TUGAS ELEKTROKIMIAMAKALAH PHOSPHORIC ACID FUEL CELL

Disusun Oleh :Inggil HanidyaAnggun NurhayatiSamuel Budi UAgny M NurezaFadil A Eko P(2713100014)(2713100054)(2713100091)(2713100126)(2713100507)

FUEL CELL: Phosphoric Acid Fuel cell (PAFC)A. DEFINISI1. Fuel cell (Sel Bahan Bakar)Fuel cell merupakan suatu bentuk teknologi sederhana seperti baterai yang dapat diisi bahan bakar untuk mendapatkan energinya kembali, Fuel cell bekerja berdasar prinsip pembakaran listrik-kimiawi, cell ini akan memproduksi energi listrik arus searah. Fuel cell ini terdiri dari elektrolit yang memisahkan katoda dari anoda, elektrolit hanya dapat menghantar ion saja, sedangkan elektron tidak dapat melewati elektrolit, jadi elektrolit ini bukan penghantar listrik dan juga menghindarkan terjadinya reaksi kimia. Pada anoda akan dialirkan secara berkesinambungan bahan bakar dan pada kattode dialirkan oksigen pengaliran ini dilakukan secara terpisah.Karena pengaruh katalisator pada elektroda, maka molekul-molekul dari gas yang dialirkan akan berubah menjadi ion. Reaksi pada anoda menghasilkan elektron yang bebas, sedang pada katoda elektron yang bebas akan diikat. Elektron-elektron bebas yang terjadi harus dialirkan keluar melalui penghantar menuju ke anoda, agar proses listrik-kimiawi dapat berlangsung. Panas yang timbul dari hasil reaksi kimia harus terus menerus dibuang, agar energy listrik dapat terbentuk secara kontinyu (Suhada A. 2001)Jenis dari pada fuel cell ditentukan oleh material yang digunakan sebagai elektrolit yang mampu menghantar proton. Pada saat ini ada sekitar 7 jenis fuel cell yaitu: Alkaline (AFC), Proton exchange membrane / proton elektrolyt membrane (PEM), Phosphoric Acid (PAFC) Molten carbonate (MCFC), Solid oxide (SOFC), Direct methanol fuel cell (DMFC), dan Regenerative fuel cell

2. Phosphoric Acid Fuel cell (PAFC)PAFC, sel bahan bakar yang pertama kali dikomersilkan yang kemudian dikembangkan pada pertengahan 1960-an berupa stabilitas, kinerja, dan biaya serta telah teruji lapang pada 1970-an. Phosphoric Acid Fuel cell merupakan sel bahan bakar yang menggunakan asam fosfat liquid sebagai elektrolit. Elektrolit yang digunakan berkonsentrasi tinggi atau asam fosfat liquid (H3PO4) jenuh dalam matriks silikon karbida (SiC). Rentang operasi adalah sekitar 150 sampai 210 C. Elektroda terbuat dari kertas karbon dilapisi dengan katalis platinum yang terdispersi dengan baik.B. CARA KERJA FUEL CELL- Prinsip kerja fuel cell merupakan kebalikan proses elektrolisa, dimana hidrogen direaksikan dengan oksigen dan menghasilkan listrik. 2H2 + O2 2H2O (1)- Pada anoda, asam dari elektrolit, hidrogennya akanterionisasi menghasilkan elektron dan ion hidrogen(proton). Reaksi ini akan membebaskan energi.2H2 4H+ + 4e- (2) Sementara di katoda, oksigen bereaksi dengan elektron yang diambil dari elektroda dan proton (ion hidrogen)membentuk air. O2 + 4e- + 4H+ 2H2O (3)Gambar 1. Struktur dasar fuel cell (Dewi, 2009)Asam fosfat dalam larutan air terdisosiasi menjadi ion fosfat dan ion hidrogen (H+ ) bertindak sebagai pembawa muatan H3PO4 H+ +H2PO4 Asam fosfat secara kimiawi stabil, dan mudah untuk dikendalikan. Ia juga memiliki tekanan uap yang sangat rendah pada suhu operasi 200 C (473 K). Ini berarti asam fosfat di lapisan elektrolit tidak dapat dengan mudah keluar dari sel bahan bakar bersama-sama dengan gas buang sel, meskipun dalam jangka panjang terjadi degradasi kinerja sel (Sotouchi, et al, 2005). Seperti halnya prinsip dasar fuel cell, gambaran umum kinerja PAFC ditampilkan dalam gambar 2.1. Bahan bakar hidrogen disalurkan ke anoda, di sisi lain oksigen dari udara disalurkan ke katoda2. Pada anoda, katalis platinum menyebabkan hidrogen terpecah menjadi ion hidrogen bermuatan positif (proton) dan elekron bermuatan negatif.

3. Elektrolit hanya memperbolehkan proton untuk melewati katoda. Sementara elektron bergerak menuju sirkuit eksternal menuju katoda. Pergerakan elektron ini mampu menghasilkan arus listrik.4. Pada katoda, kombinasi proton dan elektron dengan oksigen menghasilkan air yang mengalir keluar sel. Produk lain adalah sisa panas, yang dalam beberapa aplikasi dipakai dan digunakan kembali. Gambar 2. Prinsip kerja PAFC (Binder,2006)

Gambar 3. Prinsip kerja PAFC (e-sources.com)

C. STRUKTUR SELPAFC terdiri dari sepasang elektroda berpori (elektroda bahan bakar dan elektroda udara) terbentuk dari bahan karbon. Diantara elektroda tersebut, terdapat lapisan elektrolit yang terdiri dari matriks terimpregnasi dengan larutan asam fosfat berkonsentrasi tinggi.Pada lapisan katalitik dari elektroda terjadi reaksi yang terdiri dari bahan karbon, partikel katalis logam (minute metal catalyst particles), dan water repellant material sehingga reaksi gas dan elektrolit dipertahankan efektif. Tegangan yang diperoleh dari sel bahan bakar tunggal 0,6-0,8 V atau lebih, dalam kekuatan yang sebenarnya beberapa ratus sel ditumpuk dan dihubungkan secara seri, membentuk sub unit yang disebut "sel stack." Dalam reaksi elektrokimia hidrogen dengan oksigen terjadi pelepasan energi sehingga menghasilkan panas. Dengan demikian cooling plate disisipkan antara sel-sel bahan bakar secara bertahap dan pendingin dilewatkan untuk mempertahankan suhu operasi sel sekitar 200 C (473 K) (Sotouchi, et al, 2005).D. KEUNTUNGAN DAN KELEMAHAN PAFC tidak menghasilkan karbon dioksida yang disebabkan degenerasi elektrolit yang terlihat pada Alkaline Fuel cell (AFC), sehingga dapat digunakan untuk membentuk kembali gas yang berasal dari bahan bakar fosil, meskipun katalis platinum yang diperlukan untuk mendukung reaksi elektroda mahal. Dengan demikian dapat menggunakan gas kota (berbasis gas alam).Namun, ketika ada CO pada konsentrasi tinggi, seperti pada gas batubara (gasified gas),katalis platinum yang digunakan dalam elektroda terganggu, menyebabkan degradasi kinerja sel, sehingga penggunaan bahan bakar tersebut tidak praktis tanpa sarana yang efektif untuk menghilangkan CO. Suhu operasi sekitar 200 C (473 K).Akibatnya jika sel dirancang sedemikian rupa sehingga tidak melakukan kontak langsung dengan asam fosfat, tembaga, besi dan logam lain yang dapat digunakan. Untuk membantu lapisan katalis elektroda bersifat hidrofobik, dapat digunakan material fluoride resin (PTFE) atau material organik lain yang sangat tahan panas.Sel bahan bakar itu sendiri didinginkan dengan air untuk menghilangkan panas yang dihasilkan oleh reaksi elektroda, Buangn panas yang terbentuk pada rentang suhu di bawah 200 C, tidak hanya dapat digunakan untuk pemanas ruangan dan pemanas air, tetapi juga dapat diekstraksi dalam bagian sebagai uap dan digunakan sebagai sumber panas peralatan pendingin untuk pendinginan. Efisiensi daya listrik PAFC di bawah operasi tekanan atmosfer adalah sekitar 40% (LHV basis), yang lebih unggul, atau setidaknya kompetitif dengan turbin gas yang ada dan gas mesin. Sifat Nox rendah dan kebisingan yang rendah membuat mereka cocok untuk kogenerasi sistem untuk sumber daya ramah lingkungan di perkotaan. Berbeda dengan suhu tinggi sistem sel bahan bakar seperti MCFCs dan SOFCs, penggabungan sistem siklus dengan generator turbin gas atau turbin uap untuk memaksimalkan sistem efisiensi umumnya sulit untuk PAFCS, karena menghasilkan panas yang tidak memadai untuk PAFC. Dalam sistem PAFC bertekanan, gas yang dihasilkan pada tekanan dan suhu tinggi dapat melewati expander untuk menggerakkan kompresor udara atau generator listrik. Efisiensi daya listrik total berada pada kisaran 44-46% (Basis LHV) Sementara kelemahan lain dari PAFC yaitu memiliki daya kerapatan yang rendah (low power density) dan elektrolit bersifat reaktif (aggressive electrolyte).(Sotouchi, et al, 2005)

E.APLIKASI FUEL CELL PAFC1.Pembangkit Listrik PAFC telah digunakan untuk pembangkit listrik stasioner / stasiun pembangkit energi panas dengan output dalam rentang 100 kW-400 kW

Gambar 4. PureCell System 400 CEP (http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphoric_acid_fuel_cell)

2.Sumber Energi pada Kendaraan PAFC telah digunakan sebagai sumber energy mobil bahkan bus besar

Gambar 5.FuelCell Car (https://www.asdreports.com/media/PR_1605.jpg )

SUMBER REFERENSIBinder, Micael J, 2006, Phosphoric Acid Fuel Cells, California Energy Commission Fuel Cell Workshop, Fuel Cell Consulting Services, Mike Binder and Associates Inc.Internet (http://www.e-sources.com/fuelcell-PAFC.htm )Sotouchi, Hiroko dan Akifusa Hagiwara, 2005, Phosphoric Acid Fuel Cells, Energy Carriers and Conversion System-VolII, Tokyo Electric Power Company, JapanSuhada A, 2001, Fuel cell sebagai Penghasil Energi Abad 21, Jurnal Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra Surabaya. Dewi, Eniya Listiani, Tjutjuk Ismujanto, dan Ganesha Tri Chandrasa, 2009, Pengembangan dan Aplikasi Fuel cell, Jurnal, Balai Besar Teknologi Energi, Badan Pengkajian dan Penerapan TeknologiRoan,Vernon P,2005, Discussion and Analysis of Flue Gas Utilization in a Phosphoric Acid Fuel Cell Engine During Idle Operation,Jurnal,FuelCellScience( http://fuelcellscience.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=1471810 )

U.S. Department of Energy (http://energy.gov/eere/fuelcells/types-fuel-cells#phosphoric )