PENGARUH DOPING MgO TERHADAP KONDUKTIVITAS IONIK KERAMIK CSZ UNTUK SOFC

dokumen-dokumen yang mirip
PENGARUH PENAMBAHAN MgO TERHADAP KONDUKTIVITAS IONIK KERAMIK CSZ UNTUK ELEKTROLIT PADAT

BAB III METODE PENELITIAN

BAB III METODE PENELITIAN. penelitian ini dilakukan pembuatan keramik CSZ-NiO untuk elektrolit padat

PENGARUH PENAMBAHAN BORON TRIOXIDE (B 2 O 3 ) TERHADAP KARAKTERISTIK DIELEKTRIK KERAMIK CALCIA STABILIZED ZIRCONIA (CSZ)

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... UCAPAN TERIMA KASIH... ABSTRAK... ABSTRACT... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN...

ABSTRAK. Kata kunci: Sel bahan bakar oksida padat, CSZ, CaO, PVA, Slip casting.

PENGARUH SUHU SINTER TERHADAP KARAKTERISTIK DIELEKTRIK KERAMIK CALCIA STABILIZIED ZIRCONIA (CSZ) DENGAN PENAMBAHAN 0.5% BORON TRIOXIDE (B 2 O 3 )

KETANGGUHAN RETAK, KEKERASAN DAN KONDUKTIVITAS IONIK CSZ SEBAGAI ELEKROLIT PADAT SOFC DENGAN PENAMBAHAN CuO

Universitas Pendidikan Indonesia Jl. Setiabudhi 229, Bandung Jl.Tamansari 71, Bandung

Jl.Tamansari 71, Bandung Diterima: Diterima dalam bentuk revisi: Disetujui:

BAB I PENDAHULUAN. Indonesia. Hal ini berarti meningkat pula kebutuhan manusia termasuk dari

BAB III METODE PENELITIAN. penelitian ini dilakukan pembuatan keramik Ni-CSZ dengan metode kompaksi

2014 PEMBUATAN BILAYER ANODE - ELEKTROLIT CSZ DENGAN METODE ELECTROPHORETIC DEPOSITION

BAB I PENDAHULUAN. Di zaman sekarang, manusia sangat bergantung pada kebutuhan listrik

EFEK CuI TERHADAP KONDUKTIVITAS DAN ENERGI AKTIVASI (CuI) x (AgI ) 1-x (x = 0,5-0,9)

1 BAB I BAB I PENDAHULUAN

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Padilah Muslim, 2014

Bab IV. Hasil dan Pembahasan

SINTESIS YTTRIA-STABILIZED-ZIRCONIA (YSZ) DARI ZIRKON LOKAL SEBAGAI MATERIAL ELEKTROLIT SOLID OXIDE FUEL CELL (SOFC)

PENGARUH IRADIASI-γ TERHADAP REGANGAN KISI DAN KONDUKTIVITAS IONIK PADA KOMPOSIT PADAT (LiI) 0,5 (Al 2 O 3.4SiO 2 ) 0,5

BAB III METODE PENELITIAN. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian yang dilakukan di Kelompok Bidang Bahan Dasar PTNBR-

DAFTAR ISI... PERNYATAAN... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... UCAPAN TERIMA KASIH... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN...

SINTESIS BAHAN YSZ (YTTRIA STABILIZED ZIRCONIA, Y 2 O 3 -ZrO 2 ) DENGAN METODE REAKSI PADATAN DAN KARAKTERISASINYA

Bab III Metodologi Penelitian

STUDI PENAMBAHAN MgO SAMPAI 2 % MOL TERHADAP STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK KERAMIK KOMPOSIT Al 2 O 3 ZrO 2

BAB I PENDAHULUAN. Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK) dibutuhkan oleh setiap negara

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. 4.1 Pengaruh Suhu Sinter Terhadap Struktur Kristal

Sintesis Komposit TiO 2 /Karbon Aktif Berbasis Bambu Betung (Dendrocalamus asper) dengan Menggunakan Metode Solid State Reaction

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan metode eksperimen.

