Menyetujui Komisi Pembimbing:

Transkripsi

1

2

3 \ Judul Tesis : PENGARUH UKURAN BUTIRAN DAN SUHU SINTERING TERHADAP KONDUKTIVITAS LISTRIK DAN MIROSTRUKTUR KERAMIK YITTRIA ST#JILlZED ZIRKONIA SEBAGAI ELEKTROLIT PADAT FUEL CELL Nama Mahasiswa : Chaudra Nur Nomor Pokok : Program Studi : 11mu Fisika Menyetujui Komisi Pembimbing: Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. - Anggota Ir. Muljadi, M.Si Ketua Program Studi, Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Tanggal Lulus : 26 September2005 Chaudra Nur : Pengaruh ukuran butiran dan suhu sintering terhadap konduktivitas listrik..., 2005.

4

5 ABSTRAK Elektrolit padat merupakan salah satu komponen Fuel Cell bersifat konduktor dan berstruktur kristal stabil. Untuk mendapatkan sifat-sifat tersebut maka pertu dilakukan pembuatan keramik stabilized Zirconia (zr0 2 ) dengan aditif II % mole Y203. Ukuran butiran dan suhu sintering merupakan variabel penelitian. Ada dua metoda preparasi serbuk yang dilakukan yaitu: metoda kimia larutan (kopresipitasi) dari bahan baku: ZrOCh.8H 20 dan (CH3C~hY.xH20, dan metoda konvensional (solid-solid mixing) dengan bahan baku : Zr02 dan Y203. Hasil preparasi serbuk dengan kimia larutan pada suhu kalsinasi 500 C menghasilkan ukuran butir 0,494 f.uii dengan struktur kristal kubik zr02, sedangkan dengan eara konvensional menghasilkan ukuran butir 5,28f.UI1 dengan struktur kristal kubik zr02 pada suhu kalsinasi 1000 oc. Masing-masing serbuk dieetak dengan tekanan 5 ton dan disintering pada berbagai variasi suhu yaitu 1100, 1200, 1300 dan 1400 DC, dan masing-masing suhu ditahan 2 jam. Sampel yang telah disintering dikarakterisasi meliputi : uji densitas - porositas, pengukuran konduktivitas listrik, dan ana lisa mikrostruktur dengan menggunakan SEM dan XRD. Hasil karaktedsasi yang diperoleh adalah stabilized Z~ dad serbuk 0,494 f.uii memiliki sifat-sifat fisis terbaik setelah disintering pada suhu 1400 C, yaitu densitas = 5,48 g/crrr', porositas = 0,34 %, konduktivitas listrik pada 1000 C = 0,389 (Ohm em)". Sedangkan stabilizedzr0 2 dari serbuk 5,28j.!m setelah disintering sampai suhu 1400 C belum meneapai sintering yang baik. Ukuran butiran dan suhu sintering tidak mempengaruhi struktur kristal zr02, akan tetapi mempengaruhi konduktivitas listrik.. Kata Kunci : kopresipitasi, sintering, Zirkonia, stabilizedzr02,elektrolit padat, konduktor ionik,juel cell. Chaudra Nur : Pengaruh ukuran butiran dan suhu sintering terhadap konduktivitas listrik..., 2005.

6 ABSTRACT One of fuel cell components are solid electrolyte, it has a stable crystal! structure and is as conductor material. To obtain those properties, stabilized Zirconia (Zr02) is be made by using additive of I I % mole Y203. Particle size and sintering temperature is as variables).of.experiment, There are two methods for powder preparation, such as: chemical solution method with ZrOCh.8H20 and (CH3C02)3Y.xH20 as raw materials, and conventional method with zr02 and Y203 as raw materials. The result of powder preparation by using chemical solution method shows that crystal! structure cubic - Zr02 after calcination at 500 "C was formed and particle size is about urn, also powder preparation by using conventional method shows that crystal! structure cubic - Zr02 after calcination at c was formed and particle size is about 5.28 J.lm. Each of samples powder were formed by using pressing at 5 ton, and sintered at variation temperatures such as: 1100, 1200, 1300 and 1400 C,and hold in 2 hours for each sintering temperature. Then aftcr sintering al! samples were characterized such as : density - porosity, electrical conductivity, and microstructure analysis with SEM and XRD. The characterization results show that the best of stabilized zr02 ceramic is obtained from powder with size 0.494!-lm and sintering at 1400 'c with characterization such as: density = 5.48 g/crn', porosity = 0.34 %, electrical conductivity at 1000 "C = (Ohm ern)". But stabilized zr02 ceramic from powder with size 5.28 um and after sintering until at 1400'C is not yet sintered. Particle size and sintering temperature did not influent crystal! structure ofzr02, but can influent electrical conductivity. ii Chaudra Nur : Pengaruh ukuran butiran dan suhu sintering terhadap konduktivitas listrik..., 2005.

7 KATAPENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, karunia dan ridho yang diberikannya kepada penulis sehingga tesis yang diberikan judul "Pengaruh Ukuran Butiran dan Snhu Sinteriug Terhadap Konduktivitas Listrik dan Mikrostrnktur Keramik Yittria Stabilized Zirkonia Sebagai Elektrolit Padat Fuel Cell" dapat diselcsaikan dengan rencana semula. Tesis ini merupakan tugas akhir penulis pada Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan yang baik ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: Prof. Dr. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.AK selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Prof. Dr. Ir, T. Chairun Nisa B, M.Sc selaku Direktur Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mengikuti Program Studi Fisika di Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc selaku ketua dan Dr. Mahaposan Situmorang selaku sekretaris Program Studi Fisika Sekolah Pasca Sarjana USU, yang penuh kesabaran tidak putus-putusnya memotivasi sehingga tesis ini dapat diseiesaikan. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc selaku ketua pembimbing dan Ir. Muljadi, M.Si selaku anggota pembimbing tesis ini, yang dengan penuh kesabaran membimbing penulis sehingga tesis ini dapat diselesaikan, Drs. Pardamean Sebayang, M.Si yang banyak memberikan masukan dan arahan serta peminjaman buku-buku yang penulis pcrlukan dan tempat berdiskusi bagi penulis dalam menyelesaikan tesis ini. Selnruh Staf Pengajar pada Sekolah Pasca Sarjana USU, atas kerjasama dan kebersamaan mereka mengatasi masalah selama perkuliahan bersama penulis. iii Chaudra Nur : Pengaruh ukuran butiran dan suhu sintering terhadap konduktivitas listrik..., 2005.

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95