commit to user
i
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT BERLAPIS
SDC-YSZ-SDC SEBAGAI ELEKTROLIT PADAT
UNTUK SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
Disusun Oleh :
AHMAD SYAHRONI
M0308076
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
commit to user
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Pembuatan dan
Karakterisasi Komposit Berlapis SDC-YSZ-SDC sebagai Elektrolit Padat
untuk SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)” adalah benar-benar hasil penelitian sendiri
dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar
kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak
terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain,
kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar
pustaka.
Surakarta, September 2013
AHMAD SYAHRONI
commit to user
iv
ABSTRAK
Ahmad Syahroni. 2013. PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT BERLAPIS SDC-YSZ-SDC SEBAGAI ELEKTROLIT PADAT UNTUK SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). Skripsi. Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret.
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan material elektrolit dari Sm0.2Ce0.8O1.9 (SDC) dan (Y2O3)0.08 (ZrO2)0.92 (YSZ). Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari struktur kristal, karakter konduktivitas, dan energi aktivasi dari SDC, YSZ dan komposit berlapis SDC-YSZ-SDC.
Analisis XRD yang dilanjutkan dengan refinement menggunakan metode Le Bail menunjukkan bahwa kristal SDC berada pada fasa kubik dengan gugus ruang Fm3m. Pelapisan SDC pada YSZ dapat menurunkan parameter sel SDC dari 5,434036(2) Ǻ menjadi 5,433(0) Ǻ dan menurunkan volume sel SDC dari 160,460251(9) Ǻ3 menjadi 160,36853(0) Ǻ3. Pada suhu 600 oC, SDC memiliki konduktivitas elektronik yang mengindikasikan adanya migrasi elektron di dalam material elektrolit. Sehingga dapat menyebabkan sirkuit pendek saat fuel cell dioperasikan. Sementara itu, kombinasi SDC-YSZ-SDC terbukti memiliki konduktivitas elektronik yang lebih rendah, meskipun konduktivitas ionik juga menjadi lebih rendah daripada SDC pada suhu yang sama. Komposit SDC-YSZ-SDC memiliki nilai faktor pra-eksponensial 7,213, yang lebih besar daripada SDC-YSZ-SDC yaitu 8,082. Hal ini menunjukkan kekosongan oksigen dalam komposit lebih sedikit dibandingkan di dalam SDC. Energi aktivasi dari SDC, YSZ dan SDC-YSZ-SDC masing-masing adalah 1,0348 eV, 0,8507 eV dan 1,1229 eV.
Kata kunci: samarium doped ceria, yttrium stabillized zirconia, komposit,
commit to user
v
ABSTRACT
Ahmad Syahroni. 2013. FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF LAYERED COMPOSITE SDC-YSZ-SDC AS SOLID ELECTROLYTE FOR SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). Thesis. Department of Chemistry. Faculty of Mathematics and Natural Sciences. Sebelas Maret University.
A research on the preparation of Sm0.2Ce0.8O1.9 (SDC) and (Y2O3)0.08 (ZrO2)0.92 (YSZ) as electrolyte material has been conducted. This research aims to study the crystal structure, the conductivity character and the energy ionic migration inside the SDC, YSZ, and layered composite of SDC-YSZ-SDC.
XRD measurement equipped with Le Bail refinement shows that SDC crystallized in single phase of cubic with space group of Fm3m. Coating SDC on YSZ can reduces the cell parameter of SDC from 5.434036(2) Ǻ to 5.433(0) Ǻ and also reduces the cell volume of SDC from 160.460251(9) Ǻ3 to 160.36853(0) Ǻ3
. At 600 oC, SDC have an electronic conductivity that indicates the presence of electrons migration inside electrolyte material. Thy can promotes short circuit during the fuel cell is operation. Meanwhile, the combination of SDC-YSZ-SDC shows lower electronic conductivity, eventhough the ionic conductivity is also become lower than SDC at the same temperature. The composite of
SDC-YSZ-Keyword: samarium doped ceria, yttrium stabillized zirconia, composite, crystal
commit to user
vi
MOTTO
“Barangsiapa bertakwa pada Allah, maka Allah memberikan jalan keluar
kepadanya dan memberi rezeki dari arah yang tidak disangka-sangka.
Barangsiapa yang bertaqwa pada Allah, maka Allah jadikan urusannya
menjadi mudah. Barangsiapa yang bertaqwa pada Allah akan dihapuskan
dosa-dosanya dan mendapatkan pahala yang agung”
(QS. Ath-Thalaq: 2, 3, 4)
Sesungguhnya sesudah kesulitan ada kemudahan. Maka apabila kamu telah
selesai (urusan dunia), bersungguh-sungguhlah (dalam beribadah), dan
hanya kepada Tuhanmulah kamu berharap.
(Q.S Al Insyirah 6-8)
Imagination is more important than knowledge.
(Albert Einstein)
Keberhasilan adalah kemampuan untuk melewati dan mengatasi dari satu
kegagalan ke kegagalan berikutnya tanpa kehilangan semangat.
(Winston Chuchill)
Ketergesaan dalam setiap usaha membawa kegagalan.
commit to user
vii
PERSEMBAHAN
Teriring syukurku kepada-Mu atas terselesaikannya skripsi ini.
Kupersembahkan skripsi ini kepada :
Ibu dan Bapak, atas semua kasih sayang dan doa
yang tak henti-hentinya,
Kakakku Elmi Syaidah yang selalu memberikan
support dalam kehidupanku,
Saudara-saudaraku Budhe Sri Sutarni, Mas Denis
Putra Sanjaya dan Mas Suprek yang selalu
membina dan mengarahkanku kejalan yang benar,
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan limpahan rahmat dan
karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan proposal penelitian
dengan judul:
“Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Berlapis SDC-YSZ-SDC Sebagai Elektrolit Padat untuk SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)”. Sebuah karya
sesungguhnya sulit dikatakan sebagai usaha satu orang, tanpa dukungan dan peran
serta dari yang lainnya. Demikian juga penelitian ini tidak akan mungkin
terselesaikan tanpa adanya dorongan semangat yang besar dan kritik yang
membangun dari semua pihak. Karenanya penulis sampaikan ucapan terimakasih
kepada:
1. Allah SWT yang telah memberikan kemudahan dalam segala hal kepada
penulis sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.
2. Ibu dan Bapak yang senantiasa memberikan dukungan dan dorongan demi
terselesaikannya skripsi ini.
3. Ibu Dr. Fitria Rahmawati, M.Si., selaku pembimbing skripsi yang telah
meluangkan waktu, bimbingan dan arahan demi terselesaikannya skripsi
ini.
4. Bapak Drs. Patiha, M.S., selaku Penguji I dan Bapak Edi Pramono, M.Si.,
selaku Penguji II.
5. Bapak M. Widyo Wartono, M.Si selaku pembimbing akademik yang telah
memberikan banyak masukan dan nasihatnya.
6. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si., selaku ketua jurusan kimia.
7. Budhe Ni, Mbak Elmi, Mas Denys, Mas Prek, Mbak Jani yang selalu
menyemangati penulis dalam segala hal.
8. Fendry, Nova, Dicky, Doni, Reza yang selalu menemani dan memberi
pengarahan kepada penulis saat dalam kebimbangan.
9. Eti, Irvina, Ahmad, Anang, Putri, Ayu, Rini yaitu rekan kerja dalam
penelitian yang selalu menemani dalam suka dan dukanya penelitian.
commit to user
ix
11. Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan.
Dalam penulisan proposal ini tentu pula tidak lepas dari berbagai
kekurangan dan kesalahan, karenanya saran dan masukan dari pembaca sangat
penulis harapkan demi kesempurnaan penulisan berikutnya.
Surakarta, September 2013
commit to user
x
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
ABSTRAK ... iv
1. Identifikasi Masalah ... 4
commit to user
7. Spektroskopi Impedansi ... 19
8. Metode Le Bail pada Program Reitica ... 21
B. Kerangka Pemikiran ... 21
C. Hipotesis ... 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 24
A. Metode Penelitian ... 24
1. Sintesis SDC dari precursor cerium nitrat dan samarium nitrat ... 25
2. Pembuatan komposit berlapis SDC-YSZ-SDC ... 26
3. Karakterisasi ... 26
E. Teknik Pengumpulan dan Pengolahan Data ... 27
F. Analisis Data ... 27
BAB IV HASIL DAN PEBAHASAN ... 29
A. Sintesis dan Karakterisasi SDC, YSZ dan SDC-YSZ-SDC ... 29
B. Analisis Konduktivitas dan Energi Aktivasi dari SDC, YSZ dan komposit berlapis SDC-YSZ-SDC ... 36
commit to user
xii
A. Kesimpulan ... 43
B. Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44
commit to user
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1. Parameter sel SDC, YSZ dan SDC-YSZ-SDC. Refinement dilakukan dengan metode Le Bail. ... 34
Tabel IV.2. Harga konduktivitas dan kapasitansi dari SDC, YSZ dan SDC-YSZ-SDC pada berbagai variasi suhu. ... 40
commit to user
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1. Skema sel bahan bakar (William, 2004) ... 8
Gambar II.2. Skema Prinsip dasar dari berbagai jenis Fuel Cell (Ying Ma, 2009)..10
Gambar II.3. Skema dari prinsip operasi dari sel bahan bakar oksida padat
(Rahmawati, 2012). ... 11
Gambar II.4. Konduktivitas ionik spesifik dari beberapa material elektrolit (Singhal, 2003). ... 13
Gambar II.5. Mekanisme konduksi ion dalam kristal (a) mekanisme kekosongan, (b) mekanisme Interstisial dan (c) mekanisme kekosongan-interstisial (diadopsi dari Effendy, 2008) ... 15
Gambar II.6. Klasifikasi komposit berdasarkan fase bulk phase (Schwarzt, 1992) 16
Gambar II.7. Difraksi Sinar-X oleh kisi kristal (Park et al., 2002) ... 18
Gambar II.8. Impedansi khas plot untuk sampel polokristalin untuk sirkuit setara (Hui S. et al., 2007) ... 20
Gambar III.1. Plot impedansi dari YSZ (sumber data dari Schouler et al., 1983). Sumbu x adalah Zreal (Z’) dan sumbu y adalah Zimaginer (Z”) ... 28
Gambar IV.1. Perbandingan pola XRD dari SDC hasil sintesis dengan standar ICSD #28792 ... 29
Gambar IV.2. Pola difraksi sinar X dari YSZ dengan perbandingan standar YSZ (ICSD #90889) ... 30
Gambar IV.3. Pola XRD dari SDC-YSZ-SDC, YSZ, dan SDC ... 31
Gambar IV.4. Plot Le Bail dari satu fasa SDC dengan struktur kubik dan gugus ruang Fm3m... 32
Gambar IV.5. Plot Le Bail dari YSZ dengan struktur tetragonal dan gugus ruang P42/nmcS... 33
Gambar IV.6. Plot Le Bail dari SDC-YSZ-SDC dengan fasa satu SDC dengan struktur kubik, gugus ruang Fm3m serta fasa dua YSZ dengan struktur tetragonal, gugus ruang P 42/nmcS ... 33
commit to user
xv
Gambar IV.8. Hasil analisis SEM dari SDC (a), YSZ (b) dan SDC-YSZ-SDC (c) .. 36
Gambar IV.9. Kurva hasil fitting data impedansi SDC pada berbagai suhu pengukuran dengan menggunakan ZView ... 37
Gambar IV.10. Kurva hasil fitting data impedansi YSZ pada berbagai suhu pengukuran dengan menggunakan ZView ... 38
Gambar IV.11. Kurva fitting data impedansi SDC-YSZ-SDC pada berbagai suhu . 39
commit to user
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Bagan Prosedur Kerja ... 47
Lampiran 2. Pola Difraksi SDC, YSZ dan SDC-YSZ-SDC ... 49
Lampiran 3. Hasil Pengukuran SEM/EDX ... 51
Lampiran 4. Hasil Fitting Data Impedansi dengan Program ZView ... 55