BAB III METODE PENELITIAN. penelitian ini dilakukan pembuatan keramik komposit CSZ-Ni dengan

Menyetujui Komisi Pembimbing:

BAB I PENDAHULUAN. Telah disadari bahwa kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi harus

PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP KONDUKTIVITAS DAN ENERGI AKTIVASI KOMPOSIT (LiI) x (Al 2 O 3 ) 1-x

BAB I PENDAHULUAN. Kebutuhan energi di dunia akan terus meningkat. Hal ini berarti bahwa

BAB I PENDAHULUAN. Salah satu pemanfaatan tenaga nuklir dalam bidang energi adalah

KARAKTERISTIK LISTRIK KERAMIK FILM Fe 2 O 3 DENGAN VARIASI KETEBALAN YANG DIBUAT DARI MINERAL LOKAL DI ATMOSFIR UDARA DAN ATMOSFIR ALKOHOL

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. hal ini memiliki nilai konduktifitas yang memadai sebagai komponen sensor gas

KARAKTERISTIK LISTRIK KERAMIK FILM TEBAL SnO 2 YANG DITAMBAH Ta 2 O 5 UNTUK SENSOR GAS ETANOL

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. Hasil preparasi bahan baku larutan MgO, larutan NH 4 H 2 PO 4, dan larutan

BAB I PENDAHULUAN. meningkat. Peran listrik dalam kehidupan manusia sangatlah penting karena

SEMINAR NASIONAL BASIC SCIENCE II

Wahana Fisika, 1(2), Pengaruh Suhu Pembakaran terhadap Karakteristik Listrik Keramik Film Tebal Berbasis Fe 2 O 3 MnO ZnO untuk Termistor NTC

III. METODOLOGI PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari 2013 sampai dengan Juni 2013 di

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Untuk mendapatkan jawaban dari permasalahan penelitian ini maka dipilih

BAB III METODE PENELITIAN. penelitian ini dilakukan pembuatan material keramik komposit LSM-YSZ-GDC

KARAKTERISASI I-V SEMIKONDUKTOR HETEROKONTAK CuO/ ZnO(TiO 2 ) SEBAGAI SENSOR GAS HIDROGEN

BAB I PENDAHULUAN. Energi merupakan hal yang sangat penting dan dibutuhkan oleh setiap

PENGARUH CUI TERHADAP SIFAT KONDUKTOR IONIK PADAT (CUI) X (AGI ) 1-X (X=0,6-0,9)

SINTESIS DAN KARAKTERISASI UNDER-DOPED SUPERKONDUKTOR DOPING ELEKTRON Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metoda eksperimen.

BAB I PENDAHULUAN. Indonesia merupakan negara berkembang yang berada dikawasan Asia

PENGARUH KONDISI ANNEALING TERHADAP PARAMETER KISI KRISTAL BAHAN SUPERKONDUKTOR OPTIMUM DOPED DOPING ELEKTRON Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ

4 Hasil dan pembahasan

I. PENDAHULUAN. komposit. Jenis material ini menjadi fokus perhatian karena pemaduan dua bahan

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT BERLAPIS SDC-YSZ-SDC SEBAGAI ELEKTROLIT PADAT UNTUK SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)

SINTESIS DAN KARAKTERISASI SIFAT LISTRIK SUPERKONDUKTOR Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ (ECCO) UNTUK UNDER-DOPED

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Pada bab ini mengungkapkan metode penelitian secara keseluruhan yang

BAB III METODE PENELITIAN. Tahapan Penelitian dan karakterisasi FT-IR dilaksanakan di Laboratorium

ASPEK STRUKTUR DAN KONDUKTIVITAS La 1-x (Sr,Ca) x FeO 3-δ SEBAGAI BAHAN KATODA PADA SEL BAHAN BAKAR PADATAN TESIS

PENGARUH DOPAN Y 2 O5, Er 2 O 3 DAN CaO TERHADAP SIFAT FISIS DAN KONDUKTIVITAS BISMUTH OXIDE (Bi2O3) SEBAGAI ELEKTROLIT PADAT PADA SISTEM SOFC

KARAKTERISTIK KERAMIK TERMISTOR NTC DARI PASIR YAROSIT YANG BERSTRUKTUR HEMATIT DENGAN PENAMBAHAN OKSIDA MANGAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV ANALISA DATA & PEMBAHASAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Mulai. Persiapan alat dan bahan. Meshing AAS. Kalsinasi + AAS. Pembuatan spesimen

BAB I PENDAHULUAN. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) telah banyak dibangun di beberapa negara di

PENGARUH KONSENTRASI DOPING CE TERHADAP SIFAT LISTIK MATERIAL EU 2-X CE X CUO 4+Α-Δ PADA DAERAH UNDER-DOPED

KARAKTERISTIK KERAMIK MgAl 2 O 4 UNTUK BAHAN BAKAR NUKLIR MATRIKS INERT (IMF) YANG DIBUAT DARI SERBUK HASIL HEM PADA SUHU SINTER 1500 O C

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan metode eksperimen murni.

HASIL DAN PEMBAHASAN. didalamnya dilakukan karakterisasi XRD. 20%, 30%, 40%, dan 50%. Kemudian larutan yang dihasilkan diendapkan

SINTESIS DAN UJI KONDUKTIFITAS MATERIAL KONDUKTOR IONIK BERBASIS MAGNESIUM MELALUI METODE SOL-GEL ANORGANIK

BAB I PENDAHULUAN. Sumber energi nuklir merupakan sumber energi yang potensial untuk

PENGARUH TEMPERATUR SINTERING KARBON AKTIF BERBASIS TEMPURUNG KEMIRI TERHADAP SIFAT LISTRIK ANODA BATERAI LITIUM

KONDUKTIVITAS IONIK KOMPOSIT ELEKTROLIT SAMARIUM TERDOPING CERIUM-(Li/Na) 2 UNTUK SOLID OXIDE FUEL CELL BERSUHU RENDAH

I. PENDAHULUAN. oleh H.K Onnes pada tahun 1911 dengan mendinginkan merkuri (Hg) menggunakan helium cair pada temperatur 4,2 K (Darminto dkk, 1999).

Pengaruh Temperatur dan Frekuensi Terhadap Konduktivitas Konduktor Padat (KI) x - (Na 3 PO4) 1 x

PENGARUH TEMPERATUR KALSINASI PADA PEMBENTUKAN LITHIUM IRON PHOSPHATE (LFP) DENGAN METODE SOLID STATE

Bab III Metodologi Penelitian

PENGARUH PENAMBAHAN CAMPURAN SiO 2 TERHADAP KARAKTERISTIK KERAMIK CuFe 2 UNTUK TERMISTOR NEGATIVE TEMPERATURE COEFFICIENT

METODE SOL-GEL RISDIYANI CHASANAH M

PENGARUH PENAMBAHAN ADITIF POLIETILENA GLIKOL PADA MEMBRAN ASIMETRIS CaTiO3

BAB III METODOLOGI PENELITIAN. Pada bab ini mengungkapkan metode penelitian secara keseluruhan yang

Superkonduktor Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ

Karakterisasi Sensor TiO 2 Didoping ZnO untuk Mendeteksi Gas Oksigen

Aplikasi HEM dalam Pembuatan Serbuk Nano LTAP

PENGARUH WAKTU SINTER TERHADAP DENSITAS PELET UO 2 DARI BERBAGAI UKURAN SERBUK

PENGARUH PENAMBAHAN FRIT GELAS TERHADAP KARAKTERISTIK DIELEKTRIK KAPASITOR KERAMIK FILM TEBAL BATIO 3

KARAKTERISASI STRUKTUR MIKRO DAN STRUKTUR KRISTAL FILM TEBAL FETIO 3 DARI BAHAN MINERAL INDONESIA

PENETAPAN PARAMETER PROSES PEMBUATAN BAHAN BAKAR UO 2 SERBUK HALUS YANG MEMENUHI SPESIFIKASI BAHAN BAKAR TIPE PHWR

BAB IV ANALISIS & HASIL PERCOBAAN

PENGUJIAN KONDUKTIVITAS LISTRIK ALUMINIUM-DOPED ZnO PADA TEMPERATUR TINGGI

III. METODE PENELITIAN. Penelitian ini telah dilaksanakan pada bulan Februari sampai Juni 2013 di

BAB I PENDAHULUAN. Keramik umumnya dikenal sebagai bahan isolator tetapi sebenarnya keramik

350 0 C 1 jam C. 10 jam. 20 jam. Pelet YBCO. Uji Konduktivitas IV. HASIL DAN PEMBAHASAN. Ba(NO 3 ) Cu(NO 3 ) 2 Y(NO 3 ) 2

KARAKTERISASI SEMIKONDUKTOR TIO 2 (ZnO) SEBAGAI SENSOR LIQUEFIED PETROLEUM GAS (LPG)

PENINGKATAN KONDUKTIFITAS ION OKSIGEN DARI ELEKTROLIT PADAT PADA SISTEM SOLID OXIDE FUEL CELLs.

III. METODE PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada September hingga Desember 2015 di

KARAKTERISASI TiO 2 (CuO) YANG DIBUAT DENGAN METODA KEADAAN PADAT (SOLID STATE REACTION) SEBAGAI SENSOR CO 2

PENGARUH DOPAN Pb DAN Sb TERHADAP ENERGI AKTIVASI SUPERKONDUKTOR BSCCO-2212

PENGARUH PENAMBAHAN ZrO 2 TERHADAP KARAKTERISTIK TERMISTOR NTC BERBAHAN DASAR Fe 2 O 3 DARI MINERAL YAROSIT

Transkripsi:

Pengaruh Doping Mg Terhadap Konduktivitas Ionik Keramik CSZ Untuk Elektrolit Padat SFC PENGARUH DPING Mg TERHADAP KNDUKTIVITAS INIK KERAMIK CSZ UNTUK SFC THE EFFECT F Mg DPING N INIC CNDUCTIVITY F CSZ CERAMICS FR SFC SLID ELECTRLYTE Eneng Hasanah 1, Dani Gustaman Syarif 2, David Edison Tarigan 3 1,3 Jurusan Pendidikan Fisika, Universitas Pendidikan Indonesia Jl. Dr. Setiabudhi 229, Bandung 2 Pusat Sains dan Teknologi Nuklir Terapan (PSTNT), BATAN Jl. Tamansari 71, Bandung 40132 e-mail: danigus@batan.go.id. Diterima 15 Agustus 2014, diterima dalam bentuk perbaikan 08 Mei 2015, disetujui 27 Juli 2015 ABSTRAK PENGARUH DPING Mg TERHADAP KNDUKTIVITAS INIK KERAMIK CSZ UNTUK ELEKTRLIT PADAT SFC. Telah dilakukan pembuatan elektrolit padat untuk Solid xide Fuel Cell (SFC). Elektrolit padat SFC dibuat dari bahan Calcia Stabilized Zirconia (CSZ) yang didoping dengan Magnesium xide. Konsentrasi doping Magnesium xide dalam % berat adalah 0%; 0,1%, dan 0,3%. Setelah serbuk CSZ dan Mg dicampur dan digerus hingga homogen, serbuk campuran ditekan,yang diikuti dengan penyinteran pada suhu 1450 ºC selama 4 jam. Impedansi keramik hasil sinter diukur dengan menggunakan LCR meter untuk mengetahui konduktivitas ioniknya. Struktur kristal dianalisis dengan menggunakan X-Ray diffractometer (XRD) dan struktur mikro dianalisis dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM). Hasil analisis XRD menunjukkan bahwa elektrolit padat CSZ dan CSZ yang didoping Mg mempunyai struktur kubik. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi Mg, semakin besar pula ukuran butir. Doping Mg dengan konsentrasi 0,3% dapat meningkatkan konduktivitas ionik elektrolit padat CSZ dari 0,017 ms/cm menjadi 0,089 ms/cm. Kata kunci: elektrolit padat, CSZ, Mg, konduktivitas ionik, SFC ABSTRACT THE EFFECT F Mg DPING N INIC CNDUCTIVITY F CSZ CERAMICS FR SFC SLID ELECTRLYTE. Fabrication of solid electrolytes for Solid xide Fuel Cell (SFC) has been done. The solid electrolyte was made of Calcia Stabilized Zirconia (CSZ) doped with Magnesium xide. The concentrations of magnesium oxide in weight % were 0%, 0.1%, and 0.3%, respectively. After the CSZ and magnesium oxide being mixed and blended homogeneously, the mixture was pressed, followed by sintering at temperature of 1450 ºC for four hours. Impedance of the sintered ceramics was measured using an LCR meter in order to know the ionic conductivity of the ceramics. Crystal structure was analyzed using an X-Ray diffractometer (XRD) and the microstructure was analyzed using a Scanning Electron Microscope (SEM). The XRD analyses result showed that the CSZ and CSZ doped with Mg electrolytes crystallized in cubic structure. The SEM analyses result showed that the higher the concentration of Mg, the larger the grain size. Doping Mg with concentration of 0.3% could increase the ionic conductivity of the CSZ solid electrolyte from 0.017 ms/cm to 0.089 ms/cm. Keywords: solid electrolyte, CSZ, Mg, ionic conductivity, SFC. PENDAHULUAN S FC (Solid xide Fuel Cell) adalah suatu piranti yang dapat mengubah energi kimia suatu bahan bakar menjadi energi listrik secara langsung dengan material oksida padatan sebagai elektrolit (1,2,3). Pembangkitan energi dengan menggunakan SFC relatif bersih karena tingkat polusi yang rendah (3-6). Selain itu efisiensi SFC juga tinggi (3-6). Elektrolit padat yang banyak digunakan untuk SFC adalah YSZ (Yttria stabilized zirconia) karena memiliki konduktivitas ionik yang relatif besar dan stabilitas kimia serta termal yang baik (6-9). 69

J. Iptek Nuklir Ganendra Ganendra Journal of Nuclear Science and Technology Vol. 18 No. 2 Juli 2015: 69-75 Untuk dapat diproduksi di Indonesia penggunaan YSZ dipandang tidak ekonomis karena bahan baku Yttria (Y 2 3) untuk stabilizer relatif sedikit dan sulit didapat karena kelimpahannya kecil di Indonesia. Salah satu alternatif elektrolit padat yang baik adalah CSZ (Calcia Stabilized Zirconia) karena Ca yang menjadi stabilizer sangat berlimpah di Indonesia, selain pasir zirkon yang juga banyak tersedia sebagai bahan baku utama lainnya di dalam pembuatan CSZ. Pembuatan elektrolit padat dari CSZ lebih ekonomis dan sekaligus merupakan usaha peningkatan nilai tambah material yang berlimpah di Indonesia. Dibandingkan dengan YSZ, konduktivitas ionik CSZ relatif rebih rendah (10). leh karena itu, konduktivitas ionik CSZ perlu ditingkatkan agar setara atau mendekati konduktivitas ionik YSZ. Salah satu caranya adalah dengan melakukan doping ke dalam CSZ dengan zat tertentu. Dalam hal ini doping dapat dilakukan dengan menggunakan Mg. ksida Mg secara teoritis dapat meningkatkan konduktivitas ionik CSZ, jika dapat diakomodasi di dalam kristal CSZ secara substitusi yang diikuti dengan pembentukan cacat kekosongan oksigen. Makalah ini membahas tentang pengaruh penambahan Mg terhadap konduktivitas ionik CSZ. Serbuk Mg sebagai sumber ion Mg 2+ dicampur dengan serbuk CSZ, dipres, lalu disinter pada suhu 1450 ºC. Konduktivitas ionik pada berbagai konsentrasi Mg diukur dan dibahas dengan menggunakan data analisis XRD dan SEM sebagai pendukung. METDLGI Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan adalah serbuk Mg, Ca, ZrCl 4, akuades, asam sitrat dan HCl. Sementara itu alat yang digunakan adalah gelas beker, hot plate, timbangan analistis, fume hood, tungku kalsinasi, tungku sinter, LCR meter presisi, XRD, dan SEM. Tata Kerja Serbuk Calcia Stabilized Zirconia (CSZ) dibuat dengan menggunakan metode sol gel. Mula-mula serbuk Ca dilarutkan di dalam HCl. Serbuk ZrCl 4 kemudian dilarutkan di dalam akuades. Serbuk Ca yang dilarutkan setara dengan 18% mol dan ZrCl 4 yang dilarutkan setara dengan 82% mol Zr 2. Larutan yang mengandung ion Ca dan Zr kemudian dicampurkan. Ke dalam campuran tersebut dimasukkan sejumlah asam sitrat. Perbandingan mol asam sitrat dan jumlah ion Ca dan Zr adalah 1 : 1. Larutan sol yang terbentuk dipanaskan pada suhu 100 ºC hingga membentuk gel. Gel kemudian dikalsinasi pada suhu 800 ºC selama 3 jam hingga diperoleh serbuk CSZ. Serbuk CSZ dicampur dengan serbuk Magnesium oxide (Mg) dengan konsentrasi Mg sebesar 0; 0,1 dan 0,3% berat dan digerus selama 2 jam. Campuran serbuk kemudian dipres dengan tekanan 4 ton/cm 2 dengan diameter cetakan 8 mm, kemudian disinter pada suhu 1.450 ºC selama 4 jam. Pelet hasil sinter dianalisis dengan menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) untuk melihat struktur kristal dan fase-fase yang terjadi. Struktur mikronya diperiksa dengan alat Scanning Electron Microscape (SEM). Konduktivitas ionik sampel ditentukan melalui pengukuran impedansi menggunakan alat LCR meter presisi pada frekuensi 20 Hz-5MHz suhu 300-700 ºC. HASIL DAN PEMBAHASAN Pola XRD keramik CSZ yang didoping dengan Mg dengan berbagai konsentrasi diperlihatkan oleh Gambar 1, 2, dan 3. Dari gambar terlihat dengan penambahan 0%; 0,1%; dan 0,3% Mg struktur kristal yang terbentuk sama yaitu kubik dengan kisi bravais face center cubic (FCC). rientasi bidang untuk masing-masing puncak intensitas dengan sudut 2 secara berturut-turut adalah (111), (200), (220), (311), dan (222), dengan parameter kisi pada 0%; 0,1%; dan 0,3% masing-masing adalah 5,1339Å, 5,1338Å, dan 5,1336Å. Analisis dilakukan dengan cara membandingkan dengan pola difraksi standar zirkonia kubik dari JCPDS no. Dari pola difraksi juga dapat dilihat bahwa tidak terdapat fase lain kecuali CSZ. Data ini memperlihatkan bahwa keramik yang dibuat memiliki struktur kiristal yang dibutuhkan oleh sebuah elektrolit padat SFC yaitu kubik dan tanpa fase kedua (tambahan). Penambahan Mg tidak mengubah fase karena ion Mg 2+ dari Mg telah masuk ke kisi CSZ secara substitusi atau telah larut padat secara substitusi. Gambar 4, 5, dan 6 adalah gambar struktur mikro pelet CSZ dan CSZ yang didoping Mg. Penambahan Mg telah mengubah struktur mikro pelet CSZ terutama ukuran butirnya. Secara kualitatif, penambahan Mg telah memperbesar butir dan secara kuantitatif, data ukuran butir pelet CSZ yang didoping dengan 0,1% dan 0,3% Mg diperlihatkan pada Tabel 1. Penambahan sebesar 0,1% Mg menyebabkan ukuran butir CSZ berubah dari 2,95 µm menjadi 5,01 µm. Kemudian ketika ditambah dopingnya menjadi 0,3%, ukuran butir berubah menjadi 9,1 µm. Data ini memperlihatkan adanya peran Mg dalam memperbesar ukuran butir. Kehadiran ion Mg 2+ di dalam 70

Pengaruh Doping Mg Terhadap Konduktivitas Ionik Keramik CSZ Untuk Elektrolit Padat SFC kisi zirkonia (CSZ) telah menyebabkan difusi kation menjadi lebih besar yang kemudian mengaktivasi pertumbuhan butir. Pada penelitian ini, nilai optimum dari penambahan Mg dalam memperbesar ukuran butir belum dicapai. Secara teoritis ketika konsentrasi Mg telah melebihi batas kelarutannya, penambahan Mg tidak akan memperbesar butir lagi, dan justru akan memperkecil butir. Gambar 1. Pola difraksi elektrolit padat CSZ tanpa penambahan Mg. Gambar 2. Pola difraksi elektrolit padat CSZ dengan penambahan 0,1% Mg. Gambar 3. Pola difraksi elektrolit padat CSZ dengan penambahan 0,3% Mg. 71

J. Iptek Nuklir Ganendra Ganendra Journal of Nuclear Science and Technology Vol. 18 No. 2 Juli 2015: 69-75 Tabel 1. Ukuran butir pelet CSZ pada berbagai konsentrasi Mg. Konsentrasi Mg (% berat) Ukuran Butir (μm) 0 2,95 0,1 5,01 0,3 9,10 Gambar 4. Struktur Mikro CSZ tanpa doping. Gambar 5. Struktur mikro CSZ yang didoping dengan 0,1% Mg. Gambar 6. Struktur mikro CSZ yang didoping dengan 0,3% Mg. Untuk mengetahui harga konduktivitas ionik elektrolit CSZ pada berbagai konsentrasi Mg, dilakukan perbandingan data konduktivitas ionik yang diambil pada suhu 500 ºC. Pengukuran impedansi dilakukan dengan 72

Pengaruh Doping Mg Terhadap Konduktivitas Ionik Keramik CSZ Untuk Elektrolit Padat SFC menggunakan LCR meter. Hasil pengukuran dengan menggunakan LCR meter pada suhu 500 ºC diperlihatkan pada Gambar 7 berupa cole. Pada sumbu tegak adalah data resistivitas ionik imajiner dan pada sumbu datar adalah resistivitas ionik riil. Tampak bahwa ukuran cole pelet CSZ tanpa doping lebih besar dari pada ukuran cole CSZ dengan doping Mg. Ini memperlihatkan bahwa penambahan Mg telah memperkecil resistivitas ionik pelet CSZ atau memperbesar konduktivitas ionik pelet CSZ. Dua penyebab dari membesarnya konduktivitas ionik pelet CSZ dengan doping Mg adalah pertama, membesarnya ukuran butir dan kedua, bertambahnya cacat kekosongan oksigen. Membesarnya ukuran butir menyebabkan luas penampang efektif untuk lintasan ion oksigen sebagai pembawa muatan menjadi lebih besar karena batas butir yang biasanya menjadi penghambat, berkurang. Selain itu pertambahan kekosongan oksigen menyebabkan jumlah ion oksigen yang dapat melaluinya juga bertambah. Karena jumlah ion oksigen berbanding lurus dengan konduktivitas ionik, maka pertambahan ion oksigen memperbesar konduktivitas ionik. Secara kuantitatif perubahan konduktivitas ionik pelet CSZ dengan berubahnya konsentrasi doping Mg diperlihatkan pada Tabel 2. Bertambahnya kekosongan oksigen akibat doping Mg mengikuti Persamaan (1). Mg Mg '' Mg Zr = ion Mg 2+ yang masuk ke kisi Zr di kisi CSZ, = ion oksigen yang masuk ke kisi oksigen, dan V = cacat kekosongan oksigen bermuatan dua positif. '' Zr V ( 1 ) Gambar 7. Grafik resistivitas ionik imajiner (ρ ) versus resistivitas riil (ρ) elektrolit padat CSZ pada suhu 500 ºC. Tabel 2. Konduktivitas ionik pelet CSZ pada berbagai konsentrasi Mg (suhu 500 ºC). Konsentrasi Mg Konduktivitas Ionik (ms/cm) (% berat) 0 0,017 0,1 0,059 0,3 0,089 Dari nilai konduktivitas yang diperoleh dapat dibuat hubungan antara ln konduktivitas ionik dan 1/T untuk masing-masing sampel hasil pengukuran pada suhu 300 ºC 700 ºC, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Dari data ini dapat diperoleh harga energi aktivasi (Ea). Dasar dari evaluasi tersebut adalah persamaan Arhenious pada Persamaan (2) yang memperlihatkan hubungan antara konduktivitas ionik dan suhu (11,12). / T. Exp Ea kt o / dengan adalah konduktivitas ionic, o adalah konstanta pre-eksponensial, k adalah konstanta Boltzmann, E a adalah energi aktivasi, dan T adalah suhu dalam Kelvin. (2) 73

J. Iptek Nuklir Ganendra Ganendra Journal of Nuclear Science and Technology Vol. 18 No. 2 Juli 2015: 69-75 Dari Gambar 8 dapat dilihat bahwa konduktivitas ionik meningkat dengan meningkatnya suhu pengukuran. Hal ini sebagai konsekuensi bahwa meningkatnya suhu meningkatkan jumlah ion oksigen yang dapat melewati energi aktivasi. Energi aktivasi untuk masing-masing sampel dengan masing-masing kandungan Mg diperlihatkan pada Tabel 3. Energi aktivasi mengecil seiring dengan bertambahnya konsentrasi Mg. Hal ini memperlihatkan bahwa penambahan konsentrasi Mg mempermudah konduksi ion oksigen di dalam pelet CSZ. Terbentuknya kekosongan-kekosongan oksigen memudahkan pergerakan ion-ion oksigen sebagai pembawa muatan. Dengan energi aktivasi yang kecil, konduktivasi ionik menjadi lebih besar pada suhu tertentu. Peristiwa ini terjadi pada elektrolit padat CSZ setelah penambahan atau doping 0,1% Mg dan 0,3% Mg yang memiliki konduktivitas ionik lebih besar dibandingkan dengan elektrolit padat CSZ murni. Pada penelitian ini konsentrasi optimum penambahan Mg belum dicapai. Kemungkinan peningkatan konsentrasi Mg masih dapat meningkatkan konduktivitas ionik CSZ. Dibandingkan dengan konduktivitas ionik CSZ milik Gong, dkk (10) yaitu 0,026 ms/cm, konduktivitas ionik CSZ yang didoping Mg pada penelitian ini juga lebih besar, namun untuk dapat menyamai harga konduktivitas ionik YSZ (0,3 ms/cm pada suhu 500 ºC (12) ) masih diperlukan peningkatan konduktivitas ionik CSZ. Tabel 3. Energi aktivasi pada berbagai konsentrasi Mg. Konsentrasi % Mg Energi Aktivasi (ev) 0 1,347 0,1 1,341 0,3 1,340 Gambar 8. Grafik ln konduktivitas ionik terhadap 1/T untuk CSZ tanpa doping (0% Mg), CSZ didoping 0,1% Mg, dan CSZ didoping 3% Mg. 74

Pengaruh Doping Mg Terhadap Konduktivitas Ionik Keramik CSZ Untuk Elektrolit Padat SFC KESIMPULAN Keramik CSZ murni dan yang didoping Mg hingga 0,3% berat hasil sinter pada suhu 1.450 ºC memiliki struktur kristal kubik, struktur kristal yang dibutuhkan oleh elektrolit padat untuk SFC. Doping Mg ke dalam CSZ telah memperbesar ukuran butir, menurunkan energi aktivasi, dan memperbesar konduktivitas ionik keramik CSZ. Konduktivitas ionik keramik CSZ murni sebesar 0,017 ms/cm meningkat menjadi 0,089 ms/cm dengan doping Mg sebesar 0,3% berat. DAFTAR PUSTAKA 1. G. MATULA, T. JARDIEL, R. JIMENEZ, B LAVENFELD, A. FAREZ, Archive of Mater. Sci. Eng.3291 (2008) 21-25 2. J. H. J, G.M. CHI, Journal of Power Sources180 (2008) 185-190 3. M. LETILLY,. JUBERT, A. LE GAL LA SALLE, J. Power Sources 212 (2012) 161-168 4. S. SHEN, L. GU, H. LIU, Inter. J. Hydro. Energy 38 (2013)1967-1975 5. D. YUNG, A.M. SHUKESINI, R. CUMMIMNS, H. XIA, M. RTTMAYER, T. Reitz, J. Power Sources 184 (2008) 191-196 6. J.H. MYUNG, H.J. K, H.G. PARK, M. H. HWAN, S. H. HYUN, Inter. J. Hydrogen Energy 37 (2012) 498-504 7. A.TARANCN, Energies 2009(2) (2009)1130-1150 8. P. DAHL, I. KAUS, Z. ZHA, M. JHNSSN, M. NYGREN, K. WIIK, T. GRANDE, M.A. EINARSRUD, Ceramics International 33 (2007) 1603 1610 9. S. P. JIANG, Journal of Power Sources 18 (2008) 595 599 10. J. H. GNG, Y. LI, Z. TANG, Y. XIE, Z. ZHANG, Mater. Chem. Phys. 76 (2002) 212-216 11. R.A. MNTALV-LZAN, S.M.MNTEMAYR, K.P. PADMASREE, A.F.FUENTES, J. All. Comp. 525 (2012)184-190 12. D.G. SYARIF, S. SEPRIYANT, ISMUNANDAR, A. A. KRDA, J. Aus. Ceram. Soc. 49(2) (2013) 52 59 75