Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) Pada Elektrolit Terhadap Performa Alkaline Fuel Cell.

(1)

(2)

(SNMI8) 2013

ISBN: 978-602-98109-2-9

R

I

S

E

T

M

U

L

T

I

D

I

S

I

P

L

I

N

U

N

T

U

K

M

E

N

U

N

J

A

N

G

P

E

N

G

E

M

B

A

N

G

A

N

I

N

D

U

S

T

R

I

N

A

S

I

O

N

A

L

Auditorium Gedung M Lantai 8

Universitas Tarumanagara

Jakarta, 14 November 2013

Diterbitkan oleh:

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Tarumanagara

Jl. Let. Jend. S. Parman No. 1 Jakarta 11440

(3)

Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional Jakarta, 14 November 2013

| ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas terlaksananya Seminar Nasional Mesin Industri (SNMI8) 2013 yang berlangsung baik.

Peran Perguruan Tinggi dalam mendorong kemandirian bangsa adalah turut berpartisipasi secara aktif dalam riset dan pengembangan IPTEK serta membangun jejaring dan sinergi antara Akademisi dan Industri.

Dalam rangka untuk memperingati Dies Natalis ke-32 Program Studi Teknik Mesin, dan Dies Natalis ke-8 Program Studi Teknik Industri, Jurusan Teknik Mesin Universitas Tarumanagara menyelenggarakan Seminar Nasional Mesin dan Industri

(SNMI) kedelapan kalinya sebagai sarana komunikasi para dosen, peneliti, dan pakar

ilmiah guna meningkatkan mutu pendidikan dan pembelajaran, penelitian, dan pengembangan IPTEK. Dan, tema dalam SNMI8 2013 ini adalah “Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional”.

Tujuan diadakannya Seminar Nasional Mesin dan Industri 2013 ini, adalah sebagai berikut:

1. Menumbuhkan sikap inovatif, kreatif serta tanggap terhadap perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK).

2. Menjadikan wadah sebagai forum komunikasi hasil penelitian antar Akademisi, Peneliti, Praktisi, Industri, dan Mahasiswa.

3. Menjadikan Sarana untuk menjalin kerjasama atau networking, antar pelaku IPTEK maupun antara pelaku IPTEK dengan pelaku bisnis untuk memacu pengembangan program penelitian lebih lanjut.

Adapun topik seminar bidang Teknik Mesin dan Teknik Industri yang disampaikan dalam kegiatan SNMI8 2013 ini, meliputi: Pengembangan Energi, Konstruksi Mesin, Konversi Energi, Teknik Manufaktur, Mekatronika dan Robotika, Teknologi Material, Perancangan dan Pengembangan Produk, Perancangan Sistem Kerja dan Ergonomi, Manajemen Operasi dan Produksi, Manajemen Kualitas, Logistik & Sistem Transportasi, Manajemen Rantai Pasokan, Optimasi Sistem Industri, dan Kesehatan & Keselamatan Kerja (K3).

Pada SNMI8 2013 ini menampilkan 2 (dua) pembicara kunci yang memiliki kompetensi dalam bidangnya, antara lain:

1. Prof. Dr. Ir. Raldi Artono Koestoer, DEA. (Teknik Mesin Universitas Indonesia, Depok) 2. Prof. Ir. I Nyoman Pujawan, M. Eng., Ph.D., CSCP. (Teknik Industri Institut Teknologi

Sepuluh Nopember, Surabaya)

Selain itu, dalam kegiatan seminar ini juga dipresentasikan sebanyak 77 makalah hasil karya ilmiah Staf Pengajar Teknik Mesin dan Teknik Industri yang berasal dari berbagai Perguruan Tinggi di Indonesia.

Pada kesempatan ini, Panitia SNMI8 2013 menyampaikan permohonan maaf jika selama pelaksanaan seminar ini terdapat kekurangan dan kesalahan. Akhirnya, Panitia mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah mendukung terselenggaranya SNMI VIII 2013 ini dengan baik.

Ketua Panitia SNMI8 2013

(4)

| iii

Sambutan Dekan Fakultas Teknik

Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI8) 2014 Kami, 14 November 2013

Sebagai bagian dari komunitas ilmiah, Dosen wajib terus menerus melaksanakan Tri Dharma Perguruan Tinggi, secara khusus Dharma

kedua yaitu Penelitian dan Publikasi Karya Ilmiah. Karya ilmiah yang berkualitas dan dipublikasikan pada media yang kredibel dapat menambah wawasan bagi para pembaca, memberikan informasi hasil penelitian terkini (state of the art) dan dapat dijadikan acuan bagi penelitian berikutnya.

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara yang terdiri dari 2 (dua) program studi yaitu Teknik Mesin dan Teknik Industri, secara berkelanjutan menyelenggarakan Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI) setiap tahun dan telah memasuki tahun ke VIII pada tahun 2014 ini. Seminar ini merupakan sarana komunikasi yang efektif bagi para dosen, peneliti, pakar, mahasiswa, praktisi dan dunia indutsri untuk bertukan informasi tentang hasil penelitian dan pengembangan yang telah dilaksanakan selama ini. Diharapkan seminar ini dapat memperkaya semua peserta dengan berbagai hasil penelitian terbaru.

Tema SNMI8 2013: “Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional”, sangat relevan dengan kebutuhan saat ini, dimana pengembangan industri nasional sedang mengalami berbagai tantangan dengan masuknya berbagai produk hasil industri dari luar negeri dengan harga yang kompetitif dan kualitas yang baik. Peran dunia pendidikan dengan berbagai hasil riset multidisiplin yang dapat diimplementasikan dalam proses manufaktur, merupakan salah satu cara untuk mengatasi tantangan tersebut.

Pimpinan Fakultas Teknik memberikan apresiasi yang tinggi kepada keynote speaker yang telah berkenan berbagi informasi, pengetahuan dan pengalaman dalam penelitian dan pengembangan teknologi melalui SNMI8 2013. Apresiasi juga disampaikan kepada semua sponsor, panitia pelaksana, dan semua pihak yang telah mendukung terselenggaranya SNMI8 2013 dengan sukses.

Kepada seluruh peserta seminar, selamat berseminar, semoga Bapak Ibu mendapatkan informasi dan pengetahuan baru yang dapat digunakan dalam pengembangan IPTEK di tempat masing-masing. Karya kita sangat ditunggu oleh masyarakat luas sebagai bagian dari upaya untuk meningkatkan kualitas kehidupan bersama.

Selamat berseminar.

Dekan,

(5)

| iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Panitia SNMI8 Tahun 2013 mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah mendukung terselenggarakannya SNMI8 Tahun 2013 dengan baik.

Ucapan terima kasih ini disampaikan kepada:

1. Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara.

2. Program Studi Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara.

(6)

| v

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ii

Sambutan Dekan Fakultas Teknik iii

Ucapan Terima Kasih iv

Daftar Isi v

Susunan Panitia x

Susunan Acara xi

1. Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi

Artono Koestoer 1

2. Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan 7

Bidang Teknik Mesin

1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden 1 2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,

AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana 7 3. Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk

Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih 14 4. Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown

DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra 21 5. Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap

Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto 34 6. Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)

dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P. Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan 42 7. Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit

Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto 49 8. Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,

Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi 60 9. Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media

Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi 67 10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based

On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto 73

11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra

Prasetyo, dan Jamari 83

12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani 90 13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi

Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut 96 14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact

Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil, Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan 102 15. Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack

(7)

| vi 16. Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar dengan Media Radiator pada Mesin Bensin

Bertipe Injeksi Terhadap Unjuk Kerja Mesin, I Gusti Ngurah Putu Tenaya, I Gusti Ketut Sukadana, dan I Gusti Ngurah Bagus Surya Pratama 115 17. Strain-Hardening Baja Karbon AISI 1065 Akibat Beban Gelinding-Gesek, I Made

Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana 124 18. Pengaruh Temperatur Tuang Paduan Perunggu Terhadap Sifat Kekerasannya Pada

Proses Pembuatan Genta Dengan Metoda Pasir Cetak (Sand Casting), I Made Gatot Karohika, I Nym Gde Antara 133 19. Ketahanan Aus Baja Carbon AISI 1065 dengan Pengerasan Permukaan Kontak

(Quench-Hardening) terhadap Beban Gelinding-Luncur, I Made Widiyarta, Tjok Gde Tirta Nindia, I Putu Lokantara, I Made Gatot Karohika dan I Ketut Windu

Segara 141

20. Pengembangan Kurva P-h dalam Pemodelan Elemen Hingga Vickers Indentasi untuk Memprediksi Kekerasan Vickers (HV), I Nyoman Budiarsa 149 21. Studi Profil Temperatur Reaktor Fluidized Bed Pada Gasifikasi Sewage Sludge,

I Nyoman Suprapta Winaya, I Nyoman Adi Subagia, Rukmi Sari Hartati 158 22. Pengaruh Pemasangan Ring Berpenampang Segiempat dengan Posisi Miring

pada Permukaan Silinder terhadap Koefisien Drag, Si Putu Gede Gunawan Tista, Ketut Astawa, Ainul Ghurri 166 23. Pengaruh Perlakuan Diammonium Phosphate (DAP) Terhadap Ketahanan Api

Komposit Plastik Daur Ulang-Serat Alam, I Putu Lokantara, NPG Suardana 173 24. Analisa Pengaruh Viskositas Pelumas terhadap Permukaan Penampang Material

pada Proses Ekstrusi Pengerjaan Dingin, Jhonni Rahman 180 25. Simulasi Numerik Aero-Akustik Aliran Udara Yang Melalui Silinder Pada

Bilangan Reynolds 90000 Menggunakan Model Turbulensi Les Dan Model

Akustik FWH, M. Luthfi, Sugianto 186

26. Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) pada Elektrolit terhadap Performa Alkaline Fuel Cell, Made Sucipta, I Made Suardamana, I Ketut Gede

Sugita, Made Suarda 195

27. Makrostruktur dan Permukaan Patah dalam Uji Tarik terhadap Perlakuan Panas pada Baja Karbon Rendah, Nofriady H. dan Ismet Eka P. 203 28. Model Penentuan Koefisien Serap (Absorbsi) dan Kekuatan Tarik Material

Komposit Epoxy dengan Pengisi Serat Rockwool sebagai Knalpot Rendah Bising Secara Eksperimen, Nurdiana, Zulkifli , Mutya Vonnisa 208 29. Pengaruh Waktu Tahan dan Laju Pemanasan terhadap Besar Butir Austenit dan

Kekerasan pada Proses Heat Treatment Baja HSLA, Richard A.M. Napitupulu, Otto H. S, Charles Manurung, Humisar Sibarani 218 30. Analisa Kualitas Permukaan Baja AISI 4340 terhadap Variasi Arus pada Electrical

Discharge Machining (EDM), Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Ivan Dion 224 31. Rancangan Launcher Roket Air, Suherlan, Dzulfi S Prihartanto, Gede Eka

Lesmana, Yohannes Dewanto 234 32. Analisa Kerja Roket Air Satu Tingkat, Ahmad Hidayat F urqon, Mochammad

Ilham Attharik, Pirnardi, dan I Gede Eka Lesmana 240 33. Analisis Penggunaan Differensial Proteksi pada Motor-Motor Listrik, PLTU

Buatan China, Suryo Busono 247

(8)

| x

PANITIA SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI (SNMI8) 2013

Pelindung : Rektor Universitas Tarumanagara, Prof. Dr. Ir. Roesdiman S.

Penasehat : Dekan Fakultas Teknik, Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT

Penanggung jawab : Ketua Jurusan Teknik Mesin, Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D.

Panitia Pengarah:

Ketua : Prof. Dr. Ir. Eddy S. Siradj, M.Sc

Anggota : a. Prof. Dr. Ir. I Made Kartika D., Dipl.Ing b. Prof. Dr. Ir. Bambang Suryawan, MT c. Prof. Dr. Ir. T. Yuri M. Zagloel d. Prof. Dr. Ir. Dahmir Dahlan

Panitia Pelaksana:

Ketua Wakil Ketua

: Wilson Kosasih, ST., MT Didi Widya Utama, ST., MT

Sekretariat : 1. I Wayan Sukania, ST., MT (Koordinator) 2. Farida Ariyanti, SE

Bendahara : 1. Ir. Sofyan Djamil, M.Si. (Koordinator) 2. Lithrone Laricha S., ST., MT

Seksi Publikasi & Sponsor : 1. Ir. Erwin Siahaan, M.Si (Koordinator) 2. Agus Halim, ST., MT

3. Lina Gozali, ST., MM

Seksi Makalah : 1. Dr. Abrar Riza, ST., MT (Koordinator) 2. Dr. Sobron Yamin Lubis

3. Harto Tanujaya, ST., MT., Ph.D. 4. Dr. Agustinus Purna Irawan, ST., MT 5. Dr. Lamto Widodo, ST., MT

6. Ir. Sofyan Djamil, M.Si 7. Dr. Adianto, M.Sc 8. Ir. Rosehan, MT 9. Endro Wahyono

Seksi Acara & Dokumentasi : 1. Ahmad ST., MT (Koordinator) 2. Marsudi

3. Mahasiswa

Seksi Perlengkapan : 1. Steven Darmawan, ST., MT (Koordinator) 2. Budi Herman

3. Siswanto 4. Kusno Aminoto 5. Heryanto 6. Herman

Seksi Konsumsi : 1. Sulastini, SE (Koordinator) 2. Karyati, SE

Seksi Penerima Tamu : 1. Lithrone Laricha S., ST., MT (koordinator) 2. Mahasiswi (4 orang)

Seksi Keamanan : 1. Desnata Hambali, ST., MT (Koordinator) 2. Agun Gunawan

3. Bachrudin

(9)

TM-27 | 195

PENGARUH KONSENTRASI KALIUM HIDROKSIDA (KOH)

PADA ELEKTROLIT TERHADAP PERFORMA

ALKALINE F UEL CELL

Made Sucipta1,2)*, I Made Suardamana2), I Ketut Gede Sugita1,2), Made Suarda1)

1)

Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana

Kampus Unud, Bukit Jimbaran, Badung. Telp: 0361-703321

2)

Program Magister Teknik Mesin, Universitas Udayana Kampus Unud, Jl. PB Sudirman, Denpasar

* e-mail: m.sucipta@gmail.com

Abstrak

Fuel cell merupa ka n a la t konversi energi ya ng menguba h energi kimia menja di energi listrik mela lui proses pengga bunga n unsur hidrogen da n oksigen menja di a ir da n energi listrik. Pa da penelitian ini tela h dika ji performa nsi Alkaline Fuel Cell (AFC) denga n menggunakan tiga pa sa ng katoda -a noda ya ng tersusun seri ya ng menggunaka n elektr oda sta inless steel keteba lan 0,4 mm denga n permukaa n kusa m (doff) dan kila p, denga n va ria si konsentra si elektrolit kalium hidroksida (KOH) sebesa r 10%, 30%, 50% da n 70%. La ju a lir ma sa hidrogen dan oksigen dija ga konsta n pa da 0.03 kg/s. Lua s pela t stainless steel ya ng digunakan a da lah 6 cm x 9 cm, denga n lua san efektif a dala h sebesa r 4 cm x 7 cm. Ja rak a nta ra katoda dan a noda sebesa r 1 cm, sehingga memberika n ha sil volume elektro lit ya ng digunakan a dala h sebesa r 4 cm x 7 cm x 1 c m. Pa da pengujia n ya ng telah dilakuka n ternyata diperoleh ba hwa sta inless steel ya ng doff ma mpu mengha silkan tega nga n listrik ya ng lebih besar. Sema kin tinggi konsentra si KOH ya ng digunakan ma ka akan sema k in tinggi pula tegangan listrik ya ng diha silka n. Ha l ini berlaku untuk kedua jenis sta inless steel ya ng diteliti. Da la m menca pa i kesta bila n tegangan listrik ya ng diha silkan pa da penelitia n ini diperoleh juga ba hwa suhu elektrolit akan terus menurun. Kesta b ilan tega nga n listrik yang diha silkan pa ling cepat diperoleh pa da konsentra si KOH ya ng rendah (10%), akan tetapi besa rnya tega nga n listrik ya ng diha silkan lebih renda h da ri tega nga n listrik ya ng diha silka n dengan konsentra si KOH sebesa r 70%. Peningka ta n konsentra si KOH juga a ka n ma mpu meningka tka n da ya listrik ya ng diha silka n. Diperoleh juga ba hwa a rus listrik ya ng diperoleh setela h pemberia n beba n pa da penca pa ian kestabila n tega nga n aka n lebih besa r pada sta inless steel ya ng doff diba ndingkan denga n ya ng kila p.

Kata Kunci: Alka line fuel cell, sta inless steel, konsentra si KOH, suhu elektrolit, tega nga n dan a rus listrik

1. Pendahuluan

Kebutuhan manusia akan energi terus meningkat seiring dengan laju pertumbuhan penduduk. Hal ini berdampak pada eksplorasi energi fosil secara besar-besaran untuk memenuhi kebutuhan energi masyarakat, yang pada dasarnya ketersediaannya sudah semakin menipis. Penemuan peralatan pengkonversi energi yang efisien, khususnya energi listrik yang ramah lingkungan, mudah diaplikasikan, fleksibel, sangatlah diperlukan.

Fuel cell merupakan alat pengkonversi energi dimana energi yang diperoleh berasal dari proses elektrokimia yang mengubah reaksi energi kimia menjadi energi listrik [1]. Untuk hal tersebut, fuel cell menggunakan elektrolit sebagai media transfer elektron dan elektroda sebagai media yang melepas dan menyerap elektron. Dalam prosesnya elektrolit tersebut di pisahkan antara unsur Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2) sehingga pada elektroda

terjadi proses pelepasan dan penyerapan elektron akibat pelepasan hidrogen oksigen pada elektrolit.

(10)

TM-27 | 196 material yang memiliki potensi untuk menggantikan penggunaan pelat platina sebagai elektroda dalam pembuatan alkaline fuel cell sederhana [2]. Pada penelitiannya telah digunakan 3 jenis material yang dijadikan pengganti material platina, yaitu seng, stainless steel, dan alumunium dengan media elektrolit KOH sebagai media transfer elektro nnya. Dalam penelitiannya diperoleh bahwa material stainless steel yang mampu menghasilkan tegangan paling baik dan materialnya tidak ikut mengalami reaksi. Akan tetapi ada beberapa tipe/jenis stainless steel yang mempunyai karakter material yang berbeda ya ng tentunya akan sangat mempengaruhi performansi AFC itu sendiri disamping faktor konsentrasi elektrolit yang digunakan. Penelitian lain mengatakan bahwa luasan permukaan yang mengalami reaksi kimia mempengaruhi tegangan listrik yang dihasilkan AFC [3]. Dan untuk mencapai tegangan listrik yang diinginkan banyak sel bahan bakar harus dihubungkan satu dengan lainya secara seri [4].

Maka, berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan tersebut diatas telah dilakukan penelitian dengan menggunakan dua tipe material pelat stainless steel, yaitu permukaan kusam (doff) dan kilap, untuk mengetahui pengaruh penggunaan pelat stainless steel terhadap performa alkaline fuel cell pada berbagai konsentrasi larutan elektrolit.

2. Dasar Teori

Fuel cell adalah sebuah alat elektrokimia yang mirip dengan baterai, tetapi berbeda karena reaktannya dirancang untuk dapat diisi terus menerus, sehingga listrik yang dihasilkan tergantung pada hidrogen dan oksigen yang disediakan dari luar sel. Hal ini berbeda dengan energi internal dari baterai. Sebagai tambahan, elektroda dalam baterai bereaksi dan berganti pada saat baterai diisi atau dibuang energinya, sedangkan elektroda

fuel cell adalah katalitik dan relatif stabil. Reaktan yang biasanya digunakan dalam sebuah

fuel cell adalah hydrogen di sisi anoda dan oksigen di sisi katoda. Biasanya, aliran reaktan mengalir masuk dan produk dari reaktan mengalir keluar. Sehingga operasi jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selama aliran tersebut dapat dijaga kelangsungannya.

Pada asasnya fuel cell adalah sebuah baterai ukuran besar. Prinsip kerja ini berlandaskan reaksi kimia, bahwa pada penggabungan hidrogen dan oksigen, terjadi air dan energi. Dalam hal ini, energi listrik atau:

2H2 + O2 2H2O + Energi listrik (1)

Pada dasarnya sel ini terdiri atas tiga bagian yaitu; sebuah peubah bahan bakar, yang menghasilkan suatu gas yang mengandung banyak hidrogen (H2), kemudian sel

bahan bakar (fuel cell) itu sendiri, yang menghasilkan energi listrik arus searah, dan yang terakhir sebuah inverter yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi listrik arus bolak-balik.

Listrik yang dihasilkan oleh fuel cell dihasilkan berdasarkan dari ukuran area reaksi dimana reaktan (H2 dan O2), elektroda dan elektrolit bertemu. Untuk menghasilkan

permukaan reaksi yang besar biasanya dilakukan dengan memaksimalkan antara permukaan dengan volume fuel cell, dimana biasanya fuel cell dibuat kurus, terdiri dari struktur planar [3].

Fuel cell itu sendiri pada prinsipnya bekerja sebagai kebalikan dari proses elektrolisis. Pada Gambar 2.1 menunjukan prinsip kerja sebuah fuel cell. Sel tersebut terdiri atas sebuah tangki. Dalam tangki itu ada dua dinding, berupa elektroda. Satu dinding bekerja sebagai elektroda bahan bakar, dan sebuah dinding lainnya berfungsi sebagai elektroda udara. Di tengah kedua dinding tersebut terdapat elektrolit, yaitu air dicampur asam. Bahan bakar berupa hidrogen H2 memasuki fuel cell, dan ditampung dalam

ruangan sebelah kiri dinding fuel cell. Sedangkan oksigen O2 dalam bentuk udara

(11)

TM-27 | 197 udara. Kedua elektroda dihubungkan pada jaringan listrik melalui inverter. Diatur bahwa elektroda bahan bakar disambung pada sisi negatif, sedangkan elektroda udara pada sisi positif jaringan. Perlu dikemukakan bahwa elektroda udara adalah katoda dan elektroda bahan bakar adalah anoda.

Dibandingkan dengan baterai, skala daya dan kapasitas dari fuel cell dapat kita sesuaikan. Hal ini dapat dilakukan karena fuel cell memiliki kerapatan energi potensial yang tinggi dibandingkan baterai dan dengan cepat terisi kembali dengan bahan bakar. Sedangkan baterai yang harus dibuang ataupun diisi ulang dengan memerlukan waktu yang lama [3].

Gambar 2.1. Prinsip Kerja Fuel Cell

AFC termasuk memiliki kinerja yang sangat baik pada hidrogen (H2) dan oksigen

(O2) dibandingkan dengan bahan bakar sel kandidat lain karena O2 aktif pada kinetika

elektroda dan fleksibel untuk digunakan pada berbagai electrocatalysts. Berikut merupakan reaksi yang terjadi pada sisi anoda dan katoda dari alkaline fuel cell:

Anoda : H2 + 2OH- 2H2O + 2e- (2)

Katoda : ½ O2 + 2e- + 2H2O 2OH- (3)

Pada alkaline fuel cell disarankan untuk menggunakan hidrogen dan oksigen murni sebagai bahan bakar dan oksidannya karena, mereka tidak mentolerir adanya karbon dioksida [3]. Keberadaan karbon dioksida dalam a lkaline fuel cell menurunkan elektrolit KOH menjadi:

2OH- + CO2 CO32- + H2O (4)

Lama kelamaan, konsentrasi OH- dalam elektrolit akan menurun. Ditambah, K2CO3

akan mengendap di luar elektrolit dan menyebabkan masalah yang signifikan.

Elektrolit adalah larutan yang molekul- molekulnya dapat terurai menjadi ion- ion sehingga dapat berupa asam, basa dan garam. Elektrolit yang biasa digunakan pada

alkaline fuel cell adalah larutan kalium hidroksida (KOH). KOH memiliki konduktivitas

ionic tertinggi dibandingkan komponen hidroksida yang lainnya. Hal tersebut dapat dilihat dari nilai mobilitas untuk ion K+ dibandingkan kation lainnya yaitu Na+ atau Li+. Pada

alkaline fuel cell (AFC) larutan KOH yang digunakan memiliki konsentrasi antara 30% sampai dengan 65% [3].

(12)

TM-27 | 198 bahan bakar (H2), dan elektroda katoda yang berisi oksidan (O2). Untuk fuel cell pada sisi

anoda terjadi Hydrogen Oxidation Reaction (HOR) dan pada sisi katoda terjadi Oxygen Reduction Reaction (ORR) [3].

Selain platinum material pelat stainless steel dapat digunakan sebagai elektroda fuel cell. Stainless steel termasuk kedalam paduan kromium-besi yang diketahui dari ketahanan terhadap korosi. Kemampuan untuk mencegah korosi ini adalah dikarena permukaan lapisan kromium oksida yang terbentuk dengan adanya oksigen. Kebanyakan dari stainless steel juga tahan terhadap atmosfer laut, air tawar, oksidasi pada suhu tinggi dan oksidasi kimia ringan. Beberapa media juga tahan terhadap air garam dan pengikisan. Mereka juga sangat tahan panas, beberapa dapat bertahan pada suhu tinggi [5].

Fuel cell merupakan reaksi kimia yang terjadi dalam suatu cara tertentu sehingga menyebabkan elektron mengalir pada suatu rangkaian listrik. Secara teori reaksi ini terjadi secara isothermal dan reversible. Pada keadaan tenang dan proses aliran yang tenang serta temperatur yang sama dengan ruangan yaitu 25°C (298 K), kerja maksimum, Wrev, dapat

dinyatakan dengan persamaan Gibbs:

Wrev = G2 – G1 (5)

Tegangan yang dapat diukur pada sel ini , V, merupakan hasil perkalian antara arus listrik, I, dan hambatan rangkaian, R.

V = I . R (6)

Sedangkan daya, P, merupakan hasil kali arus yang dihasilkan dengan tegangan yang ada yaitu:

P = V . I (7)

Untuk efisiensi, �, dihitung dari perbandingan daya yang dihasilkan dan kerja maksimum yang mungkin dapat diperoleh secara teoritis, yaitu:

� = ��

� (8)

3. Metode Penelitian

Pada penelitian ini telah dirancang alat alkaline fuel cell dengan menggunakan tiga pasang katoda-anoda yang tersusun seri, dengan ukuran pelat stainless steel yang digunakan adalah sebesar 6 cm x 9 cm, sedangkan tebal pelat adalah sebesar 0,4 mm. Akan tetapi dalam rancangan alatnya karena sebagian pelat tersebut dijepit pada wadah fuell cell, yang terbuat dari acrylic, sehingga luas efektif permukaannya menjadi 4 cm x 7 cm. Untuk volume elektrolit yang bisa ditampung pada pengujian pertama ini adalah 4 cm x 7 cm x 1 cm (jarak antara katoda dan anoda adalah 1 cm).

Pada pengujian ini pula yang diuji pertama adalah perbandingan penggunaan pelat stainless steel doff dan yang mengkilap. Skema rancangannya ditunjukkan pada Gambar 3.1.(a). Sedangkan skema pelat stainless yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 3.1.(b). Foto alat uji yang telah dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Pada awalnya, supply oksigen dan hidrogen pada alat penelitian ini dirancang akan di peroleh dari proses elektrolisis. Namun, pada proses perancangan alat elektrolisis, laju alir masa hidrogen yang dihasilkan sangat rendah sehingga aliran masa hidrogen dan oksigen yang digunakan adalah yang tersedia dipasaran dalam ukuran tabung sedang. Pada pengujian awal ini laju lair masa hidrogen dan oksigen dijaga pada kondisi aliran yang sama yaitu dengan laju alir masa 0,03 kg/s. Untuk larutan elektrolit ya ng telah diuji adalah KOH dengan konsentrasi 10%, 30%, 50% dan 70% pada basis masa.

(13)

TM-27 | 199 10% sampai 70% sesuai dengan prosedur penelitian yang telah dibuat.

(a) (b)

Gambar 3.1. (a) Skema rancangan stack AFC tiga pasang katoda-anoda. (b) Dimensi pelat stainless steel yang dipergunakan dalam penelitian

Gambar 3.2. Prototipe alkaline fuel cell yang diuji pada tahap awal penelitian

4. Hasil dan Pembahasan

Hasil pengujian pada AFC tersebut telah disajikan pada gambar- gambar berikut. Gambar 3.3. menunjukkan perubahan suhu elektrolit selama waktu pengujian yaitu sekitar 40 menit dengan menggunakan stainless steel doff. Pada grafik terlihat bahwa suhu elektrolit KOH sebesar 70% mempunyai suhu yang paling tinggi yang mencapai 91oC pada awal pengujian, sedangkan elektrolit dengan KOH 10% mencapai suhu terendah pada awal pengujian, yaitu sebesar 36oC. Terjadi peningkatan tegangan listrik yang dihasilkan, sedangkan suhu elektrolit menurun pada semua konsentrasi yang diteliti.

(14)

TM-27 | 200 dihasilkan selama pengujian dengan menggunakan elektroda stainless steel tipe doff. Peningkatan tegangan listrik yang dihasilkan menunjukkan kecenderungan yang linier pada semua konsentrasi KOH yang diteliti. Pada KOH 10% kestabilan tegangan listrik yang dihasilkan tercapai lebih awal yaitu pada sekitar 24 menit pertama, disusul kemudian untuk konsentrasi KOH 30%, KOH 50% dan yang terlama mencapai kestabilan adalah pada konsentrasi elektrolit sebesar 70% yaitu mencapai menit ke 32. Tetapi, kestabilan tegangan listrik yang lama ini tergantikan dengan tegangan listrik yang dicapai. Misal, pada elektrolit konsentrasi KOH 70%, tegangan tertinggi dicapai pada level sekitar 41,5 mV, sedangkan pada elektrolit konsentrasi KOH 10% tegangan listrik yang dicapai hanya sekitar 17,1 mV.

Gambar 3.3. Grafik perubahan suhu elektrolit pada interval waktu pengujian dengan menggunakan stainless steel doff

Gambar 3.4. Grafik perubahan tegangan dan arus listrik yang dihasilkan pada interval waktu pengujian dengan menggunakan stainless steel doff

(15)

TM-27 | 201 kecil pula arus listrik yang dihasilkan. Pada pengujian dengan stainless steel doff ini, arus listrik terendah sebesar 3,5 µA diperoleh pada pengujian dengan elektrolit pada konsentrasi KOH 10%.

Seperti sudah diuraikan sebelumnya, pada penelitian ini juga diuji stainless steel dengan ketebalan yang sama (0,4 mm) tetapi dengan permukaan stainless steel yang kilap sebagai pembanding. Kecenderungan perubahan suhu elektrolit selama interval pengujian, perubahan tegangan listrik yang dihasilkan dan arus listrik ya ng dihasilkan saat fuel cell tersebut diberi beban menunjukkan kecenderungan yang sama seperti pada pengujian stainless steel tipe doff. Besarnya perubahan suhu pada masing- masing elektrolit dengan konsentrasi KOH yang bersesuaian dengan pengujian stainless steel doff menunjukkan nilai yang hampir sama, seperti dapat dilhat pada Gambar 3.5, dibandingkan dengan Gambar 3.3.

Gambar 3.5. Grafik perubahan suhu elektrolit pada interval waktu pengujian dengan menggunakan stainless steel kilap

Gambar 3.6. Grafik perubahan tegangan dan arus listrik yang dihasilkan pada interval waktu pengujian dengan menggunakan stainless steel kilap

(16)

TM-27 | 202 yang dihasilkan tercapai pada level sekitar 34,2 mV, dan setelah diberi beban, tegangan listriknya turun mencapai 16,4 mV dan arus listrik yang dihasilkan mencapai 15,7 µA. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 3.6. Masih Pada Gambar yang sama terlihat kestabilan tegangan listrik yang dihasilkan pada elektrolit dengan konsentrasi KOH 10% hanya mencapai 16,8 mV, selanjutnya turun setelah dibebani mencapai 3,6 mV dan arus listrik yang dihasilkan setelah dibebani mencapai 3,2 µA.

5. Kesimpulan

Pada pengujian yang telah dilakukan ternyata diperoleh bahwa adanya perbedaan struktur permukaan stainless steel yang digunakan, yaitu permukaan yang doff (kusam) dan kilap, akan berpengaruh pada tegangan listrik yang dihasilkan. Stainless steel yang doff mampu menghasilkan tegangan listrik yang lebih besar.

Konsentrasi elektrolit juga memegang peranan penting terhadap performa AFC ini. Terbukti dari hasil penelitian diperoleh bahwa semakin tinggi konsentrasi KOH yang digunakan maka akan semakin tinggi pula tegangan listrik yang dihasilkan. Dan hal ini berlaku untuk kedua jenis stainless steel yang diteliti.

Dalam mencapai kestabilan tegangan listrik yang dihasilkan pada penelitian ini diperoleh juga bahwa suhu elektrolit akan terus menurun. Dan perlu dicatat juga bahwa kestabilan tegangan listrik yang dihasilka n paling cepat diperoleh pada konsentrasi KOH yang rendah (10%), akan tetapi besarnya tegangan listrik yang dihasilkan lebih rendah dari tegangan listrik yang dihasilkan dengan konsentrasi KOH sebesar 70%.

Arus listrik yang dihasilkan untuk semua kasus mas ih sangat rendah, sehingga berdampak langsung pada daya listrik yang dihasilkan juga masih rendah. Tetapi perlu dicatat juga bahwa peningkatan konsentrasi KOH juga akan mampu meningkatkan daya listrik yang dihasilkan. Untuk hal yang sama juga diperoleh bahwa arus listrik yang diperoleh setelah pemberian beban pada pencapaian kestabilan tegangan akan lebih besar pada stainless steel yang doff dibandingkan dengan yang kilap.

Ucapan Terima Kasih

Penelitian ini telah didanai oleh LPPM Universitas Udayana melalui skema penelitian hibah desentralisasi, yaitu Penelitian Hibah Bersaing tahun 2013, dengan nomer kontrak : 175.25/UN14.2/PNL.01.03.00/2013, untuk itu kami ucapkan banyak terima kasih atas dukungan hibah pendanaan yang telah diberikan.

Daftar Pustaka

1. EG&G Technical Services, Inc, (2002). F uel Cell Handbook. Sixth Edition. U.S. Department of Energy Office of Fossil Energy National Energy Technology Laboratory, West Virginia.

2. Bagas S, Alda, (2010). Rancang Bangun Alkaline Fuel Cell (AFC) Dengan Elektroda Stainless Steel, Alumunium, Besi, Dan Seng. Tugas Akhir, ITS, Surabaya.

3. O’Hayre, Ryan, et al, (2009). F uel Cell F undamentals. Second Edition. John wiley &

Son’s, New York.

4. Larminie, James & Dick, Andrew, (2003), F uel Cell Systems Explained. Second Edition. John wiley & Son’s ltd, England.