PENGARUH PENAMBAHAN MgO TERHADAP KONDUKTIVITAS IONIK KERAMIK CSZ UNTUK ELEKTROLIT PADAT.

38 

Teks penuh

(1)

PENGARUH PENAMBAHAN MgO TERHADAP KONDUKTIVITAS IONIK KERAMIK CSZ UNTUK ELEKTROLIT PADAT

SKRIPSI

diajukanuntukmemenuhisebagiansyaratuntukmemperolehgelarSarjanaSainsJurusa nPendidikanFisika FPMIPA UPI

Oleh

ENENG HASANAH NIM 0900663

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAMUNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

(2)
(3)

PERNYATAAN

Denganinisayamenyatakanbahwaskripsi yang berjudul “PENGARUH

PENAMBAHAN MgOTERHADAP KONDUKTIVITAS IONIK

KERAMIK CSZ UNTUK ELEKTROLIT PADAT”

inibesertaseluruhisinyaadalahbener-benerkaryasayasendiri.

Sayatidakmelalukanpenjiplakanataupengutipandengancara–cara yang

tidaksesuaidenganetikailmu yang

berlakudalammasyarakatkeilmuan.Ataspernyataantersebut,

sayasiapmenanggungresiko/sanksiapabila di

kemudianhariditemukanadanyapelanggaranetikakeilmuanatauadaklaimdaripih ak lain terhadapkeasliankaryasayaini.

Bandung,Mei 2014 Yang membuatpernyataan

(4)

HalamanHakCipta

= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =

PENGARUH PENAMBAHAN MgO TERHADAP KONDUKTIVITAS IONIK KERAMIK CSZ UNTUK ELEKTROLIT PADAT

Oleh EnengHasanah

Sebuahskripsi yang

diajukanuntukmemenuhisalahsatusyaratmemperolehgelarSarjanaSainspadaFakulta sPendidikanMatematikadanIlmuPengetahuanAlam

© EnengHasanah 2014

UniversitasPendidikan Indonesia Agustus 2014

HakCiptadilindungiundang-undang

(5)

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulissangatmenyadaribahwaterselesaikannyaskripsiinitidaklepasdaribant

uansemuapihak yang

telahturutmendukungdanmembantulangsungataupuntidaklangsung.Olehkarenaitu, padakesempataninipenulisinginmenyampaikanbanyakterimakasihkepada:

1. Bapak Drs. DaniGustamanSyarif, M.Eng, sebagaidosenpembimbing di

BATAN yang telahmemberikan ide

penelitianinidanmemberikanbanyakpertolonga, saran, danmotivasisehinggaskripsiinidapatterselesaikan.

2. Bapak Drs. David Edison, M.Si, sebagaidosenpembimbing di kampus yang selalumemberikanmasukandan saran kepadapenulisdalampenyusunanskripsi. 3. KetuaJurusanPendidikanFisikadanKetua Program StudiFisika UPI.

4. Bapak AhmadAminudin, M.Sisebagaidosenpembimbingakademik di kampus yang telahbanyakmembantupenulisselamakuliah.

5. BapakMuh. Yamin yang telahmemberikanbanyakbantuanselamapenelitian di laboratorium BATAN Bandung.

6. SeluruhDosenJurusanPendidikanFisika yang

telahmemberikanilmuselamaberada di bangkukuliah.

7. AyahandaH.WawanGunawandanIbunda Ai Pipihtercinta, terimakasih yang

takterhinggauntukdo’a, motivasi,

dankasihsayingnyaselamainisehinggaanandadapatmenyelesaikanskripsiini. 8. Adikutercinta Yusuf Abdul Rohim, dan Yoga Al-Farizi yang

mampumenyenangkanhatidanpikiransaatsedih.

9. BibiMimin, Uu Haji azam, Uu haji Supiyah, MangCucu, MangujangdanAaDudi, dedenurul, nenengtasya, miftahparid, nuraeni, titin yang selalumemberikanmotivasi, dansemangatkepadapenulis.

(6)

11.SeluruhSantridanSantria AL- Barokah yang selalumenghiburdanmemberikasemangatketikasedangsedih.

12.TemanSeperjuanganPadilah Muslim yang

selalubersediamembantupenulisselamapenelitian.

13.Temenseperjuangan di batan , Kang Indra, Kang Taufan, Efma, KaJeni, Pipih, Gina, yang selamapenelitianselalumemotivasidanmembantu.

14.Sahabatseperjuangan yang

selalumemotivasipenulisselamapenelitianVidiMoonere, Witra, Rimayana, Mashieta, AiDiyanti, FifyMapalita, Irmalusiana, Kartini, Nashiratunnisa,Lutfiandari,Yoana, Sri Rahayu, WidaLidiawati, Erica, Maria,tetehfitridanseluruhtemanfisika a, b, dan c 2009 yang

tidakbisadisebutkansatu per satu ,

terimakasihataskebersamaannyadancandatawa kalian sehinggadapatmemberikansemangatbagipenulis.

(7)

Motto danPersembahan

“Hidupmemerlukanpengorbananan

Pengorbananmemerlukanperjuangan Perjuanganmemerlukanketabahan Ketabahanmemerlukankeyakinan Keyakinan pula menentukankejayaan

Kejayaan pula akanmenentukankebahagiaan”.

WANITA HEBATitumampumembalutlukahatidenganSABAR MampumeredamamarahdenganISTIGHFAR

MampumenghapusdendamdenganMAAF

Kerjakanlahpekerjaanmudenganniattulusdanpenuhkeiklasan, Makaakankamuterimahasil yang memuas,

Jikakamumengerjakandenganketerpaksaan Makahasilnya pun akanberantakan.

Ku

persembahkanskripsiinibuatayahandadanibuhandasertakeluargabesarkudankampu sUniversitasPendidikan Indonesia.

(8)
(9)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

PENGARUH PENAMBAHAN MgO TERHADAP KONDUKTIVITAS IONIK KERAMIK CSZ UNTUK ELEKTROLIT PADAT

Disusunoleh :EnengHasanah (0900663) PembimbingI : Drs. DaniGustamanSyarif, M.Eng.

PembimbingII : Drs. David Edison Tarigan, M.Si.

ABSTRAK

Telahdilakukanpembuatanelektrolitpadatuntuk Solid Oxide Fuel Cell (SOFC).Elektrolitpadat SOFC dibuatdaribahanCalsia Stabilized Zirconia (CSZ) dan Magnesium Oxide.Kandungan Magnesium Oxide dalam % berat yang bervariasiyaitu 0%, 0.1%, dan 0,3%. Setelahpencampuran, dilakukanpengepresandiikutidenganpensinteranpadasuhu 14500C selama 4

jam.Impedansikeramikhasil sinter

diukurdenganmenggunakanLCRmeteruntukmengetahuikonduktivitasionik.

Strukturkristaldianalisisdenganmenggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) danstrukturmikrodianalisisdenganmenggunakan Scanning Electron Microscope (SEM). Hasilpengujian XRD menunjukkanbahwaelektrolit

CSZ-MgOtidakmengubahstrukturkristal CSZ. Hasil SEM

menunjukkanbahwasemakinbesarkomposisiMgO,

ukuranbutirsemakinbesar..Secarakeseluruhandapatmeningkatkankonduktivitasioni kelektrolitpadat CSZ dari 0,017 mS/cm sampai 0,089 mS/cm.

(10)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

THE EFFECT OF ADDITION MAGNESIUM OXIDE ON IONIC CONDUCTIVITY OF CALSIA STABILIZED ZIRCONIA CERAMIC FOR

SOLID ELECTROLYTE

Disusunoleh :EnengHasanah (0900663) PembimbingI : Drs. DaniGustamanSyarif, M.Eng.

PembimbingII : Drs. David Edison Tarigan, M.Si.

ABSTRACT

Febrication of solid electrolytes for an Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) has been done. The solid electrolyte for the SOFC made of Calcia Stabilized Zirconia (CSZ) and Magnesium Oxide. The concentration of magnesium oxide in weight% at various of 0%, 0,1%, and 0,3%. After mixing CSZ and magnesium oxide, pressing was done followes by sintering at temperature of 14500C for four hour. Impedance of 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-Magnesium oxide electrolyte notchange thecrystalstructure CSZ. The SEM analyses result showed that the higher the concentration magnesium oxide , the larger grain size. Overall can improve ionic conductivity solid electrolyte CSZ of 0.017 mS/cm until 0.089 mS/cm.

Keywords : Solid Electrolyte, CSZ, Magnesium Oxide, Ionic Conductivity,

(11)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu KATA PENGANTAR

Assalamua’alaikumWr.Wb

Alhamdulillahirobbala’lamin, pujidansyukurhanyadipanjatkankepada

ALLAH SWT, atassegalarahmatdankasihsayang yang diberikan-Nya, akhirnyapenulisdapatmenyelesaikanskripsi yang berjudul

PengaruhPenambahanMgOTerhadapKonduktivitasIonikKeramik CSZ

UntukElektrolitPadat”.ShalawatdansalamsemogatercurahkankepadaNabi

Muhammad SAW, para keluarganya yang berimansertaseluruhumatnya yang setiasampaiakhirjaman.

Penyusunanskripsiinimerupakansalahsatusyaratdalammenempuhujiangelar

sarjana di jurusanPendidikanFisika FPMIPA

UPI.Penulismenyadarisepenuhnyabahwadalampenyusunanskripsiiniterdapatkekur angandanjauhdarikesempurnaan, baikdarisisipengetahuan,

maupunkemampuanlainnya yang

dimilikipenulis.Namunberkatbimbingandanpengarahandariberbagaipihak, skripsiiniakhirnyadapatterselesaikan.

Penulisberharapmudah- mudahanskripsiinimenjadiawalkesuksesanbagipenulisdalamnaungankeridhoan-Nya danbermanfaatkhususnyabagipenulis, umumnyabagiseluruhpembaca.

(12)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

(13)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

(14)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN PERNYATAAN

HALAMAN HAK CIPTA UCAPAN TERIMA KASIH MOTO DAN PERSEMBAHAN

(15)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

A. Metode Penelitian... Error! Bookmark not defined. B. Lokasi Penelitian ... Error! Bookmark not defined. C. Waktu Penelitian ... Error! Bookmark not defined. D. Alat yang digunakan ... Error! Bookmark not defined. E. Bahan yang digunakan ... Error! Bookmark not defined. F. Prosedur Penelitian ... Error! Bookmark not defined. G.Alur Pembuatan Keramik ... Error! Bookmark not defined. H.Analisis Struktur Kristal ... Error! Bookmark not defined. I. Analisis Struktur Mikro ... Error! Bookmark not defined. J. Analisis Sifat Listrik... Error! Bookmark not defined. BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... Error! Bookmark not defined.

A. Struktur Kristal ... Error! Bookmark not defined. B. Struktur Mikro ... Error! Bookmark not defined. C. Sifat Listrik ... Error! Bookmark not defined. BAB IV SIMPULAN DAN SARAN ... Error! Bookmark not defined. A. Simpulan ... Error! Bookmark not defined. B. Saran ... Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined. Lampiran

(16)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur kristal ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2 Struktur keramik zirconia ... 6

Gambar 2.3 Struktur kristal calcia ... 7

Gambar 2.4 Konsep SOFC ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.5 Struktur kristal MgO ... 15 Gambar 3.1. Alur Pembuatan Keramik CSZ ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.2 .Alur Pembuatan Keramik CSZ + MgOError! Bookmark not defined. Gambar 4.1 Pola difraksi elektrolit padat CSZ dengan penambahan MgO ... 27 Gambar 4.2 Struktur permukaan patahan elektrolit padat CSZ dengan

penambahan (a) 0% MgO (b) 0,1% MgO (c) 0,3% MgOError! Bookmark not defined. Gambar 4.3 Grafik resistivitas imajiner(ρ’) terhadap resistivitas riil (ρ) elektrolit

(17)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu DAFTAR TABEL

(18)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

(19)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu BAB 1

PENDAHULUAN A. LatarBelakangPenelitian

Pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat maka berbagai kebutuhanpun semakin meningkat pula, termasuk kebutuhan akan energi listrik. Di Indonesia, data dari Direktorat Jenderal Ketenagalistrikan Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral pada tahun 2013 komsumsi listrik 188 TWh, terus meningkat rata 7,8-8% per tahun (DJK KESDM, 2013). Untuk itu diperlukan penambahan energi listrik tersebut.

Indonesia kaya akan sumber energi, namun kapasitas listrik yang terpasang sangatlah rendah jika dibandingkan dengan negara-negara lain (Ruswanti, 2012). Sumberpenyediaenergisepertiminyakbumi, batubara, danlainnyamerupakanbahan-bahan yang tidakdapatdiperbaharui.Hal iniberartiketersediannyasangatterbatas.Olehkarenaituperludicarialternatifsumb erlainuntukmemenuhikebutuhanenergi. Namunbahantersebutdiupayakan yang cukupmelimpah di alamsehinggaekonomissertaramahlingkungan.

Denganadanyapermasalahantersebut, makapemanfaatansolid-oxide fuel

cells (SOFC)

dapatmenjadisalahsatualternatifpemenuhkebutuhanenergilistriksetidaknyamen jadikomplemendarisumberenergilistrik yang telahada, yang diharapkandapatmenghasilkanenergilistrikdenganefisiensitinggi.

Pembangkitenergidenganmenggunakan SOFCinibersih, ramahlingkungankarenatidakmenimbulkankebisingan,

efisiensikonversienergitinggihinggamencapai 80% mampumenyuplaienergilistrikdalamwaktu yang cukup lama, dansecarateoritisbisaberulangterusmenerusselagipersedianbahanbakarmasihad a (Zhuoet al, 2012).SOFC dioperasikanpadasuhutinggiyaitu 8000C-10000C

(Syarifet al, 2013).Suhuoperasi yang tinggidinilaimembutuhkanbiaya yang

(20)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

SOFC memilikitigakomponenpentingyaitu anode, katode, danelektrolit.Elektrolitberfungsimengalirkan ion darikatodeke anode (Wang, 2010).Elektrolitpadatmerupakankomponendalam SOFC yang mempengaruhisuhuoperasinya (StamboulidanTraversa, 2002).Agar dapatdigunakanpada SOFC harusmemilikikonduktivitasionik yang

besar(Rosseinskyet al, 2008).Material yang

berperansebagaielektrolitpadatdiantaranyayttria stabilized zirconia (YSZ)

dancalcia stabilized zirconia (CSZ) (Syarif et al, 2013). Penelitian YSZ

telahdilakukandanmenunjukkanmemilikinilaikonduktivitasionik

yangcukupbesarsebesar 10-1 S/cm padasuhu 10000C (Marques danFiqueiredo, 2013).Namun YSZ memilikihargaproduksitinggi.Untukalasantersebut, makapenelitian lain perludilakukanuntukmenemukanelektrolitpadat yang memilikiharga yang ekonomisdanmelimpahsertamemilikisifatlistrik yang baik.

Penelitianlainmenemukanelektrolitpadatdengankonduktivitasionik yang baikyaitupenelitian CSZ. CSZ merupakanzirconia yang distabilkancalcia

(CaO).Di Indonesia, secaraekonomis CSZ memilikihargaproduksi yang lebihrendahdibandingkan YSZ karenaketersediaanya yang melimpah (Kantor Menteri Negara LingkunganHidup, 1999; Poernomo, 2012). PenelitianCSZ menunjukkanbesarkonduktivitasionik CSZ sebesar 5,2.10-2 S/cm padasuhu

10000C (Dudeket al, 2006).

Peningkatankonduktivitasionikelektrolitpadatdapatdilakukandenganadanyapen

ambahanaditif (Syarifet al, 2013).

Penelitiantelahdilakukandenganpenambahan

La2O3didapatkankonduktivitasionikpadasuhu 5000C sebesar 0,05107 mS/cm dansuhu 10000C sebesar 0,0789 S/cm. Akan tetapi, besarkonduktivitasionik

yang didapatkanrelatifkecildanketersedian La2O3 yang langka (Muslim, 2014). Maka, penelitian lain dilakukanuntukmenemukanaditif yang

(21)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

satunyaadalahMgO.MgOmerupakansenyawaoksida yang melimpahdenganhargaproduksi yang murah (Gores et al 1995).Secarateori,

Mg2+dariMgObersubstitusimengantikan Zr4+pada CSZ menghasilkancacatkekosonganoksigenbermuatan 2+, cacatkekosongandapatmeningkatkankonduktivitasionik

denganvariasikomposisiyaitu 0,1%, dan 0,3% padarentangsuhu 3000 C-7000C.Diharapkandaripenelitianinidapatdiperolehelektrolitdengankonduktivita sionik yang relatifbesar, dandapatmeningkatkankualitaskerja yang baik.

B. RumusanMasalahPenelitian

Rumusanmasalahdalampenelitianiniadalahbagaimanapengaruhpenamb ahanMgOterhadapstrukturkristal, mikro, konduktivitasionik, danenergiaktivasielektrolitpadat CSZ.

C. BatasanMasalahPenelitian

PenambahanMgOdenganvariasikomposisiCSZ :MgOyaitu 100% : 0%,

99,9% : 0,1 %, 99,7% : 0,3 %.

PengujianpengaruhpenambahanMgOterhadapkeramik CSZ dilakukandenganmenggunakan XRD, SEM, dan LCR

meter.Denganmenggunakan LCR meter

akandidapatkanbesarkonduktivitasionik. Dari

(22)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu D. TujuanPenelitian

TujuanpenelitianiniadalahuntukmengetahuipengaruhpenambahanMgOt erhadapstrukturkristal, mikro, konduktivitasionik, danenergiaktivasielektrolitpadat CSZ.

E. ManfaatPenelitian

(23)

17

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu BAB III

METODE PENELITIAN

A. MetodePenelitian

Metode yang digunakanpadapenelitian yang telahdilakukanuntukmengetahuipengaruhpenambahan magnesium oksida

(MgO) terhadapkarakteristiklistrikkeramik CSZ

yaitudenganmetodeeksperimen.

A. LokasiPenelitian

Penelitiandilaksanakan :

Tempat : LaboratoriumFisikaBahan,

PusatTeknologiNuklirBahandanRadiometri - BadanTenagaNuklirNasional (PTNBR-BATAN).

Alamat : Jl. Tamansari No.71, Bandung.

B. WaktuPenelitian

PenelitiandilaksanakanpadabulanJuli-September 2013

C. Alat yang digunakan 1. Penggerus

(24)

18

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu D. Bahan yang digunakan

1. Serbukzirconia (ZrO2) 2. Serbukkalsiumoksida (CaO) 3. SerbukAsamsitrat

4. LarutanAlkohol 5. Larutan NH4OH 6. Larutan HCL 5M 20ml 7. Aquades

8. Serbuk Magnesium Oksida (MgO) 9. Pasta perak

E. ProsedurPenelitian

Prosedurpenelitianinidilakukandenganbeberapatahap, darimulai proses pembuatankeramik CSZ, kemudiandilanjutkandenganpencampurankeramik CSZ yang telahdibuatdenganMgOdalamkonsentrasi yang berbeda-beda. Hasilcampurankeramik CSZ

danMgOkemudiandicetakdalambentukpelet-pelet, setelahitu disinter padasuhu yang

tinggidanterakhirdilakukankarakterisasiterhadapsampel yang telahdibuat. Karakterisasi yang pertamadimulaidarianalisisstrukturkristalkeramik CSZ-MgO,

kemudiandilanjutkandengananalisisstrukturmikrodenganmenggunakanScanni

ng Electron Microscope (SEM) terhadapsampel CSZ-MgO, dan yang

(25)

19

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu F. AlurPembuatanKeramik

1. PembuatanKeramik CSZ

Gambar 3.1.AlurPembuatanKeramik CSZ

AsamSitrat + H2O CaO + HCL ZrCl4

Serbuk CSZ

Larutandenganaquadeshinggamembentuk sol

Pengukuran pH sol danpembentukan gel

(26)

20

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Berikutmerupakansusunanpercobaan yang dilaksanakan:

a. Menimbangserbuk ZrCL4, CaO,

danasamsitratdenganperbandinganmolZrCl4denganCaOadalah 32%:18%.

b. Terlebihdahuluserbukasamsitratdilarutkandalamaquades 200 ml. SelanjutnyaserbukCaOdilarutkandalam HCL 5M 10 ml hinggalarutanberubahmenjadikuning. Setelahitu, masukkankedalamlarutanasamsitrathinggakeduanyatercampur.

Masukan ZrCl4kedalamlarutanasamsitratsecaraperlahan-lahan. Adukhinggamembentuk sol.

c. Selanjutnyapengukuran pH, pH sol

awalnyabernilairendahkarenapengaruhasamsitrat. Untukmenaikkanya, tambahkan NH4OH (basa) hingga pH-nyamencapai 5. Setelahitu, sol dipanaskandengansuhu 1000C hinggamembentuk gel.

d. Setelahterbentuk gel yang berwarnaputih, proses berlanjutmenujukalsinasipadasuhu 8000C selama 3 jam. Hasilnyaterbentuk CSZ yang berwarnaputih. Hasilkalsinasiselanjutnyadigerushinggaterbentukserbuk CSZ.

(27)

21

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

2. PembuatanKeramikCalsia Stabilized Zirkonia (CSZ) yang ditambahkan Magnesium Okisda (MgO)

Serbuk CSZ

SerbukMgO 0%wt, 0,1%wt, dan 0,3%wt

AnalisisStrukturkristal, mikro, dankonduktivitasionik Pencampurandenganalkoh

ol

Penggerusandanpembagiancampurankedalam 5 bagian

Kompaksimembentukpeletdanpenyinter an

Pengamplasanpeletdanpengukuran diameter, tebal, danmassa

(28)

22

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Gambar 3.2 .AlurPembuatanKeramik CSZ + MgO

Berikutmerupakansusunanpercobaan yang dilaksanakan :

1. Menimbangserbuk CSZ danMgOdenganperbandingan % beratberurut-urutadalah 100% : 0%,99,9% : 0,1 %, 99,7% : 0,3 %. Total setiapkomposisi 1,6179 g, denganmasing-masingperbandingan masa CSZ : MgOyaitu 1,6179 g : 0 g, 1,617 g : 0,0009 , dan 1,612913 g : 0.,004988 g. 2.

Mencampurkeduaserbuktersebutmenggunakanalkoholperlahan-lahansampaikering.

3. Mencampurmasing-masingkomposisidengancaramenggerusselama ±2 jam, kemudiansetiapsampeldibagimenjadi 5 sampel, jadijumlahsampel 15. 4. Masing-masingkomposisidikompaksidengantekanan 4,68 ton/cm2

menggunakancetakanpeletberukuran diameter 11 mm kemudian disinter padasuhu 14500C selama 4 jam.

5. Setelahpenyinteran, permukaanpeletakanmenjaditidak rata

akibatpenyusutan volume.

Pelettersebutkemudiandiamplasgunamendapatkanpermukaan yang rata. Denganpermukaan yang rata dapatdiperoleh diameter, tebal yang baik. Ukur diameter, tebal, danmassamasing-masingpelet.

6. Data yang sudahdidapatberupa diameter

(29)

23

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

7. Pelapisanperakbertujuansebagaikontakohmikketikapengukuranimpedansi.

Pelapisandilakukanpadapermukaansalahsatupeletdarimasing-masingkomposisidengan pasta perakmenggunakanteknik screen printing. Setelahselesai, dilanjutkandenganpembakarampadasuhu 6000C selama 5 menit agar pasta perakmengeringdanmenempelpadapermukaanpelet. 8. Pengukuraninibertujuanuntukmemperolehnilaiimpedansi. Beserta data

luaspermukaandanketebalan, akandiperolehnilairesistivitas CSZ. Sehinggadarinilairesistivitasiniakandiperlohnilaikonduktivitasioniknya. 9. Pelettersebutkemudiandianalisis, dilakukanpengukuran,

dandikarakterisasidenganmenggunakananalisis XRD dan SEM. XRD digunakanuntukmenentukanstruktur, orientasibidangpadasetiappuncak-puncakintensitas, parameter kisikristal CSZ. SEM digunakanuntukmengetahuipertumbuhanbutirakibatpenambahanaditif.

G. AnalisisStruktur Kristal

Karakterisasi yang pertama kali dilakukanyaitudengan XRD. Hal inidilakukansupayadapatmengetahui parameter kisidanstrukturkristal. Dari analisistersebutdapatditentukanpengaruhpenambahanMgOterhadapCSZ

.Untukmengetahuinilai parameter

kisidanstrukturkristaldenganfenomenadifraksisinar-X terjadibilamemenuhiaturan (hukum Bragg) :

2d sin Ɵ = � (3.1)

Dimana d adalahjarakantarbidangpendifraksi yang dapatditentukandenganpersamaan:

=

+ +

(30)

24

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

� =

Untukmenentukan Kisi

Bravaisdaristrukturkubikdapatdigunakanaturanseleksidarinilai h2+k2+l2yaitu: SC : 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,16,...

BCC : 2,4,6,8,10,12,14,16,… FCC : 3,4,8,11,12,16,19,20,24,…

Rasiodari � 2Ɵ � 2Ɵ

� dikali bilangan pertama dari aturan seleksi harus mendekati bilangan bulat.Data yang diperoleh berupa sudut 2Ɵ untuk setiap puncak-puncak intensitas. nggunakanScanning Electron Microscopy (SEM). Dari

hasilsemakandigunakanuntukmenganalisispengaruhpenambahanMgOterhada pkonduktivitasionikdilihatdariukuranbutirnyasecarakuantitatifdenganmenggu nakanmetodeheyn (Sukarmin, 2000) :

� = �

�∑� (3.3)

(31)

25

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu L= Panjanggarisuji

v = PembesaranFoto ∑� = Jumlah batas butir yang terpotong

Langkah – langkahuntukmenentukanukuranbutiryaitusebagaiberikut : 1. Buatlahgarisujipadagambardenganperbesaran (v) danpanjangtertentu

(L).

2. Tentukangarisperpotonganantaragarisujidanbatasbutir( ∑Pk). 3. Lanjutkandenganmenghitung rata-rata diameter butir (Lk).

I. AnalisisSifatListrik

Analisissifatlistrikinidilakukanuntukmengetahuinilaikonduktivitasioni kdanenergiativasi. Nilaikonduktivitasionikdihitungdariimpedansi yang terukurmenggunakanalatLCRmeter.Frekuensi yang digunakanrentang 20 Hertz5 MHertzdansuhupemanasandari 7000C-3000C denganpenurunan 1000C.MakaakandilihatpengaruhpenambahanMgOterhadapkonduktivitasionik .

PengaruhpenambahanMgOterhadapkonduktivitasionik

CSZakandihitungdariimpedansi yang terukur.

Konduktivitasmemilikihubungandenganimpedansi yang dirumuskansebagaiberikut (Resnickdan Halliday, 1984) :

�= 1

� (3.4)

Yang mana ρ dapatdirumuskansebagaiberikut:

(32)

26

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Keterangan :

a. Data yang diperolehdaripengukuraniniberupaimpedansi real (Z) danfase (). Z imaginer diperoleh dari perkalian Z real dengan tan .

b. Resistivitas real (ρ) dan imaginer (ρ’)

diperolehdenganmengalikanimpedansi/hambatandenganfaktorluas/teb al (A/l) .Sehinggadiperolehgrafikresistivitas imaginer

terhadapresistivitas real. Nilai ρ yang

diperolehmerupakangrafikhasilperpotongandengansumbu x

menggunakan software Z-View.

Titikpotonginimerupakanresistivitasionikelektrolitpadat.

c. Konduktivitasionikelektrolitpadatmemilikihubungandengansuhu yang

dengan plot dalamsuatugrafik.

Keterkaitanantarakeduabesaraninidiperolehberdasarkanhubungan Arrhenius (Syarifet al, 2013) :

�= �exp - �� (3.6)

d. Berdasarkanrumusan 3.6 ,

(33)

27

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Ln �.

� = - ��

.

Ln .T Ln A = - ��

.

Ln .T = - ��

. + Ln A (3.7)

Denganmembuatgrafikantara Ln .T terhadap 1/T

sehinggaenergiaktivasidapatdiperolehdari gradient �� grafik

(34)

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu BAB IV

SIMPULAN DAN SARAN A. Simpulan

Berdasarkanhasildaripenelitianinidapatdisimpulkanbahwapenambahan 0,1% dan 0,3% MgOtidakmengubahstrukturkristalkubik CSZ, tetapidapatmemperbesarukuranbutir, danmemperkecilenergiaktivasidari

1,347 eV sampai 1,340 eV.

Secarakeseluruhandapatmeningkatkankonduktivitasionikelektrolitpadat CSZ dari0,017 mS/cm sampai 0,089 mS/cmpadasuhu 5000C.

B. Saran

(35)

36

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu DAFTAR PUSTAKA

Barsoum,M. (1996).“ Fundamentals of Ceremics”. United States: The Mc Graw

Hill Companies.

Callister, W. D. 2007.Materials Science and Engineering An Introduction. New

York : John Willey & Sons, Inc.

Carter,C.B. dan Norton, M. G. (2007). Ceremics Materials: Science and

Engineering”.Edition1.Springer.

Chiang, Y. M. Birnie, D. P. Kingery, W.D. (1997). “Physical Ceremics:

Principles for Ceremic Science and Engineering”. The MIT Series In

Materials Science & Engineering. Wiley

Defri, Rafika. 2007. PengaruhReduksiTerhadapKarakteristikKeramik CSZ-Ni

UntukAplikasi Anode SOFC. Bandung: UniversitasPendidikan Indonesia.

DirektoratJendralKetenagalistrikanKementrianEnergidanSumberDaya Mineral (DJK KESDM). 2013. PemerintahTargetkanRasioElektrifikasi. Solo

Dudek, M. et al. 2006.CalsiumZirconate as A Solid Electrolytefor Electrochemical Devices Applied in Metallurgy. Materials Science-Poland. 24, (1), 253-261.

Goodenough, J. B. 1997. Ceremic Solid Electrolytes, Solid State Ionics. 94,17-25.

Gores, H. J. danBarthel, J. M. G. 1995.Nanoqueous Electrolyte Solutions : New

Materials for Devices and Processes Based on Recent Applied Reseach.

Pure & Applied Chermisty. 67, (6), 910-930.

Halliday, D. danResnick, R. 1984.Fisika.EdisiKetiga. Jilid 2.Jakarta :Erlangga

Hassan, A. A. E. Menzler, N. H. Blass,G. Ali, M. E. Buchkremer, H. P. Stover, D.

(2002). “Influence of Alumina Dopant On The Properties of Yttria

Stabilized Zirkonia For SOFC Application”. Journal of Materials

Science.37, 3465-3475.

Indayaningsih, N. Febrianto. E. Y. Sardjono, P.

(36)

37

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

denganAditifYttriadanKarakterisasinya”.JurnalSainsMateriInt\donesia.

171-175.

Kantor Menteri Negara LingkunganHidup. 1999. Kawasan Kars di Indonesia :PotensidanPengelolahaanLingkungannya. Jakarta.

Marques, F.M.B. danFigueiredo, F.M.L. 2013. Electrolytes For Solid Oxide Fuel Cells. WIRes Energy Enuiro. 2, 52-72.

Muccillo, R,.Netto, R. C. B. Dan Muccillo, E. N. S. 2001. Systhesis and

Characterization of Calcia Fully Stabilized Zirconium Solid

ELektrolytes.Materials Letters. 49, 197-201.

Muslim, P. 2014. “PengaruhPenambahan La2O3

TerhadapKonduktivitasIonikKeramik CSZ UntukElektrolitPadat”.Bandung

:UniversitasPendidikan Indonesia.

Qian,.Oganov AR, LyakhovAO (2013) . “SenyawastabildalamsistemMgO di

bawahtekanantinggi" Phys.Chem.Chem.Phys 15:. 7796-7700.

Raharjo, J. 2008. “PerkembanganTeknologi Material

PadaSelbahanbakarpadatsuhuoperasimenengah”.JurnalSains Material

Indonesia Journal of Material Science. 10, (1), 28-34.

Rosseinsky, M. J. et al.2008. Interstitial Oxide Ion Conductivity in the Layered

Tetrahedral Network Melilite Structure.Nature Materials. 7, 498-504.

Ruswanti, E. 2012.PengaruhPenambahan Nickel Oxide (NiO)

TerhadapKonduktivitasIonikKeramikCalsia Stabilized Zirkonia (CSZ)

UntukElektrolit Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Bandung:

UniversitasPendidikan Indonesia.

Septawendar, R, Purwasasmita, B. S. danSutardi, S. 2013. Effect of the Hydrolysis

Catalyst NH4OH on the Preparation of Calcia Stabilized Zirconia with

Sugar as A Masking Agent at Low Temperatures. Journal of the Australia

Ceramic Society.49, (1).101-108.

Smallman, RE.andBioshop, R.J.(2000).”MetalurgiFisik Modern danRekayasa

(37)

38

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Stambouli, A.B. danTranversa, E. 2002.Solid Oxide Fuell Cells (SOFCs): A

Review of An Environmentally Clean and Efficient Source of Energy. Renewanble and Sustainable Energy Reviews. 6, 433-455.

Stouten, H. 2006. CalsciumOxide.Health-Based Recommended Occupational

Exposure Limit. Dutch Expert Committee on Occupational Standards

.8-13.

Sukarmin, M. 2001. PengaruhPenambahan TiO2TerhadapKarakteristikTermistor

ZnFe2O4.Bandung :UniversitasPendidikan Indonesia.

Syarif, D. G. et al. 2010.Systhesisi of 8YSZLSGM Composite Thick Film Ceramics

for Solid Elektrolyte From Nanopowder Utilizing Local Zircon Prepared

Using Sol Gel Process, AIP Conference Proceedings. 1284,46-5

Syarif, D. G. et al. 2013. Effect of LSGM Addition on Electrical Characteristic of

8YSZ CeRAMICZ FOR Solid Electrolyte. Journal of The Australian

Ceramic Society, 49, (2), 52-59.

Taroco, H. A. et al. 2011. Ceremic Materials for Solid Oxide Fuel Cells.Brasil:

Departement of Chemistry, UniversidadeFederak de Minas Gerais

Van, V. L. H. (1995).IlmudanTeknologiBahan (IlmuLogamdanBukanLogam

(TerjemahanSriatiDjaprie) (EdisiKelima) Jakarta: Erlangga.

Vila, J. et al .2007.Temperature Behavior of the Electrical Conductivity of Emim

Based Ionic Liquids in Liquid and Solid

States.PortugaliaeElectrochimicaActa. 25, 163-171.

Winter, A. R. 1999.Basic Solid State Chemistry. New York: John Wiley & Sons,

Inc.

Winter, M. 2012. Calcium Compounds: Calcium Oxide. WebElements[Online].

Tersedia: www.webelements.com/compounds/calsium/calsium_oxide.html [19februari 2014]

Winter,M.2012.ZirconiumCompounds:ZirconiumOxide.WebElements[online].Ter

(38)

39

Eneng Hasanah, 2014

Pengaruh Penambahan M9O Terhadap Konduktor Ionik Keramik C5Z Untuk Elektrolit Padat

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

Winter,M.2012.Magnesiumoxide:Magnesiumoxide:WebElements[online].Tersedi

a:www.webelements.com/compounds/mangnesium/magnesium_oxide.ht ml [19februari 2014]

Wang, X.2010. Ionic Conducting Composite as Electrolyte for Low Temperature

Solid Oxide Fuell Cells.Swedwen: Functional Materials Division, Scholl

of Information and Communication Technology, Royal Institute of Technology.

West, A. R. 1999. Basic Solid State Chemistry. New York: John Wiley & Sons, Inc

Zhang, F. et al. 2007.In Study Of the Crystallization from Amorphous to

CubicZirconium Oxide: Rietvald and Reverse Monte Carlo Analyses.

Cgem. Mater.19,(13),3118-3126

Zuo, C, Liu, dan M. 2012.Solid Oxide Fuel Cells.Atlanta : School of Materials

Figur

Gambar 3.1.AlurPembuatanKeramik CSZ
Gambar 3 1 AlurPembuatanKeramik CSZ . View in document p.25

Referensi

Memperbarui...