s, New York.
4. Larminie, James & Dick, Andrew, (2003), F uel Cell Systems Explained. Second
Edition. John wiley & Son’s ltd, England.
5. Brady, George S, et all, (2002). Materials Hand Book. Fifteenth Edition. Mc GrawHill, New York
TM-27 | 202