BAB I PENDAHULUAN. portable tersebut biasanya menggunakan baterai litium yang dapat diisi ulang.

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada zaman sekarang ini, peralatan elektronik yang bersifat portable semakin banyak digunakan oleh masyarakat. Sumber energi peralatan elektronik portable tersebut biasanya menggunakan baterai litium yang dapat diisi ulang. Akan tetapi, baterai litium memerlukan waktu lama dalam proses isi ulang energi dan dapat mencemari lingkungan karena biasanya dibuang ke lingkungan jika sudah tidak dapat digunakan. Oleh karena itu, para peneliti mulai mengembangkan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan dengan waktu isi ulang yang singkat. Ditemukanlah istilah fuel cell yang merupakan suatu pembangkit tenaga listrik yang berasal dari reaksi elektrokimia yang melibatkan gas hidrogen. Fuel cell diharapkan dapat mencukupi kebutuhan energi listrik dengan efisiensi yang tinggi (Xhu Q, 2010). Sumber energi alternatif ini terdiri dari berbagai macam jenis, salah satu diantaranya yang saat ini mulai banyak digunakan adalah Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). PEMFC ini terbagi menjadi 3 macam yakni yang berbahan bakar hidrogen disebut hydrogen fuel cell, berbahan bakar metanol disebut Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) dan yang berbahan bakar etanol disebut Direct Ethanol Fuel Cell (DEFC). Prinsip kerja fuel cell merupakan kebalikan proses elektrolisa, dimana hidrogen direaksikan dengan oksigen dan menghasilkan listrik. Akan tetapi, fuel cell ini memiliki kendala pada pengembangannya karena membutuhkan rangkaian yang compact antara fuel cell dan hydrogen reformer sebagai pensuplai hidrogen pada fuel cell tersebut. Selain itu, proses reforming umumnya berlangsung pada suhu sekitar C (Abe, 2002). Meskipun jumlah hidrogen di alam sangat melimpah, tetapi jumlah hidrogen bebas sangat terbatas. Dalam aplikasi fuel cell, oksigen dialirkan dari udara menuju katoda. Sementara untuk hidrogen, pengguna harus mengisinya di tabung hidrogen. Berbagai kendala yang dialami pada perkembangan fuel cell ini, menjadi sebuah ide bagi E.Bradley Easton pada tahun 2003 untuk melakukan penelitian

2 BAB I PENDAHULUAN 2 mengenai DMFC (Amin, 2011). Pada DMFC, metanol dimanfaatkan secara langsung tanpa menggunakan hydrogen reformer. Pada umumnya DMFC beroperasi pada temperatur sekitar C dengan efisiensi antara % (Handbook Fuel Cell, 2004). Komponen-komponen yang ada pada DMFC ini diantaranya membran, dua buah elektroda (anoda dan katoda) yang selanjutnya tiga komponen tersebut disatukan menjadi Membrane Electrode Assembly (MEA), current collector, gasket serta end plate. Performa dari DMFC ini masih terus dikembangkan hingga dapat menghasilkan daya listrik semaksimal mungkin. Berdasarkan hal tersebut maka berbagai pihak telah melakukan penelitian dan pengembangan DMFC. Sementara itu, penelitian DMFC yang telah dilakukan di Politeknik Negeri Bandung telah memasuki generasi ketiga. Dari hasil yang dilakukan oleh Khaniska dan Setyorini (2008) disebutkan bahwa kinerja DMFC dengan desain end plate berupa lingkaran bentuk vertikal dan pelapisan katalis dengan metode painting menggunakan kuas masih sangat rendah yakni dengan rapat arus hanya 2,693 ma/cm 2 dan tegangan 0,178 volt, jika dibandingkan kinerja secara teoritis yaitu ma/cm 2 dan tegangan 0,5-0,6 V (Handbook Fuel Cell, 2000). Penelitian berikutnya oleh Intan dan Zulfikar (2010) menyebutkan bahwa metode pelapisan katalis dengan metode screen printing lebih optimal dibandingkan dengan metode painting dan bahwa luas permukaan aktif MEA sebanding dengan jumlah arus dan efisiensi sel. Rapat arus yang dihasilkan pada penelitian yaitu 0,0193 ma/cm 2 dan tegangan 0,540 volt. Kekurangan dari penelitian-penelitian sebelumnya yaitu pada perakitan atau stacking current collector. Dari penelitian-penelitian tersebut di atas, maka dilakukan penelitian lanjutan dengan cara membuat dan merancang komponen-komponen DMFC menjadi satu stack sistem DMFC karena pada penelitian Intan dan Zulfikar (2010) DMFC yang dibuat belum sampai pada perangkaian dengan end plate tetapi hanya MEA saja. Selain itu, dalam penelitian ini stack DMFC yang dibuat diuji karakterisasinya menggunakan bahan bakar metanol dan etanol dengan konsentrasi masing-masing 3%, 5%, 7%, 9%. Pemilihan etanol sebagai bahan bakar yaitu karena etanol lebih tidak beracun jika dibandingkan dengan metanol, mudah

3 BAB I PENDAHULUAN 3 didapatkan, dan selain itu etanol memiliki gugus fungsi H + lebih banyak yang diharapkan jumlah elektron yang dihasilkan bisa lebih banyak dibandingkan metanol sehingga tegangan listrik yang dihasilkan pun lebih tinggi. Pengujian tidak hanya menggunakan variasi konsentrasi metanol dan etanol, tetapi juga dilakukan terhadap perbedaan current collector yakni pelat tembaga dan pelat stainless steel. Tembaga dipilih sebagai current collector karena merupakan konduktor yang baik dan digunakan stainless steel sebagai pembanding. Kinerja DMFC hasil penelitian dibandingkan dengan kinerja DMFC GasHub yang merupakan acuan atau sebagai DMFC standar. 1.2 Tujuan Tujuan dari penelitian ini yaitu : 1. Meningkatkan kinerja DMFC hingga melebihi daya yang dihasilkan pada penelitian sebelumnya yaitu tegangan di atas 0,178 V dan rapat arus di atas 2,963 ma/cm Membuat dan merakit end plate DMFC desain vertikal dengan menggunakan pelat tembaga sebagai current collector serta membandingkannya dengan pelat stainless steel. 3. Menguji karakterisasi DMFC menggunakan bahan bakar metanol dan etanol dengan variasi konsentrasi masing-masing 3%, 5%, 7% dan 9%. 1.3 Ruang Lingkup Ruang lingkup permasalahan dalam penelitian ini adalah: Merancang end plate DMFC bentuk meander (berkelok-kelok), desain vertikal dengan ukuran 4 cm x 4 cm x 1 cm untuk sisi anoda. Merancang end plate DMFC bentuk berlubang, desain vertikal dengan ukuran 4 cm x 4 cm x 1 cm untuk sisi katoda. Merancang current collector dari bahan pelat tembaga dengan ukuran 4 cm x 4 cm x 0,2 mm. Merancang current collector dari bahan pelat stainless steel dengan ukuran 4 cm x 4 cm x 0,2 mm.

4 BAB I PENDAHULUAN 4 Merancang gasket dari bahan silikon dengan ukuran 4 cm x 4 cm x 1 mm. Mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan oleh DMFC terhadap waktu. Mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan oleh DMFC hasil penelitian dengan variasi konsentrasi metanol dan etanol masing-masing 3%, 5%, 7%, 9% serta dibandingkan dengan tegangan dan arus yang dihasilkan DMFC GasHub pada variasi konsetrasi bahan bakar yang sama. 1.4 Metodologi Penelitian 1) Tahap Persiapan Melakukan persiapan berupa studi literatur serta persiapan alat yang digunakan pada penelitian serta penyiapan bahan komponen DMFC berupa MEA (Membrane Electrode Assembly), current collector dari bahan pelat tembaga dan pelat stainless steel, gasket dari bahan silikon, dan end plate dari bahan acrylic. 2) Tahap Perancangan Merancang bentuk DMFC yang akan dibuat. Perancangan dibuat dalam bentuk gambar teknik dengan menggunakan software AutoCad dan Catia. 3) Tahap Pembuatan Komponen Pembuatan komponen end plate dilakukan menggunakan mesin CNC sedangkan current collector dan gasket dibuat secara manual. 4) Tahap perakitan yaitu merangkaikan semua komponen menjadi satu stack DMFC desain vertikal. 5) Tahap pengujian kinerja DMFC berupa pengukuran tegangan dan arus menggunakan metanol dan etanol masing-masing 3%, 5%, 7%, dan 9% dengan current collector pelat tembaga dan stainless steel.

5 BAB I PENDAHULUAN Sistematika Penulisan Susunan laporan Tugas Akhir yang disusun terbagi menjadi tiga bagian besar yaitu halaman permulaan, batang tubuh, dan halaman lampiran. Halaman permulaan meliputi halaman judul, lembar pengesahan, abstrak, kata pengantar, daftar isi, daftar tabel, dan daftar gambar. Halaman lampiran berisi lampiranlampiran informasi yang dibutuhkan atau menunjang penelitian berupa data atau gambar. Sedangkan batang tubuh yang merupakan inti penulisan laporan ini, meliputi : A. Bab I Pendahuluan Meliputi latar belakang, tujuan penelitian, ruang lingkup, metodologi penelitian, dan sistematika penelitian. B. Bab II Tinjauan Pustaka Menjelaskan tentang sejarah dan perkembangan fuel cell, prinsip kerja fuel cell, jenis-jenis fuel cell, fuel cell tipe DMFC, dan komponen penyusun DMFC. C. Bab III Metodologi Penelitian Menjelaskan tahapan penelitian yang meliputi persiapan, perancangan alat Direct Methanol Fuel Cell, pembuatan, perakitan, dan tahap analisis kinerja alat DMFC. D. Bab IV Hasil dan Pembahasan Menganalisis dan membahas proses pembuatan dan hasil pengamatan yang dilakukan pada DMFC. E. Bab V Kesimpulan dan Saran Menyatakan kesimpulan akhir dari analisis dan pembahasan hasil pengamatan, serta memberikan saran konstruktif untuk penelitian selanjutnya.