SEL BAHAN BAKAR FUEL CELL Harry S Dachlan

SEL BAHAN BAKAR (FUEL CELL) Harry S. Dachlan

Fuel Cells

The Promise of Fuel Cells • “A score of nonutility companies are well advanced toward developing a powerful chemical fuel cell, which could sit in some hidden closet of every home silently ticking off electric power. ” – Theodore Levitt, “Marketing Myopia, ” Harvard Business Review, 1960 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 3 Theodore Levitt, “Marketing Myopia, ” Harvard Business Review, 1960

Polymer Electrolyte Membrane (PEM) Sel Bahan Bakar (Fuel Cell) 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 4

Bagian-Bagian sel bahan bakar ANODA • Posting negatif dari sel bahan bakar. • Melalukan elektron yang dibebaskan dari molekul hidrogen sehingga mereka dapat digunakan dalam sebuah sirkuit eksternal. • Saluran yang berupa goresan menyebarkan gas hidrogen di atas permukaan katalis. KATODA • Positif posting dari sel bahan bakar • Saluran tergores mendistribusikan oksigen ke permukaan katalis. • Melalukan elektron kembali dari sirkuit eksternal menuju katalis • Bergabung kembali dengan ion hidrogen dan oksigen untuk membentuk air. ELEKTROLIT • Merupakan membran pertukaran proton. • Material ini berfungsi khusus, hanya melalukan ion bermuatan positif. • Membran mem-blok elektron. KATALISATOR • Bahan khusus yang memfasilitasi reaksi oksigen dan hidrogen • Biasanya terbuat dari bubuk platinum sangat tipis dilapisi kertas karbon atau kain. • Kasar & berpori memaksimalkan luas permukaan yang terkena hidrogen atau oksigen • Sisi katalis yang dilapisi platinum bertemu dengan PEM tersebut. 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 5

Operasi Sel Bahan Bakar • Gas hidrogen bertekanan (H 2) memasuki sel di sisi anoda. • Gas dipaksa melalui katalis dengan tekanan. Ketika molekul H 2 datang dan menyentuh katalis platinum, akan terbagi menjadi dua ion H + dan dua elektron (e-). • Elektron dilalukan melalui anoda • Membuat jalan mereka melalui sirkuit eksternal (melakukan pekerjaan yang berguna seperti menyalakan motor) dan kembali ke sisi katoda dari sel bahan bakar. • Di sisi katoda, gas oksigen (O 2) dipaksa melalui katalis • Membentuk dua atom oksigen, masing-masing dengan muatan negatif yang kuat. • Muatan negatif menarik dua ion H + melalui membran. • Selanjutnya melakukan kombinasi dengan atom oksigen dan dua elektron dari sirkuit eksternal untuk membentuk molekul air (H 2 O). 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 6

Proton-Exchange Membrane Cell 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 7 http: //www. news. cornell. edu/releases/Nov 03/Fuelcell. institute. deb. html

Bagaimana sebuah sel bahan bakar bekerja • Dalam membran polimer elektrolit (PEM) sel bahan bakar, juga dikenal sebagai sel membran proton-tukar, katalis di anoda memisahkan atom hidrogen menjadi proton dan elektron. Membran di tengah mengangkut proton ke katoda, meninggalkan elektron dibelakang. Elektron mengalir melalui sirkuit ke katoda, membentuk arus listrik untuk melakukan pekerjaan yang berguna. Pada katoda, katalis lain membantu elektron, inti hidrogen dan oksigen dari udara bergabung kembali. Ketika input adalah hidrogen murni, maka keluarannya terdiri dari uap air. Dalam sel bahan bakar yang menggunakan bahan bakar hidrokarbon keluarannya adalah air dan karbon dioksida. Penelitian baru yang dilakukan oleh Cornell bertujuan untuk menemukan bahan yang lebih ringan, lebih murah dan lebih efisien untuk katalis dan membran. 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 8

PEM Fuel Cell Animation Click on Diagram 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 9

Fuel Cell Stack 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 10 http: //www. nrel. gov/hydrogen/photos. html

Efisiensi Sel Bahan Bakar Hidrogen • Efisiensi konversi metanol ke hidrogen dalam reformer: 40% • Efisiensi dari energi hidrogen diubah menjadi energi listrik: 80% • Efisiensi dari konversi energi listrik ke energi mekanik untuk inverter / motor: 80% • Secara keseluruhan efisiensi : 24 -32% 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 11

Perbandingan Efisiensi Auto Power Teknologi Sel Bahan Bakar Batere listrik Mesin BBM 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id Efisiensi sistem 24 -32% 26% 20% http: //www. howstuffworks. com/fuel-cell. htm/printable 12

Jenis-Jenis Sel Bahan Bakar Yang Lain Sel Bahan Bakar Alkaline (AFC) Ini adalah satu desain tertua. Telah digunakan dalam program luar angkasa AS sejak tahun 1960 -an. AFC sangat rentan terhadap kontaminasi, sehingga membutuhkan hidrogen murni dan oksigen. Hal ini juga sangat mahal, jadi ini jenis sel bahan bakar tidak mungkin dikomersialkan. ? Sel Bahan Bakar Asam Fosfat (PAFC) Sel bahan bakar asam fosfat memiliki potensi untuk digunakan dalam sistem pembangkit tenaga listrik stasioner kecil. Ini beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan sel bahan bakar PEM, sehingga memiliki waktu pemanasan yang lebih lama. Hal ini membuatnya tidak cocok untuk digunakