PEM Bori

(1)

Laporan Akhir

PEM ELEKTROLISER

N

Naammaa : B: Boorri i AAnnddees s PPuuttrraa N

NPPMM : : 114400331100009900004499 P

Paarrttnneerr : : FFaajjaar r FFaarrhhaann N

NPPMM : : 114400331100009900000088 H

Haarri i / / TTaannggggaall : : SSeellaassaa, , 1 1 NNoovveemmbbeer r 22001111 Waktu

Waktu : : 13.00 13.00 – – 15.0015.00 Asisten :

Asisten :

Laboratorium Fisika Energi

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam

Universitas Padjadjaran

2011

(2)

LEMBAR PENGESAHAN

Nama : Bori Andes Putra NPM : 140310090049 Partner : Fajar Farhan NPM : 140310090008

Hari / Tanggal : Selasa, 1 November 2011 Waktu : 13.00 – 15.00 Asisten : Jatinangor, 7 November 2011 Asisten Laboratorium Nilai

(3)

BAB I

PENDAHULUAN

 Tujuan Percobaan

1. Menentukan tegangan dekomposisi air

2. Menentukan laju produksi hidrogen pada berbagai jenis elektroliser 3. Menentukan efisiensi energi dan efisiensi Faraday

4. Mengamati berbagai pengaruh lingkungan terhadap efisiensi elktroliser

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Hidrogen adalah elemen paling sederhana dari senyawa kimia. Sebuah atom hidrogen terdiri dari hanya satu proton dan satu elektron. Hidrogen juga merupakan elemen yang paling banyak terdapat di alam. Meskipun sebagai elemen paling sederhana dan terbanyak terdapat di alam, hidrogen tidak begitu saja secara alami berbentuk gas, tetapi membentuk senyawa lain seperti air, yang terdiri dari atom hidrogen dan oksigen.

Hidrogen juga banyak ditemukan di bahan-bahan organik, termasuk hidrokarbon yangn membentuk berbagai macam bahan bakar, seperti bensin, gas alam, methanol dan propane. Untuk memisahkan hidrogen dari hidrokarbon, biasanya digunakan panas, sebuah proses yang dikenal sebagai reforming. Saat

ini, hidrogen banyak dibuat dengan cara demikian dari gas alam. Cara lain yang digunakan adalah dengan mengalirkan arus listrik ke dalam air. Cara tersebut

(4)

dinamakan elektrolisa. Bahkan di alam sendiri, dalam kondisi tertentu algae dan bakteri telah memproduksi hidrogen dengan memanfaatkan energi surya.

Dalam sel, reaksi oksidasi reduksi berlangsung dengan spontan, dan energi kimia yang menyertai reaksi kimia diubah menjadi energi listrik. Bila potensial diberikan pada sel dalam arah kebalikan dengan arah potensial sel, reaksi sel yang berkaitan dengan negatif potensial sel akan diinduksi. Dengan kata lain, reaksi yang tidak berlangsung spontan kini diinduksi dengan energi listrik. Proses ini disebut elektrolisis. Pengecasan baterai timbal adalah contoh elektrolisis.

Reaksi total sel Daniell adalah

Zn + Cu2+_{(aq) –> Zn}2+_{(aq) + Cu (10.36)}

Andaikan potensial lebih tinggi dari 1,1 V diberikan pada sel dengan arah kebalikan dari potensial yang dihasilkan sel, reaksi sebaliknya akan berlangsung. Jadi, zink akan mengendap dan tembaga akan mulai larut.

Zn2+(aq) + Cu –> Zn + Cu2+(aq) (10.37)

Gambar 10.6 menunjukkan representasi skematik reaksi kimia yang terjadi bila potensial balik diberikan pada sel Daniell. Bandingkan dengan Gambar 10.2.

(5)

Gambar 10.6 Electrolisis. Reaksi kebalikan dengan yang terjadi pada sel Daniell akan berlangsung. Zink mengendap sementara tembaga akan melarut.

b. Hukum elektrolisis Faraday

Di awal abad ke-19, Faraday menyelidiki hubungan antara jumlah listrik yang mengalir dalam sel dan kuantitas kimia yang berubah di elektroda saat elektrolisis. Ia merangkumkan hasil pengamatannya dalam dua hukum di tahun 1833.

Hukum elektrolisis Faraday

1. Jumlah zat yang dihasilkan di elektroda sebanding dengan jumlah arus listrik yang melalui sel.

2. Bila sejumlah tertentu arus listrik melalui sel, jumlah mol zat yang berubah di elektroda adalah konstan tidak bergantung jenis zat. Misalnya, kuantitas listrik yang diperlukan untuk mengendapkan 1 mol logam monovalen adalah 96 485 C(Coulomb) tidak bergantung pada jenis logamnya.

C (Coulomb) adalah satuan muatan listrik, dan 1 C adalah muatan yang dihasilkan bila arus 1 A (Ampere) mengalir selama 1 s. Tetapan fundamental listrik adalah konstanta Faraday F, 9,65 x104_{C, yang didefinisikan sebgai kuantitas listrik yang}

dibawa oleh 1 mol elektron. Dimungkinkan untuk menghitung kuantitas mol perubahan kimia yang disebabkan oleh aliran arus listrik yang tetap mengalir

untuk rentang waktu tertentu.

Komponen utama sebuah elektroliser, adalah elektrolit dan elekroda. Yang membedakan satu jenis elektroliser dengan yang lainnya adalah elektrolitnya. Pada praktikum ini bahan elektrolit yang kita gunakan adalah Elektroliser PEM (polymer Elektrolite Membrane) adalah jenis elektrolt yang menggunakan polimer sebagai elektrolitenya yang dipadu dengan elektroda-elektrodanya dengan cara yang ringkas. Apabila tegangan DC yang lebih besar dari tegangan dekomposisi air diberikan pada elektrodanya, PEM elektroliser akan memisahkan air murni menjadi oksigen dan hidrogen. Tegangan dekomposisi air menurut perhitungan teoritis adalah 1,23 V. Tegangan ini akan menjadi lebih besar apabila terjadi

(6)

z P F t T I R V ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =

resistansi transisi yang disebabkan oleh berbagai faktor, PEM elektroliser bekerja berdasarkan proses reduksi oksidasi yang terjadi pada elektroda. Dari konsep

tersebut terlihat bahwa satu atom hidrogen memberikan kontribusi satu elektron terhadap arus yang mengalir sehingga hubungan antara arus yang mengalir dengan volume hidrogen yang dihasilkan dapat ditentukan dengan menghitung energi listrik yang digunakan dan jumlah hidrogen yang dihasilkan. Hubungan ini telah dirumuskan dalam hukum faraday tentang elektrolisis yang secara sistematis dinyatakan

(7)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

 Alat Percobaan

1. PEM elektrtoliser 2. Sumber daya variabel 3. 2 buah multimeter 4. Tangki air 5. Tangki Hidrogen 6. Stopwatch 7. Kabel-kabel penghubung  Prosedure Percobaan

1. Menentukan tegangan dekomposisi air

i. Menyusun rangkaian seperti gambar nomor 3 [pada Modul] ii. Mengisi tangki air dengan air deionisasi (aquades murni) iii. Mengisi tangki hidrogen dengan aquades

(8)

iv. Menaikkan tegangan dari 0 sampai maksimum 2 V dengan interval 0,1 V. Mencatat nilai tegangan dan nilai arus dan mengamati tangki hidrogen

2. Menentukan efisiensi energi dan efesiensi Faraday Elelktroliser PEM

i. Menyusun rangkaian seperti pada gambar nomor 3 [pada modul]

ii. Mengisi tangki Hidrogen dengan air sampai penuh (sebelumnya telah membuang terlebih dahulu hidrogen yang tersisa)

iii. Menghubungkan elektroliser dengan sumber tegangan, mencatat penunjukan arus dan tegangan, dalam waktu yang bersamaan memulai mengukur waktu yang dibutuhkan

elektroliser untuk menghasilkan sejumlah Hidrogen, misal setiap satu trip pada tangki hidrogen (5 cm³)

iv. Melanjutkan pengukuran dengan mencatat waktu, arus dan tegangan setiapkali dihasilkan sejumlah Hidrogen yang sama sampai tangki hidrogen penuh

v. Mengulangi pengukuran dengan dua nilai tegangan elektroda yang berbeda (tidak lebih dari 2 V)

(9)

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

 Tabel Data dan Analisa 1. Percobaan 1: V(V) I(m A) Gelembu ng 1.36 0.01 ada 1.4 0.01 ada 1.5 0.01 ada 1.6 0.04 ada 1.7 0.06 ada 1.8 0.06 ada 1.9 0.07 ada 2 0.11 ada

Analisa: dari data percobaan satu dapat dianalisa bahwa pada tegangan 1.36 Volt sudah terbentuk pemisahan hidrogen dan oksigen pada elektroser, ini diindikasikan dengan adanya gelembung hidrogen yang terbentuk. 2. Percobaan 2: V(volt ) I(m A) t(dt) V(m l) 1.6 0.04 515 5 1.6 0.04 1290 10 1.7 0.06 1650 15

(10)

1.8 0.06 2120 20 1.9 0.07 2330 25 2 0.1 2550 30

Analisa: Semakin besar tegangan yang dimasukkan kedalam elektroliser maka pembentukan hidrogennya semakin cepat.

 Tugas Praktikum

1. Membuat kurva karakteristik I-V elektroliser dari hasil pengukuran (1) diatas. Dari kurva tersebut tentukan tegangan dekomosisi air

Tegangan dekomposisi air pada pecobaan ini adalah 1.3 Volt, karena pada tegangan 1.3 Volt tersebut sudah terbentuk

(11)

2. Membandingkan hasil yang diperoleh dengan hasil referensi, berikan pembahasan terhadap hasil yang diperoleh

Tegangan dekomposisi air pada Literatur adalah 1,23 Volt. Dari data yang didapatkan jika dibandingkan dengan hasil literatur cukup pas, namun sayangnya praktikan tidak mendapatkan data pada tegangan 1,23 Volt atau dibawahnya agar bisa menentukan lebih akurat tegangan dekomposisi air pada elektroliser.

3. Membuat kurva volume Hidrogen yang dihasilkan terhadap waktu untuk setiap nilai tegangan yang diberikan, hitung laju produksi hidrogen masing-masing:

(12)

Pada percobaan kedua praktikan tidak mengambil semua data yang dibutuhkan, karena keterbatasan waktu. Hanya saja dari data yang didapatkan praktikan dapat memberikan analisa bahwa semakin besar tegangan yang dimasukkan maka pembentukan atom hidrogen juga semakin cepat, hal ini diindikasikan oleh nilai waktu yang semakin kecil pada tegangan yang lebih besar.

4. Hitung efisiensienergi dan efisiensi faraday elektroliser dari setiap data yangdiperoleh.

ȵ faraday = VH ₂(Hasil)

VH ₂(Hitung)

Tabel Pengolahan data: V(volt ) I(m A) V(m l) H2 O2 Vp(m3) Vp(cm3) Eff Faraday 1.6 0.04 5 2 4 1.03393E-06 1.0339293 76 20.67858 752 1.6 0.04 10 2 4 2.58984E-06 2.5898425 15 25.89842 515 1.7 0.06 15 2 4 4.96888E-06 4.9688838 94 33.12589 263

(13)

1.8 0.06 20 2 4 6.38426E-06 6.3842629 43 31.92131 471 1.9 0.07 25 2 4 8.18611E-06 8.1861107 39 32.74444 295 2 0.1 30 2 4 1.27986E-05 12.798640 33 42.66213 444

(14)

BAB V

ANALISA DAN KESIMPULAN

 Analisa

o Semakin besar tegangan yang diberikan, semakin banyak gelembung

udara (hidrogen) yang muncul. Hal ini disebabkan telah terjadi reaksi oksidasi reduksi yang menyebabkan reaksi kimia diubah menjadi energi listrik. Dilihat dari grafik ternyata perubahan volume terhadap waktu berbanding lurus sehingga menghasilkan grafik yang linier. Apabila semakin lama proses elektrolisisnya, semakin banyak pula hidrogen yang masuk kedalam gelas penampung.

o Tegangan dekomposisi air didapat pada tegangan 1,3V. padahal dalam

literatur 1,23 V. hal ini terjadi karena tidak ada diambil sebelumnya pada tegangan dibawah 1,3 Volt. Tapi dari data yang didapat cukup

sesuai dengan hasil literatur

(15)

o Tegangan dekomposisi air didapat pada tegangan 1,3 V. padahal dalam

literatur 1,23 V

o Laju produksi hidrogen bergantung kepada besarnya tegangan yang

diberikan, semakin besar nilai tegangan maka pembentukan atom hidrogen akan semakin cepat

o Efisiensi faraday yang didapat sangat besar. Berkisar hingga 20 – 42

%, atau rata-rata sekitar 31 %.

BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

¤ Mulyana, Cukup. 2011. Diktat Praktikum Fisika Energi. Jatinangor:

Laboratorium Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran