PROPOSAL PENELITIAN UNGGULAN DANA LOKAL ITS TAHUN 2020

(1)

i

PROPOSAL

PENELITIAN UNGGULAN

DANA LOKAL ITS TAHUN 2020

JUDUL PENELITIAN:

FABRIKASI MEMBRAN KOMPOSIT BERBASIS NANO

SELULOSA DAN MATERIAL ANORGANIK ASAM

FOSFOTUNGSTAT TERMODIFIKASI UNTUK APLIKASI

SEL BAHAN BAKAR (FUEL CELL)

Tim Peneliti:

Ketua: Drs. Lukman Atmaja, M.Si., Ph. D. (Kimia/FSAD/ITS)

Anggota 1: Dr. Drs. Djoko Hartanto, M.Si. (Kimia/FSAD/ITS)

Anggota 2: Dr. Bambang Sudarmanta, S.T., M.T. (Teknik Mesin/FTIRS/ITS)

DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

(2)

ii

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ... ii DAFTAR TABEL ... iv DAFTAR GAMBAR ... iv DAFTAR LAMPIRAN ... iv BAB I. RINGKASAN ... 1

BAB II. Pendahuluan ... 3

2.1 Latar Belakang ... 3

2.2 Perumusan Masalah ... 6

2.3 Tujuan Khusus ... 6

2.5 Target Luaran ... 7

2.5.1 Publikasi ... 7

BAB III. TINJAUAN PUSTAKA ... 8

3.1 Sel Bahan Bakar (Fuel Cell) ... 8

3.2 Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) ... 9

3.3 Mekanisme Transport Proton pada PEM... 10

3.4 Polymer Electrolyte Membrane (PEM) pada Sel Bahan Bakar ... 12

3.5 Membran Komposit ... 14

3.6 Selulosa sebagai Matriks Organik Membran... 15

3.7 Asam Fosfotungstat sebagai Filler Anorganik ... 17

3.8 Imidazol sebagai Filler Aditif ... 19

3.9 Roadmap Penelitian ... 20

BAB IV. METODE ... 23

4.1. Alat dan Bahan ... 23

4.1.1. Alat ... 23

(3)

iii

4.2. Prosedur Penelitian ... 23

4.2.1. Ekstraksi Nanoselulosa dan Preparasi membran nanoselulosa/PTA ... 23

4.2.2. Fabrikasi dan Optimasi kinerja membran komposit NC-Imidazol/mPTA ... 24

4.2.3 Karakterisasi ... 25

4.3. Skema Kerja Penelitian ... 28

4.4. Organisasi Tim ... 30

4.4.1 Ketua dan Anggota ... 30

3.4.2 Mahasiswa ... 31

BAB V. JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA ... 32

5.1 Jadwal Penelitian Tahun Pertama ... 32

5.2 Jadwal Penelitian Tahun Kedua ... 33

5.3 Rancangan Anggaran Biaya ... 34

5.3.1 Pembelian Bahan Habis Pakai... 34

5.3.2 Honorarium ... 35

5.3.3 Perjalanan ... 36

5.3.4 Sewa ... 36

5.3.5 Total Anggaran ... 37

BAB VI. DAFTAR PUSTAKA ... 38

(4)

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1. Luaran kegiatan penelitian unggulan ... 7

Tabel 3. 1. Konduktivitas proton membran berbasis selulosa ... 17

Tabel 3. 2. Nilai konduktivitas proton dari membran terfungsionalisasi asam fosfotungstat. ... 19

Tabel 3. 3. Road Map Penelitian Pusat Penelitian Material Maju dan Teknologi Nano ... 21

Tabel 4. 1. Deskripsi Uraian Tugas Ketua dan Anggota Peneliti ... 30

Tabel 4. 2. Deskripsi Uraian Tugas Mahasiswa ... 31

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3. 1. Skema kerja dari DMFC (Ye dkk., 2012). ... 10

Gambar 3. 2. Skema perpindahan proton melalui proton hopping atau mekanisme Grotthuss (D. J. Kim dkk., 2015). ... 11

Gambar 3. 3. Skema mekanisme vehicular (Peighambardoust dkk., 2010)... 12

Gambar 3. 4. Klasifikasi Membran (Awang dkk., 2015). ... 14

Gambar 3. 5. Pengaruh penambahan aditif pada jaringan membran. Diambil dari (Decker dkk., 2010) ... 15

Gambar 3. 6. a) Struktur selubiosa dan ikatan hidrogen intramolekuler (garis putus-putus), b) mikrofibril selulosa beserta daerah kristalin dan amorf. (Moon dkk., 2011). ... 16

Gambar 3. 7. Illustrasi ball-and-stick dan polihedral Asam Fosfotungstat (Wilson, 2010). ... 18

Gambar 3. 8. Skema penelitian dalam 5 tahun terakhir ... 22

Gambar 4. 1. Skema Kerja Penelitian ... 28

Gambar 4. 2. Skema Kerja Penelitian Pertahun ... 29

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Biodata Peneliti ... 42

1. Ketua Peneliti ... 42

2. Anggota 1 ... 43

3. Anggota 2 ... 44

(5)

1

BAB I. RINGKASAN

Sel bahan bakar merupakan sel elektrokimia yang dapat mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik melalui reaksi reduksi-oksidasi (redoks) dan telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir sebagai alternatif yang menjanjikan untuk menghasilkan energi listrik ramah lingkungan. Sel bahan bakar memiliki kelebihan dalam tingkat efisiensi yang tinggi (>80% untuk konversi listrik) dan ramah lingkungan (tingkat reduksi polusi 90%) sehingga tidak menimbulkan dampak lain seperti polusi udara dan pemanasan global.

Terdapat beberapa macam sel bahan bakar (fuel cell) berdasarkan jenis elektrolit yang digunakan. Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) merupakan salah satu jenis sel bahan bakar yang menggunakan metanol dan air sebagai bahan bakarnya. Dalam DMFC terdapat beberapa komponen penting salah satunya adalah membran elektrolit. Parameter-parameter membran elektrolit untuk DMFC adalah memiliki nilai konduktivitas proton dan selektivitas yang tinggi, permeabilitas metanol rendah, memiliki ketahanan termal dan mekanik yang baik, menghasilkan energi listrik yang tinggi, dan mudah difabrikasi (Zhang dan Shen, 2012). Membran polielektrolit komersil yang digunakan untuk sel bahan bakar adalah Nafion yang berbasis asam perflourosulfonat. Membran ini diaplikasikan untuk sel bahan bakar karena memiliki nilai konduktivitas proton yang tinggi. Namun, kinerja membran Nafion akan semakin menurun seiring dengan kenaikan suhu operasi termasuk penurunan nilai konduktivitas proton dan permeasi metanol yang besar. Dengan adanya beberapa kekurangan dari membran Nafion, alternatif-alternatif membran polielektrolit lain terus dikembangkan.

Membran elektrolit berbasis polimer yang memiliki kinerja yang baik dalam suhu tinggi merupakan salah satu langkah untuk mengembangkan membran elektrolit untuk sel bahan bakar. Membran yang digunakan untuk aplikasi sel bahan bakar minimal memiliki konduktivitas proton yang tinggi dan permeabilitas metanol rendah. Material nano yang berasal dari bahan alam dapat digunakan sebagai starting material untuk fabrikasi membran komposit sehingga struktur nano yang dimiliki oleh membran dapat memperkecil nilai permeabilitas metanolnya. Dalam usulan penelitian ini, material nano selulosa sebagai matriks polimer dan material anorganik tahan panas sebagai filler akan diinkoporasikan untuk membentuk membran komposit berkinerja tinggi. Membran komposit akan difabrikasi dengan metode paling mutakhir dan kondisi-kondisi optimum tertentu, serta dilakukan modifikasi terhadap matriks polimer nano selulosa maupun filler anorganik. Sinergi antara dua modifikasi tersebut menjadi satu sistem dalam membran komposit merupakan langkah alternatif dan

(6)

2

terobosan dalam mengembangkan membran sel bahan bakar yang akan dieksplorasi secara rinci.

Penggunaan material nano dan filler anorganik termodifikasi untuk membran sel bahan bakar sangat terbatas. Selulosa yang dibentuk menjadi nano selulosa dan dimodifikasi dengan senyawa organik lain seperti imidazole dapat memberikan dampak yang signifikan terhadap kinerja membran karena imidazole cenderung memiliki banyak pasangan elektron bebas yang digunakan sebagai lintasan proton. Di sisi lain, material anorganik asam fosfotungstat juga banyak digunakan sebagai filler. Namun, modifikasi terhadap pori asam fosfotungstat sangat terbatas digunakan dalam sel bahan bakar. Keterlibatan imidazole dalam nano selulosa dan bentuk pori asam fosfotungstat terutama bentuk pori meso dapat mempengaruhi kinerja suatu material. Oleh karena itu, pengaruh imidazole dalam nano selulosa dan asam fosfotungstat bentuk mesopori akan diperiksa secara detail pada penelitian ini. Penelitian ini dibagi menjadi dua tahap yaitu (1) inkorporasi antara nano selulosa dengan asam fosfotungstat, dan (2) nano selulosa termodifikasi imidazole yang diinkorporasikan dengan mesopori asam fosfotungstat. Pada akhir penelitian, kedua hasil tersebut akan dilakukan verifikasi energi listrik dengan

single cell test yang akan dilakukan di Universiti Teknologi Malaysia (UTM), Johor Bahru.

Secara garis besar, membran yang telah difabrikasi akan dilakukan tiga tahap karakterisasi yaitu karakterisasi mengenai sifat-sifat starting material membrannya (meliputi morfologi dan pori, sifat ketahanan termal, bentuk fasa dan kristalnya), sifat-sifat membran yang berkaitan dengan kinerjanya sebagai sel bahan bakar (meliputi konduktivitas proton, permeabilitas metanol, selektivitas, water dan methanol uptake), dan konfirmasi energi listrik dengan DMFC single cell test. Semua rangkaian penelitian akan dilakukan selama 2 tahun yang melibatkan 2 mahasiswa S2. Luaran yang ditargetkan meliputi 2 seminar internasional (Regional Congress on Membrane Technology 2020, Kuala Lumpur, Malaysia), 2 buku tesis, 1 jurnal intenasional terindeks Scopus Q1 (Journal of Power Sources), 1 jurnal internasional terindeks Scopus Q2 (Journal of Membrane Science and Research), dan 1 paten.

(7)

3

BAB II. Pendahuluan

2.1 Latar Belakang

Konsumsi energi dunia diperkirakan akan tetap meningkat hingga 56% pada tahun 2040. Fenomena tersebut disebabkan oleh urbanisasi, pertumbuhan penduduk yang tidak terkontrol, dan perkembangan industri yang semakin maju dapat mengkonsumsi energi semakin banyak terutama konsumsi bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil meliputi minyak bumi, gas alam, dan batu bara masih menjadi pilihan terbaik di abad 20 dan 21 dibandingkan dengan bahan bakar lain. Hal tersebut telah tercatat di tahun 2013 bahwa produksi bahan bakar fosil mencapai 87% dari total jenis bahan bakar yang diproduksi seluruh dunia. Namun, bahan bakar fosil menimbulkan dampak negatif terhadap kesehatan manusia dan lingkungan (Pourzare dkk., 2016). Hal ini didukung dengan data dari Intergovernmental Panel on Climate

Change (IPCC) tahun 2007, bahwa dampak yang dihasilkan dari penggunaan bahan bakar fosil

sangat mempengaruhi lingkungan salah satunya adalah emisi gas karbon monoksida dan dioksida sehingga suhu permukaan bumi meningkat 1,7 °C tiap tahun hingga 2100. Dalam mengatasi permasalahan tersebut, beberapa alternatif telah diajukan sebagai pengganti bahan bakar fosil salah satunya adalah sel bahan bakar.

Sel bahan bakar telah menarik perhatian kalangan ilmuwan dalam beberapa tahun terakhir karena mampu menjadi alternatif untuk menghasilkan energi listrik yang bersih, efisien, dan dapat diaplikasikan dalam beberapa bidang seperti transportasi listrik, peralatan listrik rumah tangga dan portable (Lufrano dkk., 2008). Secara umum, prinsip kerja sel bahan bakar menggunakan prinsip elektrokimia yang dapat mengkonversi zat-zat kimia menjadi listrik melalui reaksi reduksi-oksidasi (redoks). Terdapat beberapa jenis sel bahan bakar berdasarkan jenis elektrolit yang digunakan diantaranya proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), direct methanol fuel cell (DMFC), molten carbonate fuel cell (MCFC), solid oxide

fuel cell (SOFC), alkaline fuel cell (AFC), phosporic acid fuel cell (PAFC), dan microbial fuel cell (MFC).

DMFC saat ini dikembangkan di seluruh dunia dan berkembang pesat. Hal ini disebabkan karena kelebihan-kelebihan yang dimiliki oleh DMFC salah satunya adalah menggunakan bahan bakar yang ramah lingkungan dan dapat diperbarui yaitu metanol dan air. Di sisi lain, DMFC memiliki karakteristik yang unik seperti mudah dioperasikan, menghasilkan densitas daya yang tinggi, dan dapat dimodifikasi menjadi peralatan portable. Dalam komponen DMFC terdiri atas beberapa macam komponen diantaranya yaitu bagian anoda dan katoda, lapisan difusi gas (GDL), lapisan katalis yang mengandung Pt/Ru dan Pt/C,

(8)

4

serta membran polielektrolit (Wang dkk., 2015). Membran polielektrolit merupakan salah satu komponen yang memegang peranan penting dalam DMFC untuk menghasilkan energi listrik. Membran polielektrolit ini berfungsi sebagai transfer proton dalam DMFC. Secara komersial, membran polielektrolit yang digunakan dalam DMFC adalah membran Nafion yang pertama kali dikomersialisasikan oleh DuPont Co. Secara umum, Nafion memiliki beberapa sifat diantaranya yaitu konduktivitas proton dan kekuatan mekanik yang tinggi. Namun, kinerja membran Nafion akan semakin menurun seiring dengan kenaikan suhu. Konduktivitas proton akan mengalami penurunan sedangkan nilai permeabilitas metanol menjadi lebih tinggi. Beberapa parameter yang perlu diperhatikan dalam mengembangkan material membran baru untuk menggantikan Nafion yaitu membran yang memiliki konduktivitas proton dan selektivitas yang tinggi, permeabilitas metanol rendah, memiliki ketahanan termal yang baik, menghasilkan energi listrik yang tinggi, mudah difabrikasi, dan ramah lingkungan (Zhang dan Shen, 2012).

Biopolimer merupakan salah satu material yang dikembangkan untuk membran polielektrolit sel bahan bakar. Beberapa biopolimer telah banyak dilaporkan untuk membran sel bahan bakar salah satunya adalah selulosa. Selulosa merupakan polisakarida yang paling banyak di alam. Struktur selulosa disusun oleh glukosa-glukosa yang terikat melalui ikatan β-1,4 glikosida. Selulosa merupakan material yang murah, ramah lingkungan, memiliki kelarutan yang rendah, dan tahan terhadap hidrolisis. Selulosa dibagi menjadi beberapa macam berdasarkan strukturnya yaitu mikro selulosa (MC), selulosa mikrofiber (CMF), selulosa nanofibril (CNF), dan nano selulosa (NC) (Jankowska dkk., 2020). Penggunaan material nano yang memiliki ukuran partikel 10-1000 nm berpotensi dalam meningkatkan kekuatan mekanik dan termal membran komposit. Selain itu, material nano juga mampu mengurangi nilai permeabilitas metanol dalam membran polielektrolit (Ni dkk., 2018). Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Ni dkk. (2016), NC yang digabungkan dengan poli-arileterketon (PAEK) dapat meningkatkan nilai konduktivitas dari PAEK menjadi 234 mS.cm-1 dengan degradasi termal pada 343 °C dan kekuatan tarik sebesar 27,6 MPa. Selain itu, NC ketika digabungkan dengan PEEKK (poli-etereterketonketon) juga dapat meningkatkan nilai konduktivitas menjadi 245 mS.cm-1 (Ni dkk., 2017). Penggunaan material CNF sebagai material blending untuk poli-etersulfon (PES) tersulfonasi dapat menurunkan nilai permeabilitas metanol menjadi 4,45×10-7 cm2.s-1 dengan konduktivitas proton dan permeabilitas metanol dari Nafion 117 masing-masing adalah 95,2 mS.cm-1 dan 1,21×10-6 cm2.s-1 (Xue dkk., 2015; Muthumeenal dkk., 2016; Xu dkk., 2018).

(9)

5

Material organik heterosiklik seperti imidazole memiliki sifat yang baik dalam menghantarkan proton karena adanya pasangan elektron bebas yang dapat digunakan sebagai lintasan proton dalam membran polielektrolit. Imidazole mampu membentuk ikatan hidrogen dengan matriks polimer yang digunakan. Kelebihan lain dari imidazole adalah memiliki titik didih lebih tinggi dibandingkan dengan air, dan bersifat amfoter. Sehingga, mampu menggantikan peranan air dalam proses transfer proton dan menjadikan membran komposit dapat menghantarkan proton dalam keadaan tidak terhidrasi (Tritt-Goc dkk., 2019; Jankowska dkk., 2020). Penelitian yang dilakukan oleh Malinowski dkk. (2015) menunjukkan hasil yang signifikan terhadap nilai densitas daya dari material Nafion-polibenzimidazole yang terfungsionalisasi oleh imidazole. Nilai densitas daya yang diperoleh adalah 124 mW.cm-2 pada densitas arus 347 mA.cm-2 dan terdegradasi pada suhu 414 °C. Pada matriks poli-benzimidazole (PBI) dengan filler imidazole termodifikasi silika diperoleh nilai konduktivitas proton sebesar 45 mS.cm-1 dibandingkan dengan filler asam fosfat termodifikasi silika yang memiliki nilai konduktivitas proton sebesar 3,5 mS.cm-1 (Wong dkk., 2019). Penggunaan imidazole untuk fungsionalisasi matriks NC juga memberikan kenaikan signifikan dalam nilai konduktivitas proton dengan nilai konduktivitas sebesar 400 mS.cm-1 (Tritt-Goc dkk., 2019). Fenomena ini menjelaskan bahwa penambahan imidazole dapat meningkatkan kinerja dari membran polielektrolit untuk sel bahan bakar.

Asam heteropoli (HPA) merupakan asam Bronsted kuat yang dapat bertindak sebagai donor proton. Diantara beberapa HPA, asam fosfotungstat (PTA) memiliki tingkat kestabilan dan keasaman yang tinggi. PTA merupakan jenis HPA yang memiliki struktur 1 atom fosfor yang dikelilingi oleh tungsten oksida. Bilangan oksidasi yang tinggi dan reduksi yang terjadi dari tungsten dalam PTA dapat menghasilkan energi yang tinggi. Namun, PTA memiliki luas permukaan yang kecil dan larut dalam pelarut organik. Beberapa usaha dilakukan untuk memperluas permukaan PTA dengan menambahkan support material berupa MCM-41 atau silika. PTA dapat mengalami leaching apabila support yang digunakan berupa silika atau material lain yang mengandung silika dan silika merupakan material yang memiliki konduktivitas rendah. Pembentukan mesopori PTA (mPTA) merupakan salah satu alternatif untuk memperluas permukaan PTA. Kitosan (Cs) dengan filler mPTA dapat meningkatkan densitas daya hingga 83 mW.cm-2 dengan permeabilitas metanol 2×10-8 cm2.s-1 pada konsentrasi metanol 2 M (Mohanapriya dan Raj, 2018). Dalam penelitian yang dilakukan oleh Ilbeygi dkk. (2019), mPTA yang diaplikasikan dalam baterai litium memiliki luas permukaan 93 m2.g-1 dengan ukuran pori 4 nm. Kestabilan termal diperoleh pada suhu 450 °C dengan

(10)

6

kelarutan yang rendah pada pelarut etilena karbonat. Kinerja baterai dengan material mPTA dapat berjalan hingga 100 siklus dengan kapasitas 872 mAh.g-1. Hal ini menunjukkan pembentukan mPTA dapat meningkatkan kinerja dari PTA murni untuk aplikasi dalam bidang energi terutama sel bahan bakar.

Membran komposit yang akan dikembangkan terdiri atas beberapa material utama yang memiliki kelebihan masing-masing terutama untuk meningkatkan nilai konduktivitas proton dan densitas daya dari membran sel bahan bakar serta menurunkan nilai permeabilitas metanolnya. Penggunaan nanomaterial sebagai matriks diperkirakan mampu menahan pergerakan metanol dan menurunkan nilai permeabilitasnya. Peningkatan jumlah ikatan hidrogen dan pasangan elektron bebas terhadap matrik polimer juga mempengaruhi transfer proton dalam membran. Penambahan filler berbasis HPA juga mampu meningkatkan kestabilan termal dan konduktivitas proton membran. Sehingga, ketiga material tersebut berpotensi untuk digunakan sebagai material utama dalam membran polielektrolit DMFC.

2.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan review yang telah kami lakukan, pada penelitian ini akan disintesis nano selulosa sebagai matriks biopolimer dan mesopori asam fosfotungstat untuk difabrikasi sebagai membran komposit pada DMFC. Modifikasi nano selulosa diharapkan mampu menahan pergerakan metanol melalui membran sehingga menurunkan nilai permeabilitas metanol. Penambahan imidazole dan mesopori asam fosfotungstat juga diharapkan dapat meningkatkan nilai konduktivitas proton dan ketahanan termal dari membran komposit. Sebagai agen pengikat silang dari beberapa material tersebut digunakan asam sulfosuksinat yang diperkirakan mampu meningkatkan interaksi dari beberapa material dan meningkatkan mekanisme transfer proton dalam membran. Dalam penelitian ini akan dilakukan beberapa variasi meliputi (1) variasi terhadap jumlah asam fosfotungstat murni yang ditambahkan ke dalam matriks nano selulosa, dan (2) variasi jumlah imidazole dan mesopori asam fosfotungstat. Pengaruh yang terjadi akibat modifikasi terhadap nano selulosa dan asam fosfotungstat secara rinci diperoleh melalui karakterisasi kinerja membran.

2.3 Tujuan Khusus

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1) Mendapatkan membran komposit baru dengan kemampuan kinerja yang lebih baik daripada membran elektrolit komersial, Nafion.

2) Menentukan komposisi optimum dari nano selulosa, imidazole, dan mesopori asam fosfotungstat untuk fabrikasi membran komposit.

(11)

7

3) Mengetahui pengaruh modifikasi selulosa menjadi nano selulosa, penambahan imidazole dan filler anorganik asam fosfotungstat berbasis mesopori terhadap kinerja membran.

4) Pada tahun 2021, membantu 2 mahasiswa S2 menyelesaikan tesis dan 1 publikasi jurnal internasional terindeks Scopus. Pada tahun berikutnya, membantu 2 mahasiswa untuk seminar dan publikasi 1 jurnal internasional terindeks Scopus

2.4 Urgensi Penelitian

1) Melakukan kajian terhadap modifikasi material dan sifat-sifatnya terhadap membran komposit untuk DMFC, khususnya konduktivitas proton dan energi yang dihasilkan.

2) Mengembangkan membran polielektrolit alternatif dengan kinerja yang lebih baik dalam beberapa parameter daripada membran komersial.

2.5 Target Luaran

Kegiatan penelitian ini merupakan riset yang mendukung pengembangan membran komposit berbasis nanopartikel untuk sel bahan bakar (fuel cell). Dari penelitian ini akan dihasilkan membran alternatif baru yang memiliki kinerja lebih baik daripada membran komersial.

2.5.1 Publikasi

Tabel 2. 1. Luaran kegiatan penelitian unggulan

No

Jenis Luaran Indikator Capaian Katagori Sub Katagori Wajib Tambahan 2021 2022 1 Artikel ilmiah dimuat di jurnal Internasional bereputasi √ Submitted Accepted/published 2 Artikel ilmiah dimuat di prosiding Internasional terindeks

√ Terdaftar Sudah dilaksanakan

5 Hak Kekayaan Intelektual (HKI) Paten √ Submitted Terdaftar

(12)

8

BAB III. TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Sel Bahan Bakar (Fuel Cell)

Sel bahan bakar (FC) merupakan suatu perangkat pengonversi energi yang dapat mengubah energi kimia dari suatu reaksi menjadi energi listrik secara langsung dengan hidrogen sebagai bahan bakar dan hasil samping berupa air dan panas. Susunan sel bahan bakar terdiri dari dua elektroda, yaitu anoda dan katoda, yang dipisahkan dengan sebuah membran elektrolit yang berfungsi sebagai tempat mengalirnya proton dari anoda menuju katoda. Hidrogen akan dialirkan menuju anoda dan akan terdekomposisi menjadi ion hidrogen dan elektron. Membran elektrolit yang bersifat sebagai insulator elektron, hanya mengizinkan ion hidrogen untuk mengalir dari anoda menuju katoda. Elektron yang dihasilkan akan dialirkan menuju rangkaian listrik luar sebagai energi listrik dan akan terekombinasi pada katoda. Senyawa oksidan akan bereaksi dengan ion hidrogen dan elektron menghasilkan air pada katoda (Sharaf dan Orhan, 2014). Reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai:

Reaksi pada anoda: H2 → 2H+ + 2e

-Reaksi pada katoda: ½O2 + 2H+ + 2e- → H2O

Reaksi total: H2 + ½O2 → H2O

Sel bahan bakar dapat diklasifikasikan berdasarkan kriteria yang digunakan untuk metode yang berbeda yang biasanya tergantung pada parameter yang terkait dengan kondisi operasi dan struktur sel bahan bakar. Sistem sel bahan bakar memiliki variabel yang berbeda seperti jenis elektrolit yang digunakan dalam sel bahan bakar, jenis ion yang ditukar melalui elektrolit, dan jenis reaktan. Secara umum, sel bahan bakar diklasifikasikan berdasarkan sifat elektrolit yang digunakan dalam sel bahan bakar yaitu:

1. Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) yaitu sel bahan bakar yang menggunakan gas hidrogen murni sebagai bahan bakar dan polimer asam sebagai membran elektrolitnya. Sel ini bekerja dengan temperatur kerja dibawah 100 °C. 2. Direct methanol fuel cell (DMFC) yaitu sel bahan bakar yang menggunakan metanol

sebagai bahan bakar dan membran polimer sebagai elektrolit. Sel ini bekerja dibawah suhu 60 °C.

3. Phosphoric acid fuel cell (PAFC) yaitu sel bahan bakar yang menggunakan asam fosfat cair sebagai elektrolit dan gas hidrogen sebagai bahan bakar. Sel ini dapat bekerja pada pada suhu 180 °C.

4. Alkaline fuel cell (AFC) yaitu sel bahan bakar yang menggunakan larutan basa sebagai elektrolit dan gas hidrogen sebagai bahan bakar. Sel ini bekerja pada suhu 70 °C.

(13)

9

5. Solid oxide fuel cell (SOFC) yaitu sel bahan bakar yang menggunakan membran keramik sebagai elektrolit dan syngas sebagai bahan bakarnya.

6. Molten carbonate fuel cell (MCFC) yaitu sel bahan bakar yang menggunakan keramik berpori sebagai elekrolit dan hidrokarbon sebagai bahan bakar. sel ini bekerja pada suhu 650 °C (Das dkk., 2017).

Kelebihan dari sel bahan bakar dibandingkan dengan jenis peralatan penghasil energi lain adalah pada efisiensi konversi energi yang lebih baik, tidak memiliki bagian yang bergerak yang dapat menimbulkan suara dan getaran, sehingga tidak menyebabkan polusi suara, serta minim emisi gas pencemar lingkungan seperti SOx, NOx, dan CO (Peighambardoust dkk.,

2010).

3.2 Direct Methanol Fuel Cell (DMFC)

Direct Methanol Fuel Cell merupakan salah satu jenis dari sel bahan bakar yang

mengganti gas hidrogen dengan larutan metanol sebagai sumber bahan bakar untuk menghasilkan energi listrik. Susunan dari DMFC secara umum terdiri dari dua elektroda yaitu anoda dan katoda, sebagai tempat terjadinya reaksi oksidasi metanol dan tempat terjadinya reduksi gas oksigen, yang dipisahkan oleh membran elektrolit yang dapat menghantarkan proton dari anoda menuju katoda dan menghalangi proses difusi lain yang. Pada anoda metanol akan dioksidasi menjadi karbon dioksida, proton (sebagai ion hidronium) dan elektron. Proton yang dihasilkan kemudian akan diserap oleh membran elektrolit dan dialirkan dari anoda menuju katoda. Elektron yang dihasilkan akan dialirkan menuju rangkaian listrik luar sebagai energi listrik dan akan terekombinasi pada katoda. Senyawa oksidan akan bereaksi dengan ion hidrogen dan elektron menghasilkan air pada katoda (Wang dkk., 2015). Reaksi yang terjadi sapat dituliskan sebagai:

Reaksi pada anoda: CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ +6e

-Reaksi pada katoda: 3/2 O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O

Reaksi total: CH3OH + 3/2 O2 → CO2 + 3H2O

Sebagai komponen terpenting dari DMFC, membrane electrode assembly (MEA) terdiri dari membran elektrolit yang dilapisi oleh katalis pada kedua sisinya dan diapit oleh elektroda (katoda dan anoda) dan lapisan difusi gas yang dapat dilihat pada Gambar 2.1. Pada DMFC, lapisan difusi gas (GDL) merupakan tempat terjadinya difusi dari metanol yang berasal dari penampung menuju permukaan katalis. lapisan GDL harus berpori untuk mendistribusikan secara homogen gas metanol pada permukaan membran elektrolit dan harus bersifat konduktif. Material yang biasa digunakan adalah karbon. Membran elektrolit

(14)

10

berfungsi sebagai pemisah antara anoda dan katoda, dan mencegah berpindahnya metanol menuju katoda (methanol crossover). Membran elektrolit hanya boleh mengalirkan proton dari anoda menuju katoda. Anoda adalah tempat dimana reaksi oksida metanol terjadi. Material yang biasa digunakan sebagai anoda pada DMFC adalah Platina. Katoda adalah tempat terjadinya reaksi reduksi dari oksigen berlangsung. Material yang digunakan pada katoda adalah Platina (Zhang dan Shen, 2012).

Gambar 3. 1. Skema kerja dari DMFC (Ye dkk., 2012).

3.3 Mekanisme Transport Proton pada PEM

Konduktivitas proton merupakan aspek sangat penting dalam pertukaran proton pada sel bahan bakar membran dan merupakan karakteristik pertama yang dipertimbangkan dalam mengevaluasi kinerja membran untuk sel bahan bakar. Konduktivitas proton yang tinggi sangat dibutuhkan terutama pada penggunaan dengan densitas arus yang besar. Dalam tingkat molekul, transpor proton dalam matriks polimer terhidrasi secara umum terdiri dari dua mekanisme yaitu proton hopping atau yang dikenal sebagai mekanisme Grotthus dan mekanisme difusi atau mekanisme vehicular (Gao dan Lian, 2014).

Dalam mekanisme Grotthus, proton melompat dari satu gugus fungsi terion menuju gugus yang lain melintasi membran. Proton yang dihasilkan oleh oksidasi gas hidrogen pada anoda terikat pada molekul air membentuk ion hidronium sementara. Satu proton yang berbeda pada ion hidronium yang sama akan melompat ke molekul air atau gugus fungsi polimer lainnya. Dalam mekanisme ini, gugus ionik dikelilingi oleh molekul air dan membentuk suatu sistem perkolasi yang menyebabkan proton dapat berpindah (Zuo dkk., 2012). Mekanisme ini dikenali dengan terbentuknya sumur potensial (potential well) yang dibentuk oleh donor dan

(15)

11

akseptor proton. Potensial sumur ini dipisahkan oleh energi penghalang (barrier energy) yang kecil. Hal tersebut menjadikan mekanisme Grotthuss memiliki energi aktivasi 10-40 kJ/mol (Lim dkk., 2019).

Gambar 3. 2. Skema perpindahan proton melalui proton hopping atau mekanisme Grotthuss

(D. J. Kim dkk., 2015).

Mekanisme kedua adalah mekanisme vehicular. Dalam mekanisme ini proton terhidrasi (H3O+) akan berdifusi melalui media berair yang didorong oleh perbedaan

elektrokimia dalam pelarut. Dalam mekanisme vehicular, proton yang terikat pada molekul air (dalam bentuk H5O2+, H7O3+, H9O4+ maupun yang lain) sebagai hasil dari hambatan

elektroosmotik akan membawa molekul air melalui membran dan secara tidak langsung akan berpindah bersama molekul air tersebut (Yang dkk., 2017). Faktor utama dari pembentukan mekanisme vehicular adalah adanya volume bebas dalam rantai polimer dalam membran pertukaran proton yang memungkinkan transfer proton terhidrasi melalui membran. Air juga memiliki dua jenis mekanisme transportasi yaitu hambatan elektroosmotik dan difusi gradien konsentrasi. Sifat hidrofobik dari rantai utama polimer dapat memudahkan transfer air melalui membran karena permukaan lubang hidrofobik cenderung untuk menolak molekul air (Peighambardoust dkk., 2010). Secara umum, mekanisme ini jauh lebih lambat dari mekansime Grotthuss, sehingga memiliki mobilitas proton yang rendah dan energi aktivasi yang tinggi (>40 kJ/mol) (Lim dkk., 2019).

Air Ion

(16)

12

Gambar 3. 3. Skema mekanisme vehicular (Peighambardoust dkk., 2010).

Kecenderungan mekanisme transfer proton pada suatu membran bergantung pada tingkat hidrasi dari membran. Akan tetapi, mekanisme transpor proton dalam membran komposit akan jauh lebih kompleks karena melibatkan sifat permukaan dan kimiawi dari material anorganik dan organik. Meskipun fungsi dari komponen anorganik dalam menstabilkan sifat transpor proton dari membran masih dipertanyakan, fungsi utama yang paling banyak disetujui dari komponen anorganik adalah untuk meningkatkan stabilitas termal dan morfologi dari polimer pada suhu tinggi. Pada aditif anorganik yang juga sebagai promotor proton alternatif seperti asam heteropoli (polioksometalat), kontribusi komponen ini terhadap proses transportasi proton juga harus dianalisis. Namun, secara umum peningkatan konduktivitas proton akan tergantung pada fraksi air dan konsentrasi proton dalam membran (Peighambardoust dkk., 2010).

3.4 Polymer Electrolyte Membrane (PEM) pada Sel Bahan Bakar

Membran polimer elektrolit merupakan komponen terpenting dari sel bahan bakar. PEM memiliki beberapa peranan dalam sel bahan bakar yaitu sebagai pembawa muatan untuk proton, sebagai penghalang gas reaktan untuk tidak mencapai katoda, dan sebagai isolator elektronik yang berfungsi menghalangi aliran elektron melalui membran. Sebuah membran elektrolit harus memiliki beberapa sifat agar dapat berpotensi digunakan dalam sel bahan bakar yaitu (1) memiliki konduktivitas proton dan resistivitas elektron yang tinggi, (2) memiliki kestabilan dan kekuatan mekanik yang baik, (3) memiliki kestabilan kimia dan elektrokimia yang baik dalam berbagai kondisi penggunaan, (4) humiditas yang dapat dikontrol, (5) memiliki permeabilitas bahan bakar dan oksidan yang rendah, dan (6) biaya produksi yang ekonomis (Zhang dan Shen, 2012).

Air Ion

(17)

13

Penggunaan polimer sebagai membran penghantar proton pada sel bahan bakar pertama kali dilakukan oleh Grubb pada 1955, dengan mengaplikasikan polistirena sulfat sebagai polimer elektrolit pada sel bahan bakar. Akan tetapi, material tersebut memiliki kekurangan pada stabilitas dan densitas arus yang dihasilkan masih rendah. Pada 1960, DuPond menggunakan polimer berbasis asam perfluorosulfonat yang dikenal sebagai Nafion®

sebagai membran polimer pada sel bahan bakar. Membran Nafion®_{telah banyak digunakan di}

sel bahan bakar karena sifat stabilitas kimia dan elektrokimianya yang sangat baik, serta memiliki konduktivitas proton yang tinggi. Namun, pada suhu tinggi membran ini mengalami dehidrasi yang menurunkan konduktivitas protonnya (Xue dkk., 2015).

Beberapa material telah dikembangkan untuk mengatasi kelemahan dari membran perfluorosulfonatdan meningkatkan retensi air pada suhu tinggi. Peningkatan struktur dan fungsionalitas dari membran secara umum dilakukan melalui beberapa metode seperti fluronisasi parsial polimer, penggunaan polimer non-fluorinasi dan penambahan filler (Díaz dkk., 2014) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4. Penggunaan membran terfluorinasi parsial dapat meningkatkan sifat mekanik dan termal dari polimer dengan menjaga nilai konduktivitas proton. Membran non-fluorinasi juga merupakan membran alternatif untuk sel bahan bakar yang dapat menggantikan membran perflourosulfonat yang memiliki permeabilitas bahan bakar tinggi dan suhu operasi terbatas. Namun, polimer jenis ini membutuhkan konduktor proton untuk digunakan dalam perangkat sel bahan bakar. Alternatif lain yang menjanjikan adalah melalui pencampuran polimer dengan suatu pengisi (filler). Penambahan filler aditif anorganik-organik dan konstituen asam-basa untuk menghasilkan suatu membran komposit. Konduktivitas proton ditentukan oleh kemampuan penyerapan air membran, dan permeasi metanol ditentukan oleh mikrostruktur, klaster dan ukuran kanal pada polimer (Purwanto dkk., 2016).

(18)

14

Gambar 3. 4. Klasifikasi Membran (Awang dkk., 2015). 3.5 Membran Komposit

Membran komposit merupakan salah satu alternatif pengganti PEM konvensional yang mampu mempertahankan konduktivitas tinggi pada suhu tinggi. Secara umum, membran komposit dalam membran sel bahan bakar terdiri dari suatu pengisi (filler) yang ditambahkan ke dalam polimer dengan tujuan untuk meningkatkan konduksi proton, kemampuan penyerapan dan retensi air, sifat mekanik dan termal, serta ketahanan sel bahan bakar (Decker dkk., 2010). Partikel aditif filler yang tersebar secara merata pada membran dapat membantu proses adsorbsi dan retensi air dalam membran, sehingga membantu meningkatkan konduktivitas proton seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Beberapa pendekatan telah diselidiki untuk menambahkan filler ke dalam sistem membran komposit. Di antara beberapa pendekatan yang digunakan untuk meningkatkan kinerja membran komposit, yaitu penggunaan gugus organik dan anorganik yang dapat berikatan secara kimia dengan matriks polimer adalah yang paling umum diaplikasikan. Berdasarkan ikatan yang terbentuk, material komposit dapat dibagi menjadi dua sistem yaitu: 1) Bahan komposit terdiri dari fase terikat yang membentuk suatu hibrida dengan interaksi antara komponen organik dan anorganik terbatas pada ikatan lemah seperti ikatan ion, ikatan hidrogen atau interaksi van der Waals.

2) Bahan komposit yang memiliki gugus fungsi silan, silanol, atau kelompok fungsional lainnya, dan logam alkoksida, alkoksisilan, maupun hibrida dapat membentuk ikatan kovalen kuat atau ikatan ionik-kovalen dengan polimer, sehingga juga berfungsi sebagai pengatur antarmuka partikel-polimer (D. J. Kim dkk., 2015).

Klasifikasi Membran

Ionomer Terfluorinasi

Ionomer Terfluorinasi Parsial

Ionomer Hidrokarbon

Ionomer Aromatik

(19)

15

Karakteristik intrinsik partikel aditif seperti ukuran, luas permukaan spesifik, jenis, keasaman, bentuk, dan interaksinya dengan matriks polimer memiliki pengaruh yang besar pada sifat dan kinerja membran (Pourzare dkk., 2016).

Gambar 3. 5. Pengaruh penambahan aditif pada jaringan membran. Diambil dari (Decker

dkk., 2010)

3.6 Selulosa sebagai Matriks Organik Membran

Selulosa merupakan polimer sindiotaktik rantai lurus dari glukosa dengan bentuk pita datar dengan struktur molekul (C6H10O5)n dengan n= 10.000 hingga 15.000. Monomer dari

selulosa terdiri dari dua cincin β-D-glukosa yang berikatan secara kovalen melalui proses kondensasi dengan melepas molekul air (H2O) (Moon dkk., 2011). Ikatan dari dua molekul

glukosa ini menghasilkan disakarida yang disebut sebagai selubiosa. Dalam rantai selulosa, molekul glukosa memiliki konformasi berbentuk cincin yang disebut sebagai cincin piranosa. Selulosa terbentuk dari ikatan antara atom karbon satu (C1) pada cincin piranosa dan atom karbon empat (C4) pada cincin selanjutnya melalui atom oksigen yang berada di antara dua molekul (ikatan β-(1,4)-glikosida). Ikatan ini disebut sebagai ikatan asetal karena terbentuk dari reaksi alkohol dengan senyawa hemiasetal (Oliveira dkk., 2010).

Pada cincin piranosanya, gugus hidroksi (-OH) pada karbon nomor satu hingga empat berada pada posisi ekuatorial (sebidang dengan cincin piranosa) sedangkan atom hidrogen berada pada posisi aksial (keluar bidang). Posisi gugus hidroksi pada karbon satu yang berada pada posisi ekuatorial menyebabkan cincin glukosa memiliki konformasi β dan akan membentuk polimer sindiotaktik (gugus -CH2OH akan saling bersilangan) saat berikatan

dengan atom karbon empat (Hayakawa dkk., 2017). Gugus hidroksi pada karbon dua dan tiga (gugus hidroksi sekunder) dan enam (gugus hidroksi primer) dapat membentuk ikatan hidrogen intramolekuler dan intermolekuler (Gambar 2.6.a). Ikatan hidrogen ini menyebabkan terbentuknya struktur berlapis (stacking) dari rantai selulosa yang saling terhubung menjadi mikrofibril (diameter 5-10 nm dan panjang beberapa mikron). Ikatan hidrogen tersebut

Polimer (Hidrofobik)

(20)

16

menjadikan rantai selulosa menjadi lebih stabil, memiliki konfigurasi rantai lurus, dan mempengaruhi solubilitas dalam pelarut polar (Abdul Khalil dkk., 2012).

Mikrofibril dari selulosa sendiri terdiri dari dua daerah yaitu daerah kristalin dengan struktur rantai selulosa teratur dan daerah amorf dengan rantai selulosa lebih terpisah. Daerah kristalin dan amorf ini saling berulang satu dengan lain yang dikenal sebagai konsep misel berumbai atau fringed-micelle model seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.b. Ikatan hidrogen antar-rantai pada daerah kristalin sangat kuat, sehingga menghasilkan kekuatan serat yang baik pada selulosa, meningkatkan titik leleh dan menyebakan selulosa tidak larut pada sebagian besar pelarut. Pada daerah amorf, rantai selulosa saling terpisah dan dapat mudah berikatan dengan molekul lain seperti air yang menyebabkan selulosa dapat menyerap dan mengembang tetapi tidak larut dalam air (Moon dkk., 2011).

Gambar 3. 6. a) Struktur selubiosa dan ikatan hidrogen intramolekuler (garis putus-putus), b)

mikrofibril selulosa beserta daerah kristalin dan amorf. (Moon dkk., 2011). Penggunaan selulosa sebagai matriks polimer telah dilaporkan oleh Bayer dkk (2016) yang menggunakan selulosa nanokristal dan nanofiber untuk digunakan sebagai membran sel bahan bakar. Pada penelitian tersebut didapatkan membran yang semi-transparan dengan morfologi yang berbentuk fragmen dan serat yang saling terinterkoneksi satu dengan yang lain pada mikrograf AFM (Atomic Force Microscopy). Hasil pengukuran konduktivitas proton pada selulosa nanofiber menunjukkan performa konduksi proton 0,01 mS.cm-1 pada suhu 30 °C yang menjadi 0,05 mS. cm-1 pada suhu 100 °C, sedangkan pada selulosa nanokristalin menunjukkan performa yang lebih baik yaitu 0,62 mS.cm-1 pada suhu 30 °C menjadi 4,57 mS.cm-1 pada 120 °C. Hal ini disebabkan pengaruh dari hidrofilisitas pada membran,

Mikrofibril Selulosa Daerah Amorf

(21)

17

peningkatan pH dan jumlah proton yang tersedia untuk konduksi. Ikatan hidrogen yang lebih kuat setelah proses hidrolisis pada selulosa nanokristal berkontribusi pada peningkatan performa pada suhu tinggi (Bayer dkk., 2016). Pada penelitian lain yang telah dilakukan oleh Jankowska (2020) yang mengkompositkan selulosa mikrofiber dengan imidazol untuk digunakan sebagai membran elektrolit. Pada penelitian tersebut ditemukan bahwa penambahan imidazol dapat mengubah jaringan ikatan hidrogen pada selulosa yang ditunjukkan dengan perubahan puncak karakteristik pada termogram DSC. Nilai konduktivitas dari selulosa-imidazol memiliki konduktivitas empat kali lebih besar yaitu 2,7 × 10-4_S.m-1

dibandingkan selulosa murni yang sebesar 1 × 10-8 S.m-1 pada suhu 150 °C. Hal ini disebabakan molekul imidazol pada sistem selulosa menyediakan jalan transfer proto yang baru dan tidak bergantung pada keberadaan molekul air pada sistem, sehingga meningkatan kondutivitas proton pada suhu tinggi (Jankowska dkk., 2020). Konduktivitas proton dari membran selulosa lain dirangkum pada Tabel 3. 1.

Tabel 3. 1. Konduktivitas proton membran berbasis selulosa

Material Konduktivitas proton (S.cm-1) Temperatur (°C) Referensi Selulosa mikrokristalin/imidazole 0.020 160 (Smolarkiewicz dkk., 2015) Selulosa nanokristalin/imidazole 0.300 150 (Tritt-Goc dkk., 2018) Selulosa/SPES 0.154 80 (Cai dkk., 2018) Selulosa/Nafion 0.015 25 (Jiang dkk., 2015) Selulosa/SPES 0.130 25 (Xianlin Xu dkk., 2019) Selulosa terfungsionalisasi amina 0.234 25

3.7 Asam Fosfotungstat sebagai Filler Anorganik

Asam fosfotungstat (PWA) merupakan salah satu jenis polioksometal tipe Keggin dengan rumus molekul H3[PW12O40]. PWA merupakan asam heteropolianon terkuat diantara

(22)

18

tetrahedral (PO4) yang dikelilingi oleh 12 atom tungsten dalam polihedra oktahedral (WO6).

Struktur Keggin dari PWA memiliki muatan negatif tiga yang distabilkan oleh tiga proton, sehingga membentuk senyawa asam. Dalam PWA terdapat beberapa tipe oksigen yaitu oksigen pusat (Oa) yang berikatan langsung dengan atom pusat fosfor, oksigen jembatan

yang menghubungkan dua atom tungsten dengan berbagi ujung (corner sharing Oc), oksigen

jembatan yang menghubungkan atom tungsten dengan berbagi tepi (edge sharing Ob), dan

atom oksigen terminal (Ot/Od) yang berikatan langsung dengan satu atom tungsten sesuai

Gambar 2.8.

PWA memiliki struktur kristal kubus berpusat badan (bcc) dengan tiap polianion dihubungkan oleh H5O2+ (yang dibentuk oleh molekul air dan proton asam dari PWA) di tiap

muka sisi kubus. Akan tetapi struktur tersebut juga bergantung pada tingkat hidrasi dari senyawa. H3PW12O40.29H2O (triklin) mengalami transformasi menjadi H3PW12O40.21H2O

(ortorombik) pada suhu 30 °C dan kemudian menjadi H3W12PO40.14H2O (triklin) pada 40 °C.

Setelah itu terjadi transisi fasa cepat H3PW12O40.14H2O menjadi H3PW12O40.6H2O (kubik)

pada suhu 60 °C, struktur heksahidrat ini stabil hingga 170 °C. PWA memiliki nilai konductivitas proton yang cukup tinggi yaitu berkisar antara 0,17 hingga 1,8 × 10-3 S.cm-1 bergantung pada kondisi hidrasi dari PWA (Zhai dan Li, 2019).

Gambar 3. 7. Illustrasi ball-and-stick dan polihedral Asam Fosfotungstat (Wilson, 2010).

Penggunaan PWA sebagai agen pengkompleks telah dilaporkan oleh Cui dkk. (2007) yang memodifikasi kitosan dengan asam fosfotungstat membentuk membran polielektrolit kompleks. Pada penelitian tersebut, PWA memiliki konduktivitas proton yang tinggi yakni 2,4 × 10-2_{S cm}−1_{pada suhu 80 °C. Hal ini disebabkan membran komposit kompleks kitosan-asam}

fosfotungstat memiliki water uptake yang tinggi, dimana perpindahan proton membutuhkan molekul air. Modifikasi membran komposit kitosan termodifikasi asam fosfotungstat (CS/PWA) menghasilkan nilai konduktivitas proton 1,22 × 10-2 S.cm-1 pada suhu 25 °C. Membran CS/PWA dapat menahan banyak air karena hidrofilisitasnya berbeda dengan CS. Nilai konduktivitas proton berkaitan dengan kestabilan termal dan kemampuan membran

(23)

19

komposit tersebut dalam penyimpanan air pada suhu tinggi (Cui dkk., 2007). Penelitian yang dilakukan oleh Kim dkk (2017) mengidentifikasi pengaruh penambahan PWA pada membran Nafion. Pada penelitian tersebut ditemukan bahwa penambahan PWA pada NAfion dapat menurukan permeabilitas metanol dari membran sebesar 1,53 kali dan meningkatkan konduktivitas proton dari 0,09 S.cm-1_{(Nafion murni) menjadi 0,12 S.cm}-1_{(penambahan 15%}

PWA). Penambahan lebih lanjut dari PWA dapat menurunkan konduktivitas proton karena adanya proses aglomerasi partikel PWA yang membatasi proses difusi air pada membran (H. Kim dkk., 2017). Konduktivitas proton dari membran terfungsionalisasi asam fosfotungstat ditunjukkan pada Tabel 2. 2.

Tabel 3. 2. Nilai konduktivitas proton dari membran terfungsionalisasi asam fosfotungstat.

Material Konduktivitas proton (S.cm-1₎ Suhu (°C) Referensi Nafion/PWA 0,12 25 (H. Kim dkk., 2017) PES/PVP-PWA 0,045 25 (Xin Xu dkk., 2016) Kitosan/PWA 0,024 80 (Cui dkk., 2007) Kitosan/PWA 0,030 25 (Shakeri dkk., 2013) Kitosan/PWA 3,3 × 10-3 60 (Suharini dkk., 2015)

3.8 Imidazol sebagai Filler Aditif

Imidazol merupakan senyawa heterosiklik cincin lima yang terdiri dari 3 atom C dan dua atom N yang berada pada posisi satu dan tiga. Imidazol telah banyak digunakan karen memiliki sifat yang unik seperti struktur yang mudah dimodifikasi, kestabilan termal yang baik, konduktivitas ion yang tinggi, potensial elektrokimia yang lebar serta dapat bersifat amfoter dalam larutannya. Sifat unik ini disebabkan karena sifat alami imidazol yang merupakan senyawa amfoterik, sehingga imidazol dapat menerima maupun melepaskan proton dalam larutannya. Atom N pada posisi tiga memiliki hibridisasi elektron sp2 yang mudah untuk bereaksi melalui reaksi substitusi SN2. Sedangkan atom N pada posisi satu

bersifat sebagai amina sekunder yang memfasilitasi proses pemutusan dan pembentukan ikatan hidrogen (Green dan Long, 2010).

Penelitian mengenai penggunaan imidazol sebagai filler aditif pada membran berbasis selulosa telah dilakukan sebelumnya oleh Smolarkiewicz dkk (2015). Penelitian tersebut menggunakan selulosa mikrokisralin sebagai matriks membran dan imidazol sebagai filler

(24)

20

untuk meningkatkan sifat fisikokimia dari membran komposit yang dihasilkan. Analisis termal dari membran komposit menunjukkan adanya peningkatan stabilitas termal dari 298 °C pada selulosa murni menjadi 313 °C pada selulosa terfungsionalisasi imidazol. Hasil pengukuran elektrokimia dari membran juga menunjukkan hasil yang serupa yaitu adanya peningkatan konduktivitas proton pada membran selulosa terfungsionalisasi imidazol yaitu dari 2 × 10-7

menjadi 2 × 10-4_S.m-1_{(Smolarkiewicz dkk., 2015). Tritt-Goc dkk (2018) juga meneliti}

penggunaan imidazol sebagai filler pada membran nanokristalin selulosa. Baik nilai kestabilan termal maupun konduktivitas proton dari membran naik dengan penambahan imidazol pada membran. Membran selulosa dan selulosa terfungsionalisasi imidazol terdekomposisi masing-masing paa 212 dan 350 °C. Nilai konduktivitas proton dari membran selulosa murni memiliki nilai sebesar 10-5 S.m-1 pada suhu 200 °C, sedangkan membran selulosa terfungsionalisasi imidazol memiliki nilai maksimum sebesar 2,7 × 10-2 S.m-1 pada suhu yang sama.

3.9 Roadmap Penelitian

Pada penelitian ini akan dilakukan pengembangan material membran untuk sel bahan bakar yang berbasis material nano tahan panas dan peta jalan penelitian mengikuti “road map pusat penelitian material maju dan dan teknologi nano”. Penelitian ini berada pada klaster “Material untuk Energi” tahun 2020 yang termasuk topik unggulan ITS.

Peta jalan penelitian ditampilkan pada halaman berikut ini dan disertai dengan skema umum penelitian antara tahun 2015-2017, 2018-2019, dan 2020-2021.

(25)

21

Tabel 3. 3. Road Map Penelitian Pusat Penelitian Material Maju dan Teknologi Nano

Topik Penelitian

Road Map Pusat Penelitian Material Maju dan Teknologi Nano

2020 2021 2022 2023 2024 TOPIK UNGGULAN Material Untuk Energi Material Untuk Medis Material Berbasis Sumber Alam Material Untuk Maritim Material Untuk Lingkungan Material untuk Batery Material bikompatibel dan biodegradabel Pengolahan mineral strategis Pengembangan material untuk kapal Teknologi Membran Pengembangan teknologi Biomass Paduan logam untuk biomaterial Eksplorasi potensi material baru Material nonlogam untuk lingkungan laut Katalis

Solar cell & solar fuel Polimer untuk biomaterial Pengolahan logam tanah jarang Sistem proteksi

korosi di laut Surfaktan

Material untuk Fuel cell (hydrogen) Material untuk obat Penemuan material baru untuk industri Material anti radar Pemanfaatan energi terbarukan untuk lingkungan Material untuk Nuklir Biosensor dan kemosensor Material untuk lingkungan temperatur tinggi TOPIK PENDUKUNG UNGGULAN

Teknologi pengolahan mineral strategis berbahan baku lokal

Ekstraksi dan rancang bangun pabrik logam tanah jarang Pengembangan sel surya berbasis non silicon

Pengolahan bijih mineral strategis lokal Teknologi

pengembangan material fungsional

Produksi polimer untuk aplikasi separasi di industri Material pendukung biosensor dan kemosensor

Pengembangan membran

Pengembangan katalisator dan biokatalisator (enzim) untuk aplikasi di industry Teknologi eksplorasi

potensi material baru

Desain dan eksplorasi material pigmen absorber

Pendukung transformasi material sampah dan pengolahan limbah Pendukung material struktur

Teknologi karakterisasi material dan dukungan industri

Karakterisasi material berbasis laser dan optik Karakterisasi material biokompatibel Kemandirian bahan baku magnet kuat

(26)

22

Gambar 3. 8. Skema penelitian dalam 5 tahun terakhir TEMA RISET:

Fabrikasi membran DMFC berbasis bahan biopolimer alam: penggunaan kitosan

sebagai membran

TEMA RISET: Peningkatan performa membran kitosan pada DMFC

atas parameter energi yang dihasilkan

TEMA RISET: Fabrikasi membran komposit

berbasis material nano selulosa dan material anorganik asam fosfotungstat

termodifikasi untuk aplikasi DMFC

 Tahun 2015-2017

 Didanai Kemenristekdikti melalui skema Penelitian Unggulan

Perguruan Tinggi (PUPT) ITS

 Tahun 2018-2019

 Didanai Kemenristekdikti melalui skema Penelitian Pascasarjana

 Tahun 2020-2022

 Diusulkan untuk didanai Dana Lokal ITS melalui Skema Penelitian Unggulan

(27)

23

BAB IV. METODE

4.1. Alat dan Bahan 4.1.1. Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian adalah gelas beker, timbangan analitik, pipet tetes, pipet volum, labu ukur, rubber bulb, hot plate, termometer, pengaduk kaca, statif, kertas saring, erlenmeyer, piknometer, corong kaca, kaca arloji, magnetic stirrer, satu set ultrasonikator, oven, indikator universal, botol duran, cetakan akrilik, furnace, satu set alat pengukur permeabilitas, dan freezer. Nano selulosa dikarakterisasi dengan Particle Size

Analyzer (PSA), Scanning Electron Microscopy (SEM), dan X-Ray Diffractometer (XRD).

mPTA dikarakterisasi dengan N2 adsorption-desorption isotherm, SEM dan XRD. Membran

dikarakterisasi dengan Attenuated Total Reflectance Infrared (ATR-IR), dan SEM. Uji kinerja membran meliputi uji konduktivitas proton dengan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Thermogravimetry Analysis (TGA), permeabilitas metanol, daya serap air dan metanol.

4.1.2. Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah mikro selulosa (MC), pelet NaOH, Urea, asam fosfotungstat (PTA), etanol, imidazole, asam sulfosuksinat, kopolimer Pluronic F127, mesitilena, KCl, gliserol diperoleh dari Merck. Bahan-bahan lain yang digunakan adalah aquades dan gas N2.

4.2. Prosedur Penelitian

4.2.1. Ekstraksi Nanoselulosa dan Preparasi membran nanoselulosa/PTA 4.2.1.1. Ekstraksi nano selulosa (NC)

NC diperoleh melalui metode ultrasonikasi antara mikro selulosa (MC) dengan larutan basa. Mula-mula, 5 gram MC ditambahkan ke dalam 100 mL larutan yang berisi 7% (b/b) NaOH dan 12% (b/b) urea. Larutan diaduk selama 30 menit pada suhu ruang lalu disimpan di dalam freezer selama 16 jam. Hasil yang diperoleh diaduk dengan stirrer selama 10 menit pada 1000 rpm kemudian ditambahkan ke dalam 1000 mL aquades dan disentrifugasi selama 10 menit pada 3000 rpm. Selulosa yang diperoleh dilakukan penetralan hingga mencapai pH= 7 untuk menghilangkan urea dan NaOH sisa. Selulosa yang telah netral didispersikan ke dalam aquades lalu diultrasonikasi selama 15 menit. NC yang telah terbentuk disimpan di dalam lemari pendingin sebelum digunakan saat fabrikasi membran (Shankar dan Rhim, 2016).

(28)

24

3.2.1.2. Fabrikasi membran komposit Nanoselulosa/PTA

Membran komposit NC/PTA difabrikasi dengan metode solution casting. Mula-mula, 2 gram serbuk kering NC dilarutkan dalam 80 mL aquades. Kemudian, 20 mL larutan imidazole ditambahkan ke dalam suspensi selulosa dan diaduk selama 2 jam. Pada wadah lain, PTA didispersikan dalam 10 mL aquades lalu dilakukan ultrasonikasi selama 2 jam. Suspensi PTA kemudian ditambahkan tetes demi tetes ke dalam campuran NC-Im dan diaduk selama 4 jam. Campuran yang diperoleh kemudian dilakukan ultrasonikasi selama 20 menit. Campuran NC/PTA kemudian dicetak dengan cetakan akrilik dan dikeringkan pada suhu ruang (Tritt-Goc dkk., 2019). Membran komposit divariasi jumlah filler mPTA yaitu 1, 3, 5, dan 10% dari massa selulosa yang digunakan.

4.2.2. Fabrikasi dan Optimasi kinerja membran komposit NC-Imidazol/mPTA

4.2.2.1. Sintesis mesopori asam fosfotungstat (mPTA)

Mesopori asam fosfotungstat (mPTA) disintesis melalui metode self-assembly single

step protocol dengan kopolimer Pluronic F127 (EO106PO70EO106) (2 gram), mesitilena (2

gram), KCl (3 gram), dan PTA (2,5 gram) dalam 120 mL aquades. Campuran diaduk dengan

magnetic stirrer selama 4 jam pada suhu kamar lalu dilakukan pemanasan pada 35 °C selama

24 jam. Campuran kemudian direaksikan secara hidrotermal pada suhu 100 °C selama 72 jam. Setelah reaksi, campuran disaring dan dikeringkan di dalam oven pada suhu 70 °C. Serbuk kering tersebut dicuci dengan etanol kemudian dilakukan 2 tahap kalsinasi yaitu kalsinasi dengan aliran gas N2 hingga suhu 250 °C dan kalsinasi dengan aliran udara pada 350 °C

selama 24 jam (Ilbeygi dkk., 2019).

4.2.2.2. Fabrikasi membran komposit NC-Im/mPTA

Membran komposit NC-Im/mPTA dipreparasi sesuai dengan tahap fabrikasi membran komposit NC/PTA. mPTA mula-mula didispersikan dalam 10 mL aquades lalu dilakukan ultrasonikasi selama 2 jam. Suspensi mPTA kemudian ditambahkan tetes demi tetes ke dalam campuran NC-Im dan diaduk selama 4 jam (Mohanapriya dan Raj, 2018). Untuk memberikan efek plastis dan cross-linker pada membran komposit masing-masing ditambahkan gliserol 20% dan asam sulfosuksinat 30% dari massa selulosa lalu diaduk selama 30 menit (Gil-Castell dkk., 2019). Larutan yang diperoleh dicetak pada cetakan akrilik dan dikeringkan pada suhu ruang. Selanjutnya, masing-masing membran tersebut dikarakterisasi. Membran komposit divariasi jumlah filler mPTA yaitu 1, 3, 5, dan 10% dari massa selulosa yang digunakan.

(29)

25

4.2.3 Karakterisasi

4.2.3.1 Karakterisasi Nanoselulosa dan mPTA

a) Material hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan difraktometer sinar-X (X-Ray

Diffraction) dengan radiasi Cu Kα (λ = 1.5406 Å) dan percepatan tegangan dan arus

berturut-turut sebesar 40 kV dan 30 mA untuk mengetahui fasa dan kristalinitas hasil sintesis. Analisis dilakukan pada sudut 2θ dari 5-40° dengan interval scan 0.017°/detik. b) Analisa Spektroskopi FTIR (Fourier Transformation Infrared) dilakukan untuk

mengetahui keberadaan jenis gugus fungsi pada material hasil sintesis. Spektra IR dideteksi pada bilanganan gelombang 400 hingga 3500 cm-1 dengan metode pellet KBr. c) Material hasil sintesis dikarakterisasi struktur morfologi kristal, ukuran partikel dan

persebaran unsurnya dengan instrumen SEM (Scanning Electron Microscope) menggunakan coating carbon tape untuk membuat permukaan sampel menjadi konduktif. d) Karaktersiasi adsorpsi desorpsi N2 dilakukan untuk mengetahui luas permukaan

material, volume pori dan diameter dari material hasil sintesis dengan alat Gas Sorption Instrument pada suhu 77K. Sebelum dilakukan analisa, preparasi sampel dilakukan digesting pada suhu 150 °C selama 24 jam. Luas permukaan dihitung menggunakan model persamaan BET. Volume pori dan diameter pori dihitung menggunakan model persamaan BJH.

e) Untuk mengetahui Sisi Asam Brønsted dan Lewis dari mPTA hasil sintesis dilakukan

pengujian FTIR-Piridin. Pengujian dilakukan dengan memasukkan 0.25 gram sampel

dalam wadah, setelah itu dimasukkan dalam desikator yang telah divakum bersama dengan basa piridin. Desikator ditutup selama 24 jam untuk mengabsorpsi basa piridin, setelah itu dikeluarkan dan didiamkan selama 2 jam. keberadaan situs asam dapat ditunjukkan pada daerah bilangan gelombang 1485-1500, ~1620, dan ~1640 cm-1_{untuk situs asam}

Bronsted-Lowry dan untuk situs asam Lewis ditunjukkan pada daerah bilangan gelombang 1447-1460, 1488-1503, dan 1600-1633 cm-1.

f) Untuk mengetahui distribusi ukuran partikel dilakukan karakterisasi Particle Size

Analysis. Sebanyak 0,1 gram serbuk kering NC dilarutkan dalam aquades lalu diaduk

dengan magnetic stirrer selama 10 menit, kemudian dilakukan sonikasi selama 1 menit. Alat PSA melakukan pemindaian terhadap sampel NC selama 2-5 menit.

(30)

26

4.2.3.2 Karakterisasi Membran Komposit Nanoselulosa-imidazol/mPTA

a) Material Membran Nanoselulosa-imidazol dan Nanoselulosa-imidazol/mPTA hasil sintesis dikarakterisasi struktur morfologi kristal, ukuran partikel dan persebaran unsurnya dengan instrumen SEM-EDX (Scanning Electron Microscope - Energy Dispersive

X-ray) menggunakan coating carbon tape untuk membuat permukaan sampel menjadi

konduktif.

b) Sifat permeabilitas dari membran komposit Nanoselulosa-imidazol dan Nanoselulosa-imidazol/mPTA diukur melalui uji perembesan metanol, Permeabilitas

metanol dilakukan menggunakan 2 kompartemen yaitu kompartemen A dan B masing-masing berisi air dan metanol 5 M. Membran diletakkan diantara 2 kompartemen tersebut kemudian air dan metanol dalam kompartemen A dan B diaduk dengan magnetic stirrer dengan kecepatan konstan. Setelah 10 menit, larutan pada kompartemen A diambil sebanyak 5 mL untuk mengetahui konsentrasi metanol yang terdifusi dari kompartemen B. Perlakuan tersebut juga dilakukan pada menit ke-30, 50, 70, dan 90. Uji permeabilitas metanol dilakukan duplo untuk setiap membran. Permeabilitas metanol setiap membran dapat dtentukan melalui persamaan 3.1.

P = (∆CB

∆t ) × ( d × V_B

A × C_A) (3.1)

Dimana ∆CB⁄ adalah slope dari plot konsentrasi metanol di kompartemen B sebagai ∆t

fungsi waktu (mol L-1 s-1), P adalah permeabilitas metanol dari membran (cm2_s-1_{), A}

adalah luas area membran (cm2), d adalah ketebalan membran (cm), V_B adalah volume air di kompartemen A (cm3), CA adalah konsentrasi metanol di kompartemen A (mol L -1_).

c) Pengukuran konduktivitas ion diukur menggunakan Analisis AC Impedansi. Konduktivitas proton merupakan parameter yang penting dalam aplikasi sel bahan bakar. Semakin tinggi nilai konduktivitas proton suatu membran, semakin baik kinerja membran tersebut untuk aplikasi sel bahan bakar. Konduktivitas proton menunjukkan banyaknya transfer proton yang terjadi didalam membran. Pengukuran konduktivitas proton dilakukan pada kondisi terhidrasi (basah). Mula-mula, membran direndam dalam air selama 24 jam kemudian diukur dengan impedance analyzer. Pengukuran dilakukan pada frekuensi sekitar 20 Hz sampai 2 MHz. Konduktivitas proton dihitung melalui persamaan 3.2.

(31)

27

Dimana σ adalah konduktivitas proton membran (S cm-1), R adalah hambatan membran (Ω), L and A adalah ketebalan membran (cm) and luas area membran (cm2).

d) Sifat termal dari membran komposit imidazol dan

Nanoselulosa-imidazol/mPTA dianalisis dengan pengukuran TGA-DTA. Sampel membran dipotong

pada bagian tengah dan diletakkan pada sampel holder. Pengukuran dilakukan pada rentang temperatur 40 hingga 200o_{C dengan laju pemanasan 10}o_{C/menit. Pengujian}

dilakukan dalam kondisi vakum dengan pengaliran gas nitrogen.

e) Sifat mekanik dari membran separator imidazol dan Nanoselulosa-imidazol/mPTA dianalisis dengan uji tarik menggunakan Tensile Strength, sebelum pengujian sampel dibentuk sesuai standar ASTM D-412 dengan dimensi 140 mm x 25 mm. X 0,1 mm Uji tarik dilakukan dengan kecepatan pengujian 10mm/menit dan kuat tarik 100 N pada suhu ruang.

f) Daya serap metanol dan air merupakan salah satu parameter penting dalam DMFC. Pengukuran daya serap metanol dan air pada membran komposit ditentukan melalui

pengukuran massa membran sebelum dan sesudah direndam didalam air maupun metanol. Membran kering ditimbang terlebih dahulu sebelum direndam dalam air dan

metanol. Membran direndam dalam air untuk pengujian daya serap air dan direndam dalam metanol 5 M untuk pengujian daya serap metanol, perendaman masing-masing dilakukan selama 24 jam. Setelah perendaman, permukaan membran dikeringkan dengan tisu dan ditimbang kembali. Perhitungan persentase daya serap air dan metanol ditentukan melalui persamaan 3.3 dan 3.4.

%WU = Wbasah−Wkering

Wkering × 100% (3.3)

%MU = Wbasah−Wkering

W_kering × 100% (3.4)

Dimana %WU adalah persentase daya serap air (%), %MU adalah persentase daya serap metanol (%), Wbasah adalah berat membran setelah direndam (gram), Wkering adalah

(32)

28

4.3. Skema Kerja Penelitian

Skema kerja dari penelitian secara spesifik ditunjukan pada Gambar 3.1 dan skema kerja tiap tahun ditunjukkan pada Gambar 3.2. sebagai berikut:

Gambar 4. 1. Skema Kerja Penelitian Selulosa Mikrokristal Nanoselulosa PTA NC/PTA _{Karakterisasi} PTA mPTA NC-imidazol/mPTA _{Karakterisasi} Luaran I: Luaran II: Imidazol

(33)

29

Gambar 4. 2. Skema Kerja Penelitian Pertahun Membran komposit

Nanoselulosa-3.2.1. Ekstraksi Nanoselulosa

dan Preparasi membran nanoselulosa/PTA

3.2.2. Fabrikasi dan Optimasi

kinerja membran komposit Nanoselulosa-Imidazol/mPTA

3.2.1.1 Sintesis Nanoselulosa

3.2.1.2 Fabrikasi membran

komposit Nanoselulosa/PTA

3.2.2.1 Sintesis PTA mesopori

(mPTA) 3.2.2.2 Fabrikasi membran komposit Nanoselulosa-Imidazol/mPTA dengan 3.2.3.1 Karakterisasi material menggunakan SEM-PSA. XRD, FTIR, N2 Fisisorpsi, KTK, N2 3.2.3.1 Karakterisasi material menggunakan SEM-PSA. XRD, FTIR, TEM, N2 Fisisorpsi, KTK, N2 Piridin 3.2.3.2 Karakterisasi membran komposit menggunakan SEM-EDX. Wettability, TGA-DTA, 3.2.3.2 Karakterisasi dan kinerja membran komposit Tahun Pertama Tahun Kedua

(34)

30

4.4. Organisasi Tim 4.4.1 Ketua dan Anggota

Tabel 4. 1. Deskripsi Uraian Tugas Ketua dan Anggota Peneliti

Nama/NIP Keahlian Alokasi Waktu

(Jam/minggu) Uraian Tugas

Drs. Lukman Atmaja, M.Si. Ph. D./ 1961081619890 310001 Kimia Fisik, Sintesis dan karakeris asi membran untuk Fuel cell

10 Bertugas sebagai Ketua penelitian, memimpin penelitian, merancang dan mengkoordinasikan kerja dalam sintesis dan karakterisasi membran komposit nanoselulosa untuk DMFC serta ikut pada beberapa kegiatan proses penelitan Membimbing dan mengawasi kerja anggota penelitian dan mahasiswa dalam pelaksanaan penelitian

Membahas dan mendiskusikan permasalahan yang terjadi beserta penyelesaiannya

Bersama anggota penelitan dan mahasiswa menyusun artikel ilmiah, manuskrip publikasi dan naskah tugas akhir

Dr. Drs. Djoko Hartanto, M.Si/19621028 198803 1 001 Kimia Anorgani k, Sintesis dan karakeris asi material berpori

5 Membantu Ketua dalam pelaksanaan penelitian dan ikut berkoordinasi dengan ketua dalam penyusuan konsep penelitian tentang sintesis dan karakerisasi PTA mesopori.

Memantau pekerjaan mahasiswa dalam pelaksnaan penelitian dan membantu ketu adalam penyelesaian permsalahan

Membimbing mahasiswa dalam penulisan naskah tugas akhir dan publikasi ilmiah Dr. Bambang

Sudarmanta,

Bahan bakar

3 Membantu Ketua dalam pelaksanaan penelitian dan ikut berkoordinasi dengan

(35)

31 S.T., M.T./197301161 997021001 terbaruka n dan teknik pembakar an

ketua dalam penyusuan konsep penelitian tentang pembuatan membran

Memantau pekerjaan mahasiswa dalam pelaksnaan penelitian dan membantu ketua adalam penyelesaian permasalahan

Membimbing mahasiswa dalam penulisan naskah tugas akhir dan publikasi ilmiah

Fatati Analis

Kimia, keuangan

Laboran Asisten Monitoring Research in laboratory pemasangan peralatan dan setting alat glass

3.4.2 Mahasiswa

Tabel 4. 2. Deskripsi Uraian Tugas Mahasiswa

Nama/NRP Departemen/Fa

kultas Tugas

Agung Bagus

Pambudi/0121185001 2004

Kimia/FSAD Melakukan eksperimen di laboratorium untuk melakukan sintesis nanoselulosa dan PTA mesopori serta karakterisasinya.

Membantu penulisan publikasi ilmiah Arif

Priyangga/012119500 10015

Kimia/FSAD Fabrikasi membran komposit Nanoselulosa-imidazol/mPTA sebagai elektrolit pada DMFC dan melakukan karakterisasi membran komposit dan uji sifat kimia, fisika dan parameter elektrokimia lainnya

(36)

32