APLIKASI MEMBRAN NANOKOMPOSIT SEBAGAI ELEKTROLIT SEL BAHAN BAKAR HIDROGEN PADA PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL

Transkripsi

1 Jurnal Sains Matri Indonsia Indonsian Journal of Matrials Scinc Vol. 12, No. 1, Oktobr 2, hal : 2-8 ISSN : Akrditasi LIPI Nomor : 42/D/2 Tanggal 6 Mi 2 APLIKASI MEMBRAN NANOKOMPOSIT SEBAGAI ELEKTROLIT SEL BAHAN BAKAR HIDROGEN PADA PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL ABSTRAK Mahrni Jurusan Tknik Kimia, F T I-Univrsitas Pmbangunan Nasional Vtran Jl. SWL. 4 Lingkar Utara Condong Catur, Yogyakarta (283) mahrni_3@yahoo.com APLIKASI MEMBRAN NANOKOMPOSIT SEBAGAI ELEKTROLIT SEL BAHAN BAKAR HIDROGEN PADA PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL. Sl bahan bakar hidrogn jnis Proton Exchang MmbranFul Cll (PEMFC) saat ini masih dalam pngmbangan dan komrsialisasi. Bbrapa hambatan komrsialisasi di antaranya mmbran Nafion sbagai lktrolit sangat snsitif trhadap klmbaban. Maka Nafion harus dimodifikasi dngan cara mmbuat komposit Nafion-SiO 2 -HPA dngan tujuan mningkatkan ktahanan lktrolit trhadap fluktuasi klmbaban slama sl digunakan. Pnlitian dilakukan dngan mncampur larutan Nafion dngan ttra toksi orto silikat (TEOS) dan bahan konduktif phosphotungstic acid (PWA) dngan mmvariasi prbandingan Nafion, TEOS dan PWA. Mmbran dihasilkan dngan cara mmanaskan campuran Nafion, TEOS dan PWA dngan mmvariasi suhu pnguapan, waktu dan suhu annaling shingga didapatkan mmbran dngan pnampakan transparan. Mmbran yang dihasilkan dianalisis trhadap sifat fisika, kimia dan sifat lktrokimia dngan mngaplikasikan mmbran sbagai lktrolit PEMFC pada brbagai klmbaban dan suhu oprasi. Hasil pnlitian mnunjukkan bahwa pada suhu rndah 3 o C hingga 9 o C dan klmbaban tinggi ( %RH), mmbran Nafion murni lbih baik dibandingkan mmbran komposit Nafion-SiO 2 -PWA, ttapi pada klmbaban rndah mmbran komposit lbih baik dibanding mmbran Nafion murni dan dapat disimpulkan bahwa mmbran komposit Nafion-SiO 2 -PWA dapat mnggantikan pranan mmbran Nafion murni sbagai lktrolit PEMFC yang broprasi pada klmbaban rndah (4 %RH) dan suhu di antara 3 o C hingga 9 o C. Kata kunci : Mmbran, Nanokomposit, Nafion-SiO 2 -PWA, PEMFC, Klmbaban ABSTRACT APPLICATION OF THE NANOCOMPOSITE MEMBRANE AS ELECTROLYTE OF PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL. Hydrogn ful clls proton xchang mmbran ful cll (PEMFC) is currntly still in dvlopmnt and commrcialization. Svral barrirs to th commrcialization of ths Nafion mmbran as lctrolyt is its vry snsitiv to humidity fluctuation. Nafion must b modifid by making a composit Nafion-SiO 2 -HPA to incras lctrolyt rsistanc against humidity fluctuations during th cll usd. Rsarch carrid out by mixing Nafion solution with Ttra Ethoxy Ortho Silicat (TEOS) and conductiv matrials is phosphotungstic acid (PWA) by varying th ratio of Nafion, TEOS and PWA. Th mmbran is producd by hating a mixtur of Nafion, TEOS and PWA by varying th vaporation tmpratur, tim and annaling tmpratur to obtain th transparnt mmbran. Th rsulting mmbran was analyzd its physical, chmical and lctrochmical proprtis by applying th mmbran as lctrolyt of PEMFC at various humidity and tmpratur of opration. Th rsults showd that at low tmpraturs (3-9) o C and high humidity at %RH, pur Nafion mmbran is bttr than composit mmbran (Nafion-SiO 2 -PWA), but at low humidity condition composit mmbran is bttr than th pur Nafion mmbran. It can b concludd that th composit mmbrans of (Nafion-SiO 2 -PWA) can b usd as lctrolyt of PEMFC opratd at low humidity (4 %RH) and tmpratur btwn (3-9) o C. Ky words : Mmbran, Nanocomposit, Nafion-SiO 2 -PWA, PEMFC, Humidity PENDAHULUAN Proton Exchang Mmbran Ful Cll (PEMFC) pada saat ini sdang mnuju komrsialisasi [1]. Pnlitian dan pngmbangan masih trus dijalankan untuk mningkatkan fsinsi dan mningkatkan tnaga yang dihasilkan shingga PEMFC dapat brsaing dngan msin konvnsional. 2

2 Aplikasi Mmbran Nanokomposit Sbagai Elktrolit Sl Bahan Bakar Hidrogn pada Proton Exchang Mmbran Ful Cll (Mahrni) Pnlitan yang tlah dilakukan dalam usaha komrsialisasi PEMFC mliputi pningkatan kinrja sl dngan mngurangi brat dan volum sl, pnggantian bahan bakar slain hidrogn sbagai sumbr lktron (bnsin dan mtanol), pngmbangan katalis anod yang tahan trhadap CO, sprti pnggunaan paduan logam (Pt-Ru/C, Pt-Sn/C, Pt-Mo/C (Pt:Mo=:1), Pt-Ru-Mo/C (Mo=%), Pt-Ru-HxMoO 3 /C, Pt-Ru/C (nanotub) dan Pd-Ac/C) dngan tujuan untuk mningkatkan ktahanan katalis trhadap kandungan CO di dalam hidrogn hingga mncapai nilai > ppm, pngmbangan katalis katoda untuk mngurangi khilangan tgangan aktivasi dan untuk mningkatkan arus (xchang currnt dnsity, i o ) dan pnggunaan mmbran jnis lain slain mmbran Nafion yang harganya lbih murah ttapi konduktivitasnya tinggi dan dapat mnghantarkan proton tanpa air srta dapat digunakan pada suhu diatas o C [2]. Slama ini mmbran Nafion masih ttap digunakan sbagai lktrolit PEMFC. Klmahan mmbran Nafion mrupakan pnghalang dalam usaha untuk mngkomrsialikan PEMFC, karna mmbran mngkrut pada klmbaban rndah dan akan mrusak sistm sambungan prmukaan mmbran dngan lktroda srta mnurunkan kinrja PEMFC. Olh karna itu pnlitian difokuskan kpada pross pningkatan kinrja mmbran untuk mnghasilkan PEMFC yang dapat dioprasikan pada klmbaban rndah. Makalah ini mlaporkan hasil pnlitian modifikasi mmbran Nafion dngan cara mmasukkan komponn yang brsifat higroskopik dan mmpunyai konduktivitas tinggi sprti asam padat (H 3 PW 12 O 4, PWA) k dalam klustr Nafion yang brukuran ± µm. Kbradaan partikl PWA di dalam klustr Nafion akan mngubah sifat fisika-kimia mmbran yang dihasilkan dan dapat mngubah mkanism prpindahan proton di dalam mmbran dari mkanism scara difusi mnjadi lompatan proton shingga prpindahan proton smakin cpat pada klmbaban rndah. Hubungan sifat fisika-kimia Nafion dan kinrja mmbran lbih difokuskan kpada hubungan struktur mmbran dan mkanism prpindahan air srta konduktivitas mmbran. Struktur Mmbran Nafion Struktur kimia mmbran Nafion (C 7 HF 13 O S. C 2 F 4 ) ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2 [3]. Nafion adalah polylctrolyt yang trdiri dari sgmn ttrafluorothyln (CF 2 -CF 2 ) (TFE) yang mrupakan rantai utama polimr dan prfluorosulfonic vinyl thr (PSVE) ((CF 2 -CF(OCF 2 -CF(CF 3 )-CF 2 -CF 2 -SO 3 H) sbagai rantai samping. Rantai utama brsifat tidak polar atau hidrofobik mrupakan snyawa fluorokarbon yang mmbrikan sifat kkuatan mkanik dan ktahanan trmal trhadap Nafion. Rantai strukturmikro mmbran Nafion trdiri dari kristal dan ionik. Kumpulan ionik adalah gugus SO 3 H - yang diklilingi olh molkul air primr. Bbrapa Gambar 1. Struktur kimia mmbran Nafion Gambar 2. Klustr Nafion kumpulan ionik akan dihubungkan olh saluran yang smpit dngan ukuran 4 nm hingga nm dan mmbntuk satu klustr. Antara satu klustr dan klustr yang lainnya dihubungkan olh saluran smpit yang brukuran 1 nm. Ukuran gugus ionik dan saluran pnghubung trgantung jumlah air yang ada di dalam mmbran. Smakin banyak air maka ukuran saluran makin bsar dan sbaliknya, dimana makin kcil kandungan air maka ukuran saluran makin kcil [4]. Molkul air yang ada di dalam mmbran dapat mmisahkan proton (H + ) dari gugus sulfonat (SO 3 H) mnybabkan mdan listrik yang dapat mmisahkan H + dari ikatannya dngan gugus SO 3-. Mnghasilkan proton yang brgrak (mobil) [4]. Hidrasi mmbran Nafion mnybabkan sifat mnghantarkan proton mlalui molkul air dalam bntuk ion hidronium (H 3 O + ) dan ion oxonium (H 2 O + ). Air yang mngisi pori-pori di dalam polimr Nafion diknal sbagai air primr, dimana air trsbut mnglilingi bagian hidrofilik. Air primr trdiri dari tiga molkul air untuk stiap satu gugus sulfonat. Apabila jumlah bagian primr sudah dipnuhi, slbihnya mngisi ruangan di antara rantai induk dan rantai samping dalam pori-pori yang brukuran 4 nm hingga nm.air yang mngisi pori-pori ini disbut air skundr. Jika kandungan air dalam mmbran mncukupi untuk hidrasi primr maka kcpatan prpindahan proton mlalui mmbran adalah sama dngan kcpatan difusi proton mlalui molkul air. Artinya konduktivitas proton sbanding dngan kandungan molkul air di dalam mmbran. Olh larna itu smakin tinggi kandungan air makin tinggi pula konduktivitas proton dan bgitu juga sbaliknya. Mlihat kandungan air di dalam mmbran sangat mnntukan konduktivitas proton, maka pngndalian air di dalam sl hidrogn mmrlukan prhatian yang khusus karna air dihasilkan scara kontinyu olh raksi di katoda []. Air juga dibawa olh hidrogn dan oksign dari luar sl sbagai plmbab hidrogn dan oksign. 3

3 Jurnal Sains Matri Indonsia Indonsian Journal of Matrials Scinc Dalam pnlitian ini tlah dilakukan modifikasi mmbran Nafion dngan mmasukkan komponn anorganik SiO 2 dan PWA sbagai bahan isian yang brsifat higroskopik dan mmpunyai konduktivitas tinggi untuk mningkatkan konduktivitas mmbran pada klmbaban rndah. Silika oksida (SiO 2 ) mmpunyai pranan sbagai imobilizr HPA di dalam matriks polimr Nafion shingga HPA stabil di dalam polimr Nafion. Khadiran molkul HPA dan (SiO 2 ) dapat mnciptakan fk kondnsasi kapilr di dalam pori-pori mmbran dan diharapkan dapat mningkatkan daya srap mmbran Nafion trhadap air srta mmbran tidak mngkrut ktika klmbaban di prmukaan mmbran mnurun. Pningkatan daya srap air dapat mmprtahankan konduktivitas mmbran walaupun klmbaban mmbran rndah. Uji konduktivitas mmbran Nafion-SiO 2 -HPA dilakukan dngan cara mngaplikasikan mmbran yang dihasilkan sbagai lktrolit PEMFC pada suhu 3 o C hingga 9 o C dan klmbaban rndah sampai dngan 4 % dngan mnggunakan hidrogn sbagai bahan bakar dan udara sbagai oksidan. Alat ts mnggunakan sistm uji PEMFC (FCT-2 ElctroChm, USA). METODE PERCOBAAN Jalannya pnlitian dapat dijlaskan ssuai dngan diagram alir yang ditampilkan pada Gambar 3 [2]. Larutan Nafion %brat diuapkan di dalam lmari asam shingga smua plarut Iso propil alkohol mnguap dan mnghasilkan Nafion padat. Slanjutnya Nafion Vol. 12, No. 1, Oktobr 2, hal : 2-8 ISSN : padat dilarutkan di dalam plarut yang brsifat polar aprotik yaitu dimtil formamida (DMF). Campuran diaduk sampai trbntuk larutan homogn kurang lbih slama 2 jam. K dalam larutan homogn ditambahkan komponn aditif ttra thoxy ortho silicat (TEOS) dan PWA dngan prbandingan trtntu. Kdua komponn trsbut larut di dalam campuran Nafion-DMF stlah diaduk bbrapa mnit. Untuk myakinkan bahwa larutan homogn, pngadukan dilanjutkan dngan mnggunakan pngaduk ultrasonik slama 2 jam. Stlah itu larutan didiamkan di dalam lmari asam tanpa diaduk slama 24 jam untuk mnghilangkan glmbung udara yang trprangkap slama pngadukan. Untuk mnghasilkan mmbran komposit brbntuk film tipis, larutan dipanaskan di dalam ovn vakum pada suhu 8 o C sampai smua plarut mnguap dan trbntuk mmbran padat. Slanjutnya mmbran yang trbntuk dipanaskan lbih lanjut pada suhu 12 o C shingga didapatkan mmbran yang mmpunyai struktur yang kuat. Untuk mlpaskan mmbran dari cawan ptri, mmbran dididihkan di dalam air mndidih sampai mmbran mnglupas. Untuk mmisahkan kotoran dari prmukaan mmbran, slanjutnya mmbran dicuci dngan mnggunakan larutan proksida 3 %brat diikuti dngan larutan asam sulfat, M slama 1 jam pada suhu 8 o C. Stlah dicuci mmbran dikringkan pada suhu 8 o C slama 3 mnit dan mmbran siap dikaraktrisasi dan digunakan sbagai lktrolit PEMFC. Aplikasi mmbran (M) dilakukan dngan cara mrakit mmbran dngan plat pnutup (End Plat, EP), plat pngumpul arus (Currnt Collctor, CC), plat dua kutub (Bipolar Plat, BP), lapisan difusi gas lktroda IPA DMF HPA + TEOS DMF Nafion % brat Anod + ME Pguapan plarut Mmbran komposit Nafion-SiO 2 -HPA Pncampu ran Pngringan mmbran Pncampu ran Pncucian mmbran Pnguapan plarut Plpasan mmbran PEMFC Karaktrisasi: Morphologi (SEM), Struktur kimia (FTIR), Kandungan lmn (EDX), Kadar pnyrapan air, Diamtr partikl (TEM) Sistm uji PEMFC (FCTS) V, I, P Modl polarisasi PEMFC Paramtr lktrokimia: E o (Opn circuit voltag), b (Slop Tafl), R (Tahanan intrnal), γ (Konstant floding), Gambar 3.. Diagram alir prcobaan sintsis dan aplikasi mmbran 4

4 Aplikasi Mmbran Nanokomposit Sbagai Elktrolit Sl Bahan Bakar Hidrogn pada Proton Exchang Mmbran Ful Cll (Mahrni) banjir di dalam sl, di mana pada kondisi trsbut arus dan tgangan turun dngan drastis dan tnaga mnjadi nol, sprti ditunjukkan pada Prsamaan (1). E = E o - b log(i) - R(i) - xp(ωi)... (1) Gambar 4. Bagian-Bagian PEMFC (Gas Diffusion Elctrod, GDE), dngan urutan prakitan adalah EP, CC, BP, GDE, M, GDE, BP, CC, EP sprti ditunjukkan pada Gambar 4 [2]. Sistm Uji PEMFC Udara dimasukkan di sisi katoda dan hidrogn masuk di sisi anoda dngan kcpatan trtntu ssuai dngan stoikiomtri (prbandingan mol H 2 /O 2 =,/,38), di mana kcpatan aliran dikontrol dngan mnggunakan pngndali aliran (flow controllr). Alat pnguji mnggunakan satu sistm yang dilngkapi dngan pngukur arus dan tgangan, pmanas umpan, alat pngndali suhu dan kcpatan aliran umpan. Hasil pngukuran dicatat olh satu st komputr. Uji mmbran dilakukan pada suhu yang divariasi dari 3 o C sampai dngan 9 o C dan klmbaban 4 %RH hingga 9 %RH. Klmbaban diatur dngan cara mmprtahankan suhu air pnjnuh o C hingga o C di atas suhu umpan (hidrogn dan udara). Mkanism konvrsi tnaga hidrogn k tnaga listrik dapat dilihat pada Gambar 4. Analisis Kinrja PEMFC Kinrja PEMFC dipngaruhi olh kinrja bagian-bagian yang mnyusun PEMFC diantaranya adalah kinrja mmbran, katalis (anoda dan katoda) srta struktur gomtri dan struktur bahan. Jnis alat uji arus dan tgangan PEMFC adalah (FCT-2 ElctroChm,USA). Satu modl matmatik digunakan untuk mnganalisis hubungan antara dnsitas arus (i), tgangan (V) dan tnaga (P) PEMFC. Modl matmatik digunakan untuk mnntukan konstanta-konstanta yang mwakili tahanan intrnal sl (R) dan paramtr banjir (γ) srta konstanta prtukaran arus standar (E o ). Tahanan intrnal sl brbanding trbalik dngan konduktivitas mmbran. Paramtr banjir mwakili kandungan air sbagai hasil raksi di dalam sl dan prtukaran arus standar (E o ) mwakili aktivitas katalis (anoda dan katoda). Modl yang ssuai adalah modl mwakili fnomna riil yang trjadi di dalam PEMFC yang mnyrtakan paramtr banjir untuk analisis kinrja PEMFC atau modl Baschuk [6]. Paramtr banjir ini sangat tpat digunakan untuk mmprdiksi waktu trjadi di mana : E = Tgangan sl E o = Tgangan sirkuit trbuka b = Konstanta Tafl R = Tahanan intrnal γ = Konstanta banjir ω = Konstanta fitting Hubungan antara tahanan intrnal dan konduktivitas dituliskan pada Prsamaan (2). Tnaga (P) adalah hasil prkalian arus dan tgangan sprti dituliskan pada Prsamaan (3) [2]. σ = (1/R) (l/s)... (2) P = Vx I... (3) di mana : σ = Konduktivitas mmbran (S cm -1 ) R = Tahanan (ohm) l = Tbal mmbran (cm) S = Luas prmukaan kontak antara mmbran lktroda (cm 2 ) i = Arus (ma/cm 2 ) P = Tnaga/satuan luas (W/cm 2 ) HASIL DAN PEMBAHASAN Kinrja PEMFC mnggunakan mmbran komposit Nafion-SiO 2 -HPA didapatkan dngan mngukur dnsitas arus dan tgangan sl. Hasil ts pada suhu 3 o C hingga 9 o C dan pada humiditas rlatif brbda yaitu pada 4 %RH dan %RH dicatat dan ditampilkan pada Gambar sbagai dnsitas tnaga (mw/cm 2 ) trhadap dnsitas. Smua grafik hasil pnlitian ditampilkan brsama-sama dngan prsamaan matmatik sbagai hasil optimisasi antara modl polarisasi sprti Prsamaan (1) dngan data yang dicatat dari komputr. Paramtr yang mrupakan konstanta pada Prsamaan (1) ditntukan dngan cara kuadrat V,I, P FCTS H 2 masuk Udaramasuk Gambar. Sistm uji PEMFC H 2 danh 2 O kluar Udarakluar (1) CC (2) BP (3) GDL (4) Anoda () Mmbran (6) Katoda (7) GDL (8) BP

5 Jurnal Sains Matri Indonsia Indonsian Journal of Matrials Scinc Vol. 12, No. 1, Oktobr 2, hal : 2-8 ISSN : Tabl 1. Konduktivitas ( ) dan tnaga maksimal sl (P max ) untuk mmbran Nafion murni N112, NSW, NSW and NS2W dngan ktbalan mmbran 7 ± µm and luas prmukaan mmbran cm 2. 3 o C, %RH 6 o C, %RH Mmbran σ P (watt ) σ P maks (watt) (S cm -1 ) 3 (S cm -1 ) 3 N112 2,69,79 2,79,83 NSW 2,4,68 2,49,7 NSW 2,19,8 2,31,82 NS2W 2,12, 2,19,66 8 o C, %RH 9 o C, %RH N112 3,3 1,42 3,33 2,4 NSW 2,64 1,2 3,4 1, NSW 2,97 1,24 3,29 1,7 NS2W 2,64 1,13 3,2 1,47 6 o C, 4 %RH 8 o C, 4 %RH N112 1,66,6 1,3, NSW 2,32 1,13 2,41,73 NSW 2,22 1,2 2,37 1,26 NS2W 2,,73 2,12,77 9 o C, 4 %RH N112 1,16, NSW 2,1,86 NSW 2,8 2,66 NS2W 2,32 1,81 trkcil (last squar) dan dngan bantuan program Matlab. Dari Gambar dan Tabl 1 dapat disimpulkan bahwa kinrja mmbran N112 (Nafion murni) pada suhu 3 o C hingga 9 o C dan klmbaban %RH, mnunjukkan kinrja lbih baik dibandingkan dngan mmbran komposit NSW, NSW dan NS2W sprti ditampilkan pada Gambar 6(a) sampai dngan Gambar 6(d). Untuk suhu 6 o C hingga 9 o C dngan klmbaban 4 %RH, kinrja mmbran komposit mnunjukkan lbih baik dibandingkan dngan mmbran Nafion murni, sprti ditampilkan pada Gambar 7(a) sampai dngan Gambar 7(c). Mmbran NSW adalah mmbran komposit trbaik di antara mmbran komposit lain dngan mnghasilkan tnaga (P = 1,7 Watt) pada kondisi pngujian. Mmbran Nafion sampai skarang masih ttap digunakan karna mmpunyai konduktivitas tinggi pada klmbaban tinggi ( %RH). Brdasarkan hasil pnlitian yang tlah dilakukan mmbran Nafion mmpunyai klmahan, dimana konduktivitas mmbran Nafion murni turun dngan drastis pada klmbaban rndah. Hal ini disbabkan karna konduktivitas proton sangat trgantung kpada kadar air di dalam mmbran. Smakin tinggi kadar air, konduktivitas smakin tinggi dan sbaliknya. (a) (b) (c) (d) 2 NSW (mod) NSW (xp) NS2W (mod) NS2W (xp) NSW (mod) NSW (xp) NS2W (mod) NS2W (xp) NSW (mod) NW (xp) NS2W (mod) NS2W (xp) Gambar 6. Tnaga dihasilkan olh PEMFC mnggunakan mmbran N112, NSW, NSW dan NS2W sbagai lktrolit pada suhu (a) 3 o C pada %RH, (b) 6 o C pada %RH; 8 o C pada %RH dan (d) 9 o C pada %RH. Shingga usaha yang dilakukan untuk mningkatkan stabilitas mmbran Nafion pada suhu tinggi dan klmbaban rndah br tujuan untuk 6

6 Aplikasi Mmbran Nanokomposit Sbagai Elktrolit Sl Bahan Bakar Hidrogn pada Proton Exchang Mmbran Ful Cll (Mahrni) (a) (b) (c) 2 2 NSW (mod) NSW (xp) NS2W (mod) NS2W (xp) NSW (mod) NSW (xp) NS2W (mod) NS2W (xp) NSW (mod) NSW (xp) NS2W (mod) NS2W (xp) macm Gambar 7. Tnaga dihasilkan olh PEMFC mnggunakan mmbran N112, NSW, NSW dan NS2W sbagai lktrolit pada suhu (a) 6 o C pada 4 %RH, (b) 8 o C pada 4 %RH dan (b) 9 o C pada 4 %RH. mmprtahankan kandungan air di dalam mmbran ttap tinggi pada kondisi suhu tinggi dan klmbaban rndah. Pnlitian yang tlah dilakukan brdasarkan hipotsis bahwa komponn anorganik yang brsifat higroskopis dan mmpunyai konduktivitas tinggi (asam bronstd) sprti (H 3 PW 12 O 4,PWA) dapat mningkatkan kandungan air mmbran Nafion pada kondisi suhu tinggi dan klmbaban rndah (4 %RH) tlah brhasil mmprtahankan konduktivitas mmbran ttap tinggi pada suhu rndah sampai dngan suhu tinggi yaitu antara 3 o C hingga 9 o C. Pross sol-gl tlah digunakan untuk sintsis mmbran komposit Nafion-SiO 2 -PWA dimana hasil analisis mnggunakan Transmission Elctron Microscop (TEM) mnunjukkan bahwa komponn PWA brukuran dibawah nm shingga dapat masuk k dalam klustr Nafion. Kbradaan komponn PWA di dalam mmbran Nafion dapat mningkatkan kandungan air di dalam mmbran pada suhu tinggi dan klmbaban rndah. Knyataan ini skaligus mmbuktikan bahwa pross sol-gl dngan mnggunakan prkursor mtaloid (Ttra Ethoxy Ortho Silicat, TEOS) dngan dibantu pngaduk ultrasonik tlah brhasil mnghasilkan matrial komposit brstruktur nano dimana mmbran komposit Nafion-SiO 2 -PWA tlah trbukti dapat mnggantikan mmbran Nafion murni trutama pada suhu tinggi dan klmbaban rndah. KESIMPULAN Dari hasil pnlitian yang tlah dilakukan dapat disimpulkan bahwa mmbran komposit mmpunyai konduktivitas lbih tinggi dibandingkan dngan mmbran Nafion murni pada klmbaban rndah. Fnomna dibalik pningkatan kinrja mmbran komposit dapat dijlaskan dngan mnggunakan modl kondnsasi kapilr. Komponn anorganik dalam ukuran lbih kcil dari nm dapat masuk k dalam klustr Nafion. Kbradaan komponn anorganik yang brsifat higroskopis sprti SiO 2 dan PWA di dalam klustr polimr Nafion dapat mngikat air di dalam pori-pori mmbran shingga kadar pnyrapan air olh mmbran komposit lbih tinggi dibandingkan dngan mmbran Nafion murni. Kbradaan air di dalam klustr Nafion mmpunyai pranan sangat pnting karna prpindahan proton di dalam klustr mnjadi lbih cpat dan mmprpndk jalan lompatan proton dari satu klustr k klustr brikutnya. Scara makroskopik phnomna ini nampak pada pningkatan konduktivitas mmbran komposit pada klmbaban rndah yang dapat diukur dngan tahanan intrnal (R). Pada klmbaban rndah, trjadi pnguapan sbagian air yang ada di dalam pori-pori mmbran shingga mmbran akan mngkrut (shrinkag). Pranan komponn anorganik di dalam klustr Nafion adalah dapat mnurunkan tnaga kintik air dngan mningkatkan kbrlikuan jalan (tortuosity) di dalam pori shingga trjadi kondnsasi kapilr dan molkul air tidak dapat mnguap walaupun tkanan uap air di prmukaan mmbran lbih kcil dibandingkan dngan tkanan uap air di dalam pori-pori mmbran. Hal ini mnybabkan mmbran tidak mngkrut dan konduktivitas ttap tinggi pada klmbaban rndah. DAFTAR ACUAN [1]. NIGEL SAMMES (Ed.), Ful Cll Tchnology Raching Toward Commrcialization, Springr-Vrlag London Limitd, (26) [2]. B. SMITHA, S. SRIDAR,A.A. KHAN, Journal of Mmbran Scinc, 29 (2) -26 7

7 Jurnal Sains Matri Indonsia Indonsian Journal of Matrials Scinc [3]. L.C. KLEINY. DAIKO, M.APPARICIO, F. DAMAG, Journal of Polymr, 46 (2) [4]. V. RAMANI, H.R. KUNZ and J.M. FENTON, Journal of Mmbran Scinc, 266 (2) []. CULLENR. BUIE, JONATHAND. POSNER,TIBOR FABIAN, SUK-WON CHAA, DAEJOONG KIMA, FRITZ B. PRINZ, JOHN K. EATON, JUAN G. SANTIAGO, Journal of Powr Sourcs, 161 (26) Vol. 12, No. 1, Oktobr 2, hal : 2-8 ISSN : [6]. MAHRENI, Sintsis dan Pnggunaan Mmbran Komposit Sbagai Elktrolit Sl Ful Mmbran Pnukar Proton, Tsis Dr. Falsafah, Jabatan Kjurutraan Kimia dan Pross, Univrsiti Kbangsaan Malaysia, (29) [7]. J.J. BASCHUK, LI X., Journal of Powr Sourcs, 86 (2) 181 8