Hallo pengunjung setia, setelah sekian lama tidak menulis postingan karena terlalu banyak urusan daaan i'm back. Btw postingan ini merupakan postingan pertama di tahun 2019. Kali ini saya aka membahas mengenai sesuatu yang lebih berat yaitu mengenai teknologi fuel cell. Teknologi ini sedang hangat untuk diperbincangkan karena dapat diprediksi sebagai sumber energi masa depan. Baiklah tanpa basa-basi lagi mari kita ulas saja langsung mengenai teknologi fuel cell khususnya Polymer Electrolyte Membrane (PEMFC) :
Dimulai dari tahun 1839 Sir William Grove untuk pertama kali menemukan fuel cell. Grove mengetahui bahwa air dapat dipisahkan menjadi air dan oksigen dengan mengalirkan arus listrik di dalamnya (sebuah proses yang disebut elektrolisis). Dia membuat hipotesa bahwa dengan membalik prosedur anda bisa menghasilkan tenaga listrik dari air tawar dia menciptakan fuel cell primitive dan menyebutnya sebagai suatu gas voltaic battery.
Kemudian pada tahun 1930 Francis Bacon (1904-1992), pria lulusan Cambridge University dan berkebangsaan Inggris mengadakan penilitiannya mengenai fuel cell dan menemukan fuel cell yang menggunakan elektrolit basa (KOH), yang kemudian disebut alkaline fuel cell (fuel cell tipe basa). Berselang setelah ditemukan alkaline fuel cell, di tahun 1950-an, Perusahaan Amerika, General Electic (GE), berhasil mengembangkan fuel cell tipe baru, dengan polimer membran sebagai elektrolitnya, yang kemudian disebut PEMFC. PEMFC yang ditemukan oleh GE mampu menghasilkan sekitar 1 KWatt, dan memiliki keunggulan pada design, lebih compact, bila dibandingkan fuel cell yang ditemukan oleh F. Bacon saat itu
Fuel cell merupakan alat konversi energi elektrokimia yang mengubah energi kimia dari hidrogen (H2) dan oksigen (O2) ke dalam energi listrik dan panas melalui reaksi reduksi elektrokimia masing-masing anoda (kutub positif) dan katoda (kutub negatif) dari sel dengan air (H2O) sebagai hasil sampingnya. Struktur fisik dasarnya terdiri atas lapisan elektrolit yang salah satu sisinya merupakan daerah kontak anoda berpori dengan katoda berpori pada sisi lainnya. Sel bahan bakar dibagi atas beberapa kategori berdasarkan kombinasi tipe bahan bakar dan oksidan, tipe elektrolit yang digunakan, temperatur operasi, dan lain-lain.
Pada fuel cell, bahan gas oksigen didapat dari udara sedang gas hidrogen dapat diperoleh dari reaksi reformer dari hidrokarbon. Gas hidrogen mempunyai kesulitan untuk disimpan dan ditransport karena molekul yang kecil sehingga sulit untuk dicairkan dan mudah terbakar. Usaha memperoleh hidrogen dengan mudah sedang diusahakan dengan berbagai cara misalnya memperkecil reaktor reformer dengan bahan baku LPG atau gas methane, menguraikan metanol yang dibuat dari pabrik besar tetapi dalam bentuk cair sehingga mudah untuk ditransport. Gas hidrogen dapat juga diperoleh dari metanol setelah diuraikan menjadi gas CO dan hidrogen, kemudian gas CO dioksidasi menjadi CO2 dan air. Ion yang bemigrasi dapat sebagai hidrogen, oksigen atau hidroksida. Sedang elektrolit dapat berupa membran polimer, garam karbonat cair, lapisan oksida keramik, larutan alkali dan asam fospat. Elektroda biasanya terbuat dari logam platina atau nikel
Pada fuel cell, bahan gas oksigen didapat dari udara sedang gas hidrogen dapat diperoleh dari reaksi reformer dari hidrokarbon. Gas hidrogen mempunyai kesulitan untuk disimpan dan ditransport karena molekul yang kecil sehingga sulit untuk dicairkan dan mudah terbakar. Usaha memperoleh hidrogen dengan mudah sedang diusahakan dengan berbagai cara misalnya memperkecil reaktor reformer dengan bahan baku LPG atau gas methane, menguraikan metanol yang dibuat dari pabrik besar tetapi dalam bentuk cair sehingga mudah untuk ditransport. Gas hidrogen dapat juga diperoleh dari metanol setelah diuraikan menjadi gas CO dan hidrogen, kemudian gas CO dioksidasi menjadi CO2 dan air. Ion yang bemigrasi dapat sebagai hidrogen, oksigen atau hidroksida. Sedang elektrolit dapat berupa membran polimer, garam karbonat cair, lapisan oksida keramik, larutan alkali dan asam fospat. Elektroda biasanya terbuat dari logam platina atau nikel
Reaksi kimia pada fuel cell :
2H2 + O2 => 2H2O
Pada anoda hidrogen di oksidasi menjadi proton :
2H2 => 4H+ + 4 e-
Setiap molekul H2 terpecah menjadi dua atom H+(proton), sedang setiap atom hidrogen melepaskan elektronnya. Proton ini akan bergerak menuju katoda melewati membran. Yang menjadi sasaran dalam penulisan ini adalah Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) yang bekerja pada temperatur yang relatif rendah. Elektron yang terbentuk akan menghasilkan arus listrik kalau dihubungkan dengan penghantar listrik menuju katoda. Pada katoda oksigen dirubah :
O2 + 4H+ + 4 e- => 2H2O
Molekul oksigen akan bergabung dengan empat elektron, menjadi ion oksigen yang bermuatan negatif untuk selanjutnya bergabung lagi dengan proton yang mengalir dari anoda. Setiap ion oksigen akan melepaskan kedua muatan negatifnya dan bergabung dengan dua proton, sehingga terjadi oxidasi menjadi air.
Karena energi yang diproduksi fuel cell merupakan reaksi kimia pembentukan air, alat konversi energi elektrokimia ini tidak akan menghasilkan efek samping yang berbahaya bagi lingkungan seperti alat konversi energi konvensional (misalnya proses pembakaran pada mesin mobil). Sedangkan dari segi efisiensi energi, penerapan fuel cell pada baterai portable seperti pada handphone atau laptop akan sepuluh kali tahan lebih lama dibandingkan dengan baterai litium. Dan untuk mengisi kembali energi akan lebih cepat karena energi yang digunakan bukan listrik, tetapi bahan bakar berbentuk cair atau gas.
Jenis dari pada fuel cell ditentukan oleh material yang digunakan sebagai elektrolit yang mampu menghantar proton. Ada enam tipe umum fuel cell, yaitu Alkaline Fuel Cell (AFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), dan Direct Methanol Fuel Cell (DMFC). Namun yang dibahas dalam materi ini adalah pengembangan fuel cell tipe PEMFC, menggunakan material dengan bahan membrane polimer, katalis elektroda dan graphite bi-polar plate
Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) disebut juga Proton Exchange Membrane Fuel Cell. Membran ini berupa lapisan tipis padat yang berfungsi sebagai elektrolit pemisah katoda dan anoda. Membran ini secara selektif mengontrol transport proton dari anoda ke katoda dalam fuel cell. PEMFC mengandung katalis platina. Untuk menghasilkan energi, PEMFC hanya memerlukan hidrogen, oksigen dari udara, dan air untuk mengoperasikannya. Selain itu, pada fuel cell ini tidak dipakai fluida yang bersifat korosif seperti jenis lainnya.
PEMFC merupakan sebuah sistem bebas pelarut. Sistem fuel cell ini menggunakan fasa penghantar bersifat ionik berupa gugus garam yang matriks polimernya bersifat polar, seperti pada garam anion F-, Cl-, I-, SCN-, ClO4-, CF3SO3-, BF4-, dan AsF6-. Semakin besar ukuran anion dan semakin terdelokalisasi muatan, maka semakin sulit tersolvasi sehingga dapat terjadi ikatan non permanen antara anion dan proton.
Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) dapat memberikan densitas daya yang tinggi dan mempunyai kelebihan dalam hal berat dan volume dibandingkan dengan sel bahan bakar jenis lain. PEMFC menggunakan polimer padat sebagai elektrolit dan elektroda karbon berpori (porous carbon electrodes) yang mengandung katalis platina. PEMFC hanya membutuhkan hidrogen, oksigen dari udara, dan air untuk sistem operasinya dan tidak membutuhkan cairan korosif seperti pada sel bahan bakar jenis lain. Efisiensi PEMFC dapat mencapai 40–50%, suatu nilai yang jauh melampaui efisiensi mesin bakar BBM yang kurang dari 20%.
Keterangan :
A = Pengumpul Arus Anoda
B = Kanal Aliran Anoda
C = Lapisan Katalisator Anoda
D = Membran Elektrolit Polimer
E = Lapisan Katalisator Katoda
F = Pengumpul Arus Katoda
G = Kanal Aliran Katoda
A = Pengumpul Arus Anoda
B = Kanal Aliran Anoda
C = Lapisan Katalisator Anoda
D = Membran Elektrolit Polimer
E = Lapisan Katalisator Katoda
F = Pengumpul Arus Katoda
G = Kanal Aliran Katoda
Sampai sekarang telah banyak dikembangkan berbagai basis elektrolit dalam pembuatan sel elektrokimia. Basis elektrolit yang sudah dikembangkan antara lain: padatan kristal, gelas, lelehan, dan elektrolit. Material berbasis polimer ternyata memiliki beberapa keunggulan (yang salah satunya sudah disebutkan di atas) sebagai material elektrolit polimer. Keunggulan tersebut antara lain :
1. Mempunyai hantaran yang cocok untuk aplikasi sel elektrokimia 2. Mempunyai hantaran listrik yang rendah
3. Mempunyai sifat mekanik yang baik
4. Mempunyai kestabilan kimia, elektrokimia dan fotokimia yang baik
5. Murah dalam pembuatannya
Polymer Electrolyte Membrane fuel cell bekerja pada temperatur yang relatif rendah, yaitu sekitar 80 °C (176 °F). Rendahnya suhu operasi ini menyebabkan rendahnya waktu pemanasan (warm-up time). Selain itu PEM memiliki kerapatan daya yang cukup tinggi karena sifat-sifat inilah maka PEM banyak digunakan sebagai sumber daya bagi alat-alat elektronik portable dan alat-alat transportasi. Peranan elektroda sangat penting pada proses pengubahan fluks difusi proton menjadi energi listrik. Pada elektroda, perbedaan potensial kimia dikonversi menjadi potensial listrik sesuai persamaan Nernst. Pada perkembangan fuel cell terakhir, telah diteliti suatu cara perakitan yang baik untuk menghasilkan energi listrik paling maksimal, yaitu dengan Membrane Assembly Electrodes (MEA). Perakitan elektroda dilakukan dengan cara pencangkokan elektrokatalis secara langsung pada waktu pembentukan polimer TFPE.
Cara kerja suatu unit fuel cell dapat diilustrasikan dengan jenis PEMFC (Polymer Exchange Membrane Fuel Cell). Jenis ini adalah jenis fuel cell yang menggunakan reaksi kimia paling sederhana. PEMFC memiliki empat elemen dasar seperti kebanyakan jenis fuel cell. Pertama, anoda sebagai kutub negatif fuel cell. Anoda merupakan elektroda yang akan mengalirkan elektron yang lepas dari molekul hidrogen sehingga elektron tersebut dapat digunakan di luar sirkuit. Pada materialnya terdapat saluran-saluran agar gas hidrogen dapat menyebar ke seluruh permukaan katalis. Kedua, katoda sebagai kutub elektroda positif fuel cell yang juga memiliki saluran yang akan menyebarkan oksigen ke seluruh permukaan katalis. Katoda juga berperan dalam mengalirkan elektron dari luar sirkuit ke dalam sirkuit sehingga elektron-elektron tersebut dapat bergabung dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air. Ketiga, elektrolit. Yang digunakan dalam PEMFC adalah membran pertukaran proton (Polymer Exchange Membrane). Material ini berbentuk seperti plastik pembungkus yang hanya dapat mengalirkan ion bermuatan positif. Sedangkan elektron yang bermuatan negaif tidak akan melalui membran ini. Dengan kata lain, membran ini akan menahan elektron. Keempat, katalis yang digunakan untuk memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen. Katalis umumnya terbuat dari lembaran kertas karbon yang diberi selapis tipis bubuk platina. Permukaan katalis selalu berpori dan kasar sehingga seluruh area permukaan platina dapat dicapai hidrogen dan oksigen. Lapisan platina katalis berbatasan langsung dengan membran penukar ion positif.
Pada ilustrasi cara kerja PEMFC, diperlihatkan gas hidrogen yang memiliki tekanan tertentu memasuki fuel cell di kutub anoda. Gas hidrogen ini akan bereaksi dengan katalis dengan dorongan dari tekanan. Ketika molekul H2 kontak dengan platinum pada katalis, molekul akan terpisah menjadi dua ion H+ dan dua elektron (e-). Elektron akan mengalir melalui anoda, elektron-elektron ini akan membuat jalur di luar sirkuit fuel cell dan melakukan kerja listrik, kemudian mengalir kembali ke kutub katoda pada fuel cell.
Di sisi lain, pada kutub katoda fuel cell, gas oksigen (O2) didorong gaya tekan kemudian bereaksi dengan katalis membentuk dua atom oksigen. Setiap atom oksigen ini memiliki muatan negatif yang sangat besar. Muatan negatif ini akan menarik dua ion H+ keluar dari membran PEM, lalu ion-ion ini bergabung dengan satu atom oksigen dan elektron-elektron dari luar sirkuit untuk membentuk molekul air (H2O). Pada satu unit fuel cell terjadi reaksi kimia yang terjadi di anoda dan katoda. Reaksi yang terjadi pada anoda adalah 2H2 => 4H+ + 4e-. Sementara reaksi yang terjadi pada katoda adalah O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O. Sehingga keseluruhan reaksi pada fuel cell adalah 2H2 + O2 => 2H2O. Hasil samping reaksi kimia ini adalah aliran elektron yang menghasilkan arus listrik serta energi panas dari reaksi. Karena itu untuk memenuhi energi satu baterai handphone atau menggerakkan turbin gas dan mesin mobil, dibutuhkan berlapis-lapis unit fuel cell dikumpulkan menjadi satu unit besar yang disebut sebagai stack fuel cell.
Pada sistem fuel cell terdapat membran elektrolit yang merupakan ”jantung” dari sistem dan perangkat separator fuel. Fungsi dari membran pada fuel cell adalah sebagai elektrolit dan pemisah dua gas reaktan. Sebagai elektrolit, membran fuel cell menjadi sarana transportasi ion hidrogen yang dihasilkan oleh reaksi anoda menuju katoda, sehingga reaksi pada katoda yang menghasilkan energi listrik dapat terjadi. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh beberapa ahli maka telah dibuat membran fuel cell yang berasal dari material komposit bipolar plate dengan matriks polimer yang akan diperkuat grafit. Graphite bipolar plate akan menjadi lembar panel khusus, dalam alat pembangkit energi berbahan bakar hidrogen.
Elektrolit yang digunakan dalam PEMFC adalah membran pertukaran proton (polymer exchange membrane/PEM). Material ini berbentuk seperti plastik pembungkus yang hanya dapat mengalirkan ion bermuatan positif. Sedangkan elektron yang bermuatan negaif tidak akan melalui membran ini. Dengan kata lain, membran ini akan menahan elektro. Membran polimer merupakan komponen yang sangat penting dalam PEM fuel cell. Membran polimer ini dapat memisahkan reaktan dan menjadi sarana transportasi ion hidrogen yang dihasilkan di anoda menuju katoda sehingga menghasilkan energi listrik. Persamaan reaksi yang terjadi di anoda dan katoda dapat dituliskan sebagai berikut :
Kemurnian gas hidrogen sangat mempengaruhi emisi buang sistem fuel cell berbasis polimer tersebut. Kemurnian hidrogen yang tinggi memberikan tingkat emisi yang mendekati zero emission. Penggunaan hidrogen dengan tingkat kemurnian tinggi juga dapat memperpanjang waktu hidup membran fuel cell dan mencegah pembentukan karbonmonoksida (CO) yang beracun, pada permukaan katalis.
Di sisi lain, pada kutub katoda fuel cell, gas oksigen (O2) didorong gaya tekan kemudian bereaksi dengan katalis membentuk dua atom oksigen. Setiap atom oksigen ini memiliki muatan negatif yang sangat besar. Muatan negatif ini akan menarik dua ion H+ keluar dari membran PEM, lalu ion-ion ini bergabung dengan satu atom oksigen dan elektron-elektron dari luar sirkuit untuk membentuk molekul air (H2O). Pada satu unit fuel cell terjadi reaksi kimia yang terjadi di anoda dan katoda. Reaksi yang terjadi pada anoda adalah 2H2 => 4H+ + 4e-. Sementara reaksi yang terjadi pada katoda adalah O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O. Sehingga keseluruhan reaksi pada fuel cell adalah 2H2 + O2 => 2H2O. Hasil samping reaksi kimia ini adalah aliran elektron yang menghasilkan arus listrik serta energi panas dari reaksi. Karena itu untuk memenuhi energi satu baterai handphone atau menggerakkan turbin gas dan mesin mobil, dibutuhkan berlapis-lapis unit fuel cell dikumpulkan menjadi satu unit besar yang disebut sebagai stack fuel cell.
Pada sistem fuel cell terdapat membran elektrolit yang merupakan ”jantung” dari sistem dan perangkat separator fuel. Fungsi dari membran pada fuel cell adalah sebagai elektrolit dan pemisah dua gas reaktan. Sebagai elektrolit, membran fuel cell menjadi sarana transportasi ion hidrogen yang dihasilkan oleh reaksi anoda menuju katoda, sehingga reaksi pada katoda yang menghasilkan energi listrik dapat terjadi. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh beberapa ahli maka telah dibuat membran fuel cell yang berasal dari material komposit bipolar plate dengan matriks polimer yang akan diperkuat grafit. Graphite bipolar plate akan menjadi lembar panel khusus, dalam alat pembangkit energi berbahan bakar hidrogen.
Elektrolit yang digunakan dalam PEMFC adalah membran pertukaran proton (polymer exchange membrane/PEM). Material ini berbentuk seperti plastik pembungkus yang hanya dapat mengalirkan ion bermuatan positif. Sedangkan elektron yang bermuatan negaif tidak akan melalui membran ini. Dengan kata lain, membran ini akan menahan elektro. Membran polimer merupakan komponen yang sangat penting dalam PEM fuel cell. Membran polimer ini dapat memisahkan reaktan dan menjadi sarana transportasi ion hidrogen yang dihasilkan di anoda menuju katoda sehingga menghasilkan energi listrik. Persamaan reaksi yang terjadi di anoda dan katoda dapat dituliskan sebagai berikut :
Setiap jenis sel bahan bakar yang telah dijelaskan di atas memiliki karakteristik masing-masing. Perbedaannya terletak pada bahan bakar yang digunakan, oksidan, elektrolit, ion yang ditransfer, dan lain-lain. Pada tabel berikut menunjukkan perbandingan karakteristik masing-masing sel bahan bakar.
Dari tabel diatas, dapat kita lihat bahwa kebanyakan sel bahan bakar menggunakan H2 sebagai bahan bakarnya, sedangkan sel bahan bakar metanol memakai campuran metanol (CH3OH) dan air (H2O). Sedangkan dari sisi oksidan, oksigen murni maupun udara campuran paling banyak digunakan, sedangkan sel bahan bakar karbonat menggunakan tambahan CO2 sebagai oksidan. PEMFC dan metanol merupakan sel bahan bakar yang memiliki suhu operasi yang paling rendah dibanding yang lain, sedangkan sel bahan bakar oksida padat merupakan memiliki suhu operasi paling tinggi.
Kemampuan electrolyzer PEM untuk beroperasi, tidak hanya di bawah
kondisi yang sangat dinamis, tetapi juga dalam kondisi beban-sebagian
dan kelebihan beban adalah salah satu alasan untuk minat baru dalam
teknologi ini. Tuntutan jaringan listrik relatif stabil dan dapat
diprediksi, namun ketika menggabungkannya dengan sumber energi seperti
angin dan matahari, permintaan jaringan jarang sesuai dengan generasi
energi terbarukan. Ini berarti energi yang dihasilkan dari sumber terbarukan seperti angin dan matahari harus memiliki penyangga, atau
sarana untuk menyimpan energi cadangan. Ketika menentukan efisiensi
elektrik elektrolisis PEM, nilai panas yang lebih tinggi (HHV) dapat
digunakan. Ini karena lapisan katalis berinteraksi dengan air sebagai
uap. Karena proses beroperasi pada 80° C untuk elektroliser PEM, panas
dialirkan melalui sistem untuk menciptakan uap, menghasilkan efisiensi
listrik keseluruhan yang lebih tinggi. Nilai panas yang lebih rendah
(LHV) harus digunakan untuk elektroliser alkali karena proses di dalam
elektroliser ini membutuhkan air dalam bentuk cair dan menggunakan
alkalinitas untuk memfasilitasi pemecahan ikatan yang menahan atom
hidrogen dan oksigen bersama-sama. Nilai panas yang lebih rendah juga
harus digunakan untuk sel bahan bakar, karena uap adalah keluaran
daripada input. Elektrolisis PEM memiliki efisiensi listrik sekitar
80% dalam aplikasi yang bekerja, dalam hal hidrogen yang dihasilkan per
unit listrik yang digunakan untuk menggerakkan reaksi. Efisiensi elektrolisis PEM diperkirakan mencapai sekitar 82%-86% sebelum tahun 2030. Nilai effisiensi yang dihasilkan oleh PEMFC juga tidak terlepas dari rugi-rugi yang dihasilkan dalam proses yang terjadi dalam proses elektrolisis seperti gambar berikut.
A. Ohmic losses
Ohmic losses adalah overpotential listrik yang digolongkan ke proses elektrolisis oleh resistansi internal dari komponen sel. Kerugian ini kemudian membutuhkan tegangan tambahan untuk mempertahankan reaksi elektrolisis, prediksi kehilangan ini mengikuti hukum Ohm dan memegang hubungan linier dengan kerapatan arus elektroliser operasi direpresentasikan ke dalam persamaan berikut.
V = I.R
Penurunan tegangan karena resistivitas dikaitkan dengan konversi energi listrik untuk memanaskan energi melalui proses yang dikenal sebagai pemanasan joule. Sebagian besar energi panas ini terbawa dengan pasokan air reaktan dan hilang ke lingkungan, namun sebagian kecil dari energi ini kemudian ditangkap kembali sebagai energi panas dalam proses elektrolisis. Jumlah energi panas yang dapat ditangkap kembali tergantung pada banyak aspek operasi sistem dan desain sel .
Q = I2.R
Kehilangan Ohmic karena konduksi proton berkontribusi pada hilangnya efisiensi yang juga mengikuti hukum Ohm, namun tanpa efek pemanasan Joule. Konduktivitas proton dari PEM sangat tergantung pada hidrasi, temperatur, perlakuan panas, dan keadaan ion dari membran.
B. Faradaic Losses and Crossover
Kerugian Faradaik menggambarkan kerugian efisiensi yang berkorelasi dengan arus, yang dipasok tanpa mengarah ke hidrogen pada gas katodik. Hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dapat menembus membran, disebut sebagai crossover. Pada katoda, oksigen dapat direaksikan secara katalitik dengan hidrogen pada permukaan platinum katalis katodik. Pada anoda, hidrogen dan oksigen tidak bereaksi pada katalis iridium oksida. Dengan demikian, bahaya keamanan karena campuran anodik eksplosif hidrogen dalam oksigen dapat terjadi. Energi yang disediakan untuk produksi hidrogen hilang, ketika hidrogen hilang karena reaksi dengan oksigen pada katoda dan permeasi dari katoda melintasi membran ke anoda yang sesuai. Oleh karena itu, rasio jumlah hidrogen yang hilang dan diproduksi menentukan kerugian faradaik. Pada pengoperasian elektroliser yang bertekanan, crossover dan kerugian efisiensi faradaik berkorelasi meningkat.
C. Hydrogen Compression During Water Electrolysis
Evolusi hidrogen karena elektrolisis bertekanan sebanding dengan proses kompresi isotermal, yang dalam hal efisiensi lebih baik dibandingkan dengan kompresi isotropik mekanis. Namun, kontribusi dari kerugian faradaic yang disebutkan sebelumnya meningkat dengan tekanan operasi. Jadi, untuk menghasilkan hidrogen terkompresi, kompresi in-situ selama elektrolisis dan kompresi gas berikutnya harus dipertimbangkan dalam pertimbangan efisiensi. Artinya kondisi ini menyebabkan semakin meningkatnya faradaic losses.
7. Perbandingan dari Polymer Electrolyte Membrane (PEMFC) dengan Fuel Cell Lainnya
Sel bahan bakar memiliki karakteristik tersendiri yang memungkinkan untuk berbagai aplikasi. Desain sel bahan bakar akan sangat berbeda tergantung pada jenis aplikasinya yang memperhitungkan daya keluaran yang dibutuhkan, suhu, efisiensi, ukuran, berat dan suplai bahan bakar. Aplikasi tersebut diantaranya pencatu daya portable, pembangkit daya cadangan, transportasi dan pembangkit daya stasioner. Tabel dibawah ini menunjukkan perbandingan aplikasi dan daya sel bahan bakar .
Setiap jenis sel bahan bakar mempunyai karakteristik yang unik jika dibandingkan satu dengan yang lain. Termasuk jenis PEM, sel bahan bakar jenis ini mempunyai beberapa keunggulan dan kelemahan dibandingkan jenis yang lain. Tabel dibawah ini menunjukkan karakteristik keunggulan dan kelemahan PEMFC.
PMFC memiliki tingkat kepadatan daya (power density) yang tinggi sehingga memungkinkan untuk mengaplikasikannya pada bidang transportasi dan keperluan mobilitas tinggi lainnya. Elektrolit yang digunakan memilik ketahanan yang tinggi, suhu operasi PEMFC berkisar antara 25-100oC. Namun PEMFC memiliki kekurangan yakni harus menggunakan hidrogen yang benar-benar murni sebagai bahan bakar sehingga ketidakmurnian sedikit saja akan menurunkan kinerja sangat jauh. Dari uraian perbandingan jenis-jenis sel bahan bakar di atas, dapat dituliskan beberapa kelebihan PEMFC apabila dimodelkan yaitu ; Suhu operasi di bawah 100oC, sehingga fasa H2O yang terlibat hanya dalam bentuk cair, Bahan bakar adalah hidrogen murni sehingga relatif lebih mudah memodelkan reaksinya, PEMFC banyak diaplikasikan dan diproduksi secara komersial terutama untuk transportasi.
9. Implementasi dari Polymer Electrolyte Membrane (PEMFC)
Keberhasilan sel bahan bakar adalah karena tidak adanya polusi menyebabkan komponen yang tidak memiliki mesin pembakaran. Juga konstruksinya tidak rumit dan dapat diandalkan. Perhatian utama di sini adalah konversi, penyimpanan, dan pengendalian energi yang tersimpan. Sel bahan bakar juga menemukan tempat di kapal dan kapal selam, Advanced Electric Ship Demonstrator (AESD) dapat menggunakan teknologi ini untuk efisiensi propulsi yang lebih baik sel bahan bakar di sini harus mampu menahan tingkat kelembaban dan suhu, juga mengkonsumsi banyak ruang yang harus dijaga. Kendaraan laut menemukan sel bahan bakar membran Polymer Electrolyte yang layak pengganti karena dapat bekerja di bawah 100oC dan juga tahan lama. Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell memang memiliki keterbatasan yang harus ditingkatkan, karena membutuhkan unit penyimpanan energi untuk memanfaatkan energi yang lebih baik, memiliki faktor riak yang tinggi, perubahan tegangan yang tidak stabil . Beberapa contoh penggunaan PMFC dibidang industriadalah sebagai berikut :
A. Penggunaan PEMFC pada Dunia Otomotif
Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell yang digunakan dalam mobil dapat memberikan efisiensi sekitar 40%. Hidrogen yang diperlukan sebagai bahan bakar untuk sel bahan bakar membran Polymer Electrolyte harus memiliki kemurnian tinggi dan karenanya bukan sistem yang fleksibel. Terlepas dari ini, sel-sel bahan bakar Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell diharapkan untuk memimpin pengiriman unit, terhitung 88% dari total, dan kawasan Asia diperkirakan akan mendominasi dengan 76% pangsa unit total. Dalam kasus transportasi terestrial, udara yang dibutuhkan untuk reaksi sel bahan bakar dipasok oleh efek gabungan dari motor yang digerakkan oleh motor
B. Penggunaan PEMFC pada Dunia Maritim
Implementasi dari Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell adalah penggunaan teknologi AIP (Air Independent Propulsion) fuel cell pada kapal selam. Dengan penambahan modul AIP fuel cell, menjadikan panjang kapal selam akan bertambah 5 – 6 meter pada bagian buritan. Teknologi AIP ini telah di terapkan pada kapal selam Poseidon Class milik AL Yunani dengan memasang modul AIP Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PMFC) dengan sistem 120kW. Kapal selam tenaga disel yang telah di kopel dengan teknologi AIP memiliki kemampuan selam mencapai 3- 4 minggu, jauh lebih lama dari kapal selam dengan mesin disel biasa. Hal tersebut dikarenakan pada teknologi AIP ini membawa bahan bakar tambahan dan juga udara (oksigen) yang dibutuhkan ketika proses pembakaran pada mesin disel. Selain itu teknologi AIP terdiri dari generator disel, baterai timbal, penyimpanan oksigen dan hidrogen , serta sistem ini terdiri dari 9 membran PEMFC yang masing-masing memberikan daya antara 30kW sampai 50kW. Dengan hadirnya teknologi ini dapat memoderenisasi dunia kemaritiman dengan berbagai keunggulan.
=============================================================================
Catatan Editor :
Okeh, sekian materi dari editor semoga berguna bagi teman-teman semua dan jangan lupa share postingan ini keteman kalian. Tinggalkan Komentar pada kolom dibawah jika ada yang perlu ditanyakan.
Untuk meambahkan emoji pada kolom komentar dapat mengetik "emot0, emot1, dll" tanpa tanda kutip. Untuk mengetahui jenis emot yang dipakai, tinggal arahkan kursor ke tepat list emoji diatas kolom komentar. Terimakasih~
A. Penggunaan PEMFC pada Dunia Otomotif
B. Penggunaan PEMFC pada Dunia Maritim
=============================================================================
Catatan Editor :
Okeh, sekian materi dari editor semoga berguna bagi teman-teman semua dan jangan lupa share postingan ini keteman kalian. Tinggalkan Komentar pada kolom dibawah jika ada yang perlu ditanyakan.
Untuk meambahkan emoji pada kolom komentar dapat mengetik "emot0, emot1, dll" tanpa tanda kutip. Untuk mengetahui jenis emot yang dipakai, tinggal arahkan kursor ke tepat list emoji diatas kolom komentar. Terimakasih~
Facebook
