Isi Makalah

Makalah Kimia Analitik : Elektrokimia Kelompok 4

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Melambungnya harga BBM tak membuat penggunaan bahan bakar fosil

berkurang. Memang sudah saatnya dipikirkan mencari pengganti BBM. Teknologi

fuel cell bisa menjadi salah satu alternatif.

Salah satu teknologi yang ditawarkan adalah fuel cell yang berbahan bakar

dasar hidrogen. "fuel cell adalah perangkat elektronika yang mampu mengonversi

perubahan energi bebas suatu rekasi elektronikia menjadi energi listrik," Alat yang

sejenis fuel cell yang sering kita jumpai adalah baterai. baterai yang mempunyai

komponen2 kimia sebagai penyusunnya, akan mengubah energi kimia tersbut

menjadi energi listrik. akan tetapi energi baterai akan habis dan untuk mendapatkan

energi lagi kita harus menggantinya dengan baterei yang baru atau me recharge ulang

baterei tersebut.

Dengan fuel cell, bahan/senyawa kimia -sebagai sumber energi- akan terus

ada selama kita mengisi bahan bakar fuel cell tersebut. senyawa kimia yang paling

banyak dipakai dalam fuel cell adalah hidrogen dan oksigen. kedua senyawa tersebut

dipilih karena kelimpahannya di alam sangat banyak.

Prinsip kerja fuel cell

Fuel cell adalah alat konversi energi elektrokimia yang akan mengubah

hidrogen dan oksigen menjadi air, secara bersamaan menghasilkan energi

listrik dan panas dalam prosesnya. fuel cell merupakan suatu bentuk teknologi

1


sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar untuk mendapatkan

energinya kembali, dalam hal ini yang menjadi bahan bakar adalah oksigen

dan hidrogen.

Layaknya sebuah baterai, segala jenis fuel cell memiliki elektroda positif dan

negatif atau disebut juga katoda dan anoda. Reaksi kimia yang menghasilkan

listrik terjadi pada elektroda. Selain elektroda, satu unit fuel cell terdapat

elektrolit yang akan membawa muatan-muatan listrik dari satu elektroda ke

elektroda lain, serta katalis yang akan mempercepat reaksi di elektroda.

Umumnya yang membedakan jenis-jenis fuel cell adalah material elektrolit

yang digunakan. Arus listrik serta panas yang dihasilkan setiap jenis fuel cell

merupakan produk samping reaksi kimia yang terjadi di katoda dan anoda.

Karena energi yang diproduksi fuel cell merupakan reaksi kimia pembentukan

air, alat konversi energi elektrokimia ini tidak akan menghasilkan efek

samping yang berbahaya bagi lingkungan seperti alat konversi energi

konvensional (misalnya proses pembakaran pada mesin mobil). Sedangkan

dari segi efisiensi energi, penerapan fuel cell pada baterai portable seperti

2

Gbr 1. Diagram sel bahan bakar

http://dendiisnandar.files.wordpress.com/2009/09/picture1.jpg


pada handphone atau laptop akan sepuluh kali tahan lebih lama dibandingkan

dengan baterai litium. Dan untuk mengisi kembali energi akan lebih cepat

karena energi yang digunakan bukan listrik, tetapi bahan bakar berbentuk cair

atau gas.

Cara kerja fuel cell

Pertama, anoda sebagai kutub negatif fuel cell. Anoda merupakan elektroda

yang akan mengalirkan elektron yang lepas dari molekul hidrogen sehingga

elektron tersebut dapat digunakan di luar sirkuit. Pada materialnya terdapat

saluran-saluran agar gas hidrogen dapat menyebar ke seluruh permukaan

katalis.

Kedua, katoda sebagai kutub elektroda positif fuel cell yang juga memiliki

saluran yang akan menyebarkan oksigen ke seluruh permukaan katalis.

Katoda juga berperan dalam mengalirkan elektron dari luar sirkuit ke dalam

sirkuit sehingga elektron-elektron tersebut dapat bergabung dengan ion

hidrogen dan oksigen untuk membentuk air.

Katalis yang digunakan untuk memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen.

Katalis umumnya terbuat dari lembaran kertas karbon yang diberi selapis tipis

bubuk platina. Permukaan katalis selalu berpori dan kasar sehingga seluruh

area permukaan platina dapat dicapai hidrogen dan oksigen

Pemakaian Fuel Cell

Di banyak negara maju, teknologi sel tunam sudah bukan barang baru lagi.

Negara seperti Amerika Serikat (AS), Jepang, Jerman atau Inggris telah

mengembangkan teknologi ini sejak lama. Di negara ini yang menjadi pemicu

pemakaian hidrogen sebagai bahan bakar kendaraan adalah isu lingkungan

dan konservasi energi.

3


Produsen kendaraan seperti General Motors (GM) misalnya sudah merilis

prototipe mobil berbahan bakar hidrogen. Mobil yang rencananya akan

komersial pada tahun 2010 ini menggunakan sel tunam berbentuk wafer yang

berfungsi memisahkan atom hidrogen menjadi proton dan elektron. Dengan

memakai elektron sebagai arus listrik, digabungkan proton dengan oksigen

dari udara, sehingga hasil sampingnya hanya uap air.

Bukan hanya kendaraan bermotor saja yang dianggap layak memanfaatkan sel

tunam, melainkan juga bidang teknologi informasi (TI). Produsen komputer

jinjing (laptop) Jepang misalnya, mengembangkan teknologi ini pada

sejumlah produknya. Tidak semua sel tunam bisa dipakai untuk alat elektronik

portabel, hanya sel tunam metanol langsung (direct methanol fuel cell) yang

termasuk sel tunam alkalin saja yang bisa. Apabila diproduksi secara masal

maka harga sel tunam bisa bersaing dengan baterai Lithium-ion yang kini

banyak digunakan. Densitas energinya bahkan bisa 5-10 kali lebih besar

baterai Lithium-ion.

NASA menggunakan “fuel cell “. Sebuah produsen alat elektronik terkenal di

Amerika, selama tahun 1960-an memproduksi tenaga listrik berbasis fuel cell

untuk NASA sebagai tenaga pesawat ruang angkasanya yaitu Gemini dan

Apollo. Sistem fuel cell yang dipakai dalam alat ini berdasar pada sel Bacon.

Sampai sekarang, tenaga yang dipakai dalam pesawat ruang angkasa tetap

memakai fuel cell karena dengan fuel cell energi yang dipakai tidak terlalu

ribet seperti baterai atau tenaga nuklir yang cukup riskan. Dalam hal

penelitian teknologi fuel cell, NASA telah mendanai lebih dari 200 riset.

Mikroba untuk “fuel cell” .Tak hanya itu, teknologi fuel cell yang ditemukan

juga menjadi bervariasi, seperti ditemukannya fuel cell yang lebih efisien

dalam menghasilkan gas hidrogen hingga jumlahnya semakin berlipat.

Teknologi ini bahkan melibatkan proses fermentasi oleh mikroba yang

sebelumnya sangat mustahil sekali di dalam produksi bahan bakar.

4


Teknologi ini berkembang sejak tahun 2.000 yang kita kenal sebagai MFC

atau Microbial Fuel Cell. MFC ini selain menghasilkan hidrogen yang banyak

hingga 4 kali lipat dari fuel cell biasa, substrat yang dipakai mikroba dalam

berfermentasi adalah limbah rumah tangga, industri ataupun limbah pertanian

yang tidak terpakai sehingga selain yang dihasilkan adalah gas hidrogen juga

didapatnya produk akhir berupa air bersih yang tentu saja dapat dipakai untuk

berbagai macam kebutuhan.

5


BAB II

Jawaban Pertanyaan

Topik 1

1. Apa yang dapat anda jelaskan mengenai pernyataan bahwa teknologi fuel cell

menawarkan produksi listrik yang lebih efisien dan kurang polusi?

Dibandingkan dengan bahan bakar karbon yang memiliki efisien 40 %

dan sisanya berupa panas dan gas buang CO2 , fuel cell memiliki efisiensi

sebesar 70 % dan yang dihasilkan dari sistem feul cell berupa air sehingga

sangat ramah lingkungan dan kurang polusi.

2. Bagaimana menurut anda potensi hidrogen sebagai sumber energi masa

depan?

Hidrogen sebagai sumber energi memiliki kelebihan dan

kekurangannya tersendiri seperti halnya dengan benda di alam ini yang

memiliki tujuan yang baik dan dampak negatif jika tidak digunakan secara

bijaksana. Hidrogen adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-

kira 75% dari total massa unsur alam semesta. Dan akibat dari adanya siklus

hidrogen, kuantitas dar gas hidrogen tersebut berjumlah sama dari sebelum

digunakan. Dalam hal ini, hidrogen sangat cocok digunakan untuk

mendukung kebutuhan manusia dalam hal energi.

Namun, hidrogen juga memiliki kekurangannya sebagai gas itu

sendiri. Gas hidrogen merupakan gas diatomik yang mudah terbakar dan akan

terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas.Selain itu jika

sumber hidrogen yang digunakan adalah air, maka proses elektrolisis untuk

menghasilkan hidrogen akan menyebabkan mahalnya produksi gas secara

komersial

6


3. Bagaimana cara kerja/proses yang terjadi dari setiap komponen yang ada

dalam siklus hidrogen energi surya, yang sedang anda teliti?

Dalam siklus hidrogen energi surya, hal pertama yang bekerja terlebih

dahulu adalah sel surya yang dipancarkan oleh sinar matahari sehingga atom2

dalam sel surya bekerja untuk menghasilkan energi. Kemudian energi tersebut

digunakan dalam proses elektrolizer. Di dalam elektrolizer tersebut, air

dimasukkan kemudian di elektrolisis untuk menghasilkgas hidrogen.

Gas hidrogen yang dihasilkan dari elektrolizer tersebut di simpan di

penyimpanan hidrogen untuk kemudian di gunakan dalam fuel cell. Hidrogen

yang telah memasuki sistem fuel cell tersebut kemudian teroksidasi oleh

katalis (sebagai bahan bakar), menjadi ion bermuatan postif dan elektron yan

bermuatan negatif. Substansi elektrolit di fuel cell di disain sedemikian rupa

sehingga iion dapat melewatinya namun elektron bermuatan negatif tidak. Hal

ini menyebabkan terjadinya energi arus listrik. Setelah ion melewati

elektrolit, ion tersebut memasuki katode yang kemudian akan bertemu

kembali dengan elektron dan di katode terebuut dimasukkan oksigen sehingga

akan membentuk molekul air. Air tersebut merupakan zat buang dari sistem

tersebut.

Fitur desain yang paling penting dalam sel bahan bakar adalah:

- Zat elektrolit. Zat elektrolit biasanya mendefinisikan tipe sel bahan bakar.

- Bahan bakar yang digunakan. Bahan bakar yang paling umum adalah

hidrogen.

- Katalis anoda, yang memecah bahan bakar menjadi elektron dan ion. Katalis

anoda biasanya terdiri dari serbuk platina sangat halus.

- Katalis katoda, yang mengubah ion hidrogen untuk kemudian menjadi

senyawa air. Katalis katoda sering terdiri dari nikel .

7


4. Apakah keuntungan bila menggabungkan sistem energi surya dengan sistem

sel bahan bakar? Serta apa hambatan dalam aplikasinya?

Perkembangan sistem energi surya dan sel bahan bakar memiliki kesempatan

untuk menggantikan bahan bakar hidrokarbon sebagai bahan bakar alternatif di

masa depan.

Keuntungan dari penggunaan sel bahan bakar dan sel surya antara lain :

Bahan mentah yang digunakan sebagai sumber energinya melimpah.

Prinsip kerja sel bahan bakar ini menggunakan prinsip elektrokimia

dimana hidrogen dan oksigen direaksikan untuk kemudian membentuk air

sebagai keluarannya. Reaksi oksigen dan hidrogen menjadi air ini

menghasilkan energi listrik yang dapat digunakan untuk mengaliri sirkuit

listrik di luarnya.

Bahan mentah untuk sel surya merupakan energi yang paling

melimpah. Cahaya matahari adalah sumber energi utama kehidupan di bumi.

Cahaya matahari yang selalu ada dapat digunakan sebagai sumber energi

yang dapat diandalkan.

Sel bahan bakar dan sel surya memiliki efisiensi yang relatif tinggi

Kendaraan yang berbahan bakar hidrogen murni memiliki potensi

efisiensi sebesar kurang lebih 64% dibandingkan dengan mesin berbahan

bakar bensin yang hanya 20%. Sel bahan bakar juga dapat merubah 80%

energi kimia menjadi energi listrik.

Pada sel surya, energi yang jatuh ke atas sel fotovoltaik seluruhnya

diserap oleh atom silikon pembentuk sel fotovoltaik tersebut untuk

melepaskan elektron bebasnya yang kemudian mengalir dan menghasilkan

arus. Jadi, dapat diperkirakan efisiensi sel surya hamper mendekati 100%

8


Selain keuntungan yang cukup signifikan, teknologi baru sel bahan bakar dan

sel surya juga memiliki kendala dalam aplikasinya, antara lain :

Biaya

Komponen-komponen yang digunakan dalam pada sel bahan bakar masih

mahal. Pada PEMFC saja, membran, katalis logam Platinum, dan keping

bipolarnya merupakan bagian-bagian yang masih berharga tinggi. Untuk

dapat bersaing, listrik sel bahan bakar haruslah berharga $35/KW padahal

harga sekarang masih $73/KW.

Keawetan

Pada sel bahan bakar, membran dapat terdegradasi pada suhu tinggi,

sedangkan pada sel bahan bakar jenis lain material yang digunakan

berkecenderungan mengalami korosi.

Infrastruktur

Infrastruktur seperti perpipaan, transportasi, stasiun pengisian bahan bakar

hidrogen, pabrik penghasil hidrogen, dan tempat penyimpanan hidrogen

masih belum tersedia hingga saat ini.

5. Bagaimana menjelaskan keunggulan penggunaan sel bahan bakar dalam

kendaraan dibandingkan dengan baterai (accu)?

Sel bahan bakar yang bisa digunakan untuk kendaraan adalah Polymer

exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Tipe fuel cell ini bekerja pada suhu

operasi yang relatifrendah yaitu sekitar (60-80 0C). Suhu operasi ini tepat

untuk penggunaan pada kendaraan bermotor karena tidak memerlukan waktu

cukup lama untuk proses pemanasan sebelum mulai menghasilkan energi

listrik.

Energi listrik dari fuel cell dapat dihasilkan secara terus menerus. Hasil output

dari fuel cell ini yang berupa air dapat didaur ulang dan kembali digunakan

sebagai bahan bakar fuel cell, sehingga dapat dikatakan energi dari fuel cell

9


tidak akan habis. Selain itu, efisiensinya yang dapat mencapai 64% juga

menguntungkan.

Pada baterai yang bekerja dengan prinsip elektrokimia yang sejenis dengan

fuel cell, penggunaannya pada kendaraan menghasilkan efisiensi kurang lebih

72%. Namun suatu sumber listrik eksternal juga diperlukan untuk menyalakan

kendaraan / mengisi ulang baterai. Listrik tersebut diperoleh dari pembangkit

listrik yang prosesnya hanya memiliki efisiensi 40%, sedangkan proses

pengisian baterai ini memiliki efisiensi sekitar 90%. Setelah semua efisiensi,

efisiensi kendaraan sebesar 72%, 40% untuk pebangkit listrik dan 90% untuk

mengisi ulang, maka total efisiensinya hanya sekitar 26%.

Dengan melihat value efisiensi antara fuel cell dan baterai, dapatlah dikatakan

bahwa fuel cell lebih menguntungkan.

Topik 2

1. Bagaimana gambar sel tersebut

10


2. Apa reaksi yang terjadi pada sel baterai tersebut

Reaksi yang terjadi pada sel volta tersebut merupakan reaksi redoks spontan,

yaitu reaksi yang berlangsung serta merta. Reaksi ini disertai dengan

pembebasan energi berupa panas yang akan ditandai dengan naiknya suhu

larutan. Kita mengetahui bahwa pada reaksi redoks tersebut terjadi

permindahan elektron dari reduktor ke oksidator.

Jika kita melihat gambaran sel volta pada umumnya, akan terlihat bahwa pelat

Zn akan dimasukkan ke dalam larutan yang mengandung ion Zn2+ (larutan

garam Zn, yaitu ZnSO4), sementara pelat Pb akan dicelupkan ke larutan yang

mengandung ion Pb2+ (larutan garam Pb, yaitu PbSO4). Akan tetapi pada

gambaran baterai di atas, di dalam suatu wadah terdapat larutan ZnSO4 dan

padatan PbSO4, dan larutan akan menjadi jenuh oleh PbSO4. Hal ini akan

membuat logam Zn larut sambil melepas dua elektron.

Zn(s) -> Zn2+(aq) + 2e

Elektron yang dibebaskan tidak memasuki larutan, tetapi tertinggal pada logam

Zn itu. Elektron tersebut selanjutnya akan mengalir ke pelat Pb melalui kawat

penghantar (dalam soal ini Pb Ion Pb2+ akan mengambil elektron dari logam

tersebut kemudian mengendap

Pb2+q) + 2e -> Pb)

11


Dengan demikian, rangkaian tersebut dapat menghasilkan aliran elektron

(listrik).

3. Logam mana yang menjadi katoda dan logam mana yang menjadi anoda?

Mengapa?Bagaimana menuliskan sel elekrokimia tersebut?

3. Logam yag menjadi katoda adalah Zn dan mengalami reaksi oksidasi

Logam yang menjadi anoda adalah Pb dan mengalami reaksi reduksi

Karena sesuai dengan deret volta, semakin kiri dari deret volta maka sifat

unsurnya semakin mudah mengalami oksidasi, sedangkan semakin kekanan dari

deret volta maka sifat unsurnya semakin mudah mengalami reduksi.

Deret volta merupakan urutan unsur berdasarkan data potensial reduksi, makin ke

kanan, harga E0 makin besar sehingga makin mudah mengalami reduksi dan sukar

mengalami oksidasi sebaliknya, makin ke kiri harga E0 makin kecil, berarti makin

sukar mengalami reduksi dan makin mudah mengalami oksidasi

Notasi sel:

Katoda//anoda

Zn/Zn2+//Pb2+/Pb

4. Apakah anda dapat memeperkirakan besarnya tegangan potensial dalam sel

tersebut?

Pada sel tersebut, Pb mengalami reaksi reduksi sedangkan Zn mengalami reaksi

oksidasi. Tegangan potensial pada sel tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:

Esel = Ekatoda – Eanoda

Pb2+ + 2e- Pb E0 = – 0.13

Zn Zn 2+ + 2e - E0 = + 0.76 –

Zn + Pb2+ Zn2+ + Pb E0 = 0.63 volt

12


Jadi, tegangan potensial dalam sel tersebut 0.63 V

5. Perbedaan potensial antara hasil eksperimen dan teoritis dikarenakan hasil

teoritis berdasarakan kondisi standar yaitu 25o C ( 1 atm ) dan konsentrasi

masing-masing 1 M. sedangkan hasil eksperimen didasarkan dengan adanya

perbedaan konsentrasi Zn dengan Pb. Diketahui konsentrasi Zn 0.05 M sehingga

tidak sesuai pada kondisi standar, sehingga penentuan besar potensialnya berbeda

yaitu dengan menggunakan Persamaan Nerst.

6. Untuk menentukan Potensial pada baterai tersebut digunakan persamaan Nerst

sebagai berikut.

E =Eo – 0.0592

n log

(C)c+(D)d

( A)a+(B)b

Ket : n = jumlah mol elektron

Sehingga Untuk mendapatkan Potensial Sel sebesar 0.529 V, konsentrasi Pb dapat

dicari dengan persamaan sebagai berikut

Zn + Pb2+ Zn2+ + Pb

E =Eo – 0.0592

n log¿¿¿

0.529 =0.63 – 0.0592

2 log 0.05

¿¿¿

0.05922

log 0.05¿¿¿

= 0.101 V

log 0.05¿¿¿ = 3.41

[Pb2+] =1.935 x 10 -5 M

13


BAB III

Penutup

3.1 Kesimpulan

1. Hidrogen akan mampu menggantikan pemakaian bahan bakar fosil yang dapat

mendekati emisi nol, yaitu emisi tanpa ada gas/partikel hidrokarbon tanpa CO,

CO2, CH. Tetapi hanya menghasilkan hasil sampingan berupa H2O(air)

2. Pengoperasian produksi hidrogen dengan cara digandengkan dengan generator

lain pada sistem Sel Pembakaran dapat ditingkatkan, seperti pada

penggunaanteknologi fotovoltaik.

3. Efisensi yang dihasilkan fuel cell lebih besar dibandingkan bahan bakar karbon

yaitu 70 %

4. Teknologi fuel cell juga memiliki kendala yang perlu diminimalisir dengan riset

perkembangan teknologi

14


3.2 Saran

Penggunaan sel bahan bakar dan sel surya sebagai energi alternatif pengganti

bahan bakar sangatlah dianjurkan. Namun, pengaplikasian secara massal belum

memungkinkan dalam waktu dekat ini. Lebih banyak penelitian diperlukan untuk

meminimalisasi kerugian dari penggunaan bahan bakar alternative ini.

Daftar Pustaka

Anonim, http://dendiisnandar.wordpress.com/2009/09/21/fuel-cell-hydrogen-

sebagai-energi-alternatif-pada-bts/ (Diakses pada 13 oktober 2010 )

Anonim, http://www.alpensteel.com/article/65-109-energi-fuel-cell-sel-bahan-

bakar/1768--teknologi-fuel-cell-sebagai-energi-alternatif.html (Diakses pada 13

Oktober 2010 )

Day Jr., R. A, dan Underwood, A.I,. Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta,

Erlangga,2001.

Skoog,Douglas A.,West,Donald M.,dan Holler, F.James.”Fundamental of Analytical

Chemestry”. New York:Saunders College Publishing.A Harcourt Brace Jovanovich

College Publisher.1991.

15


D. A. Skoog, et. Al. Fundamentals of Analytical Chemistry, 7th edition.

Khopkar, S.M. 2007. Konsep Dasar Kimia Analitik. Universitas Indonesia: Depok.

Nice, Karim, dan Jonathan Strickland. ”How Fuel Cell Works”.

http://www.howstuffworks.com/howfuelcellworks (3 Oktober 2010)

Ratna, dkk. “Sel Elektrolisis”. www.chem-is-try.org (Diakses pada 10 Oktober 2010)

Toothman, Jessica, dan Scout Aldous. ”How Solar Cell Works”.

http://www.howstuffworks.com/chem/howsolarcellworks (3 Oktober 2010)

16

Isi Makalah

Documents

Transcript of Isi Makalah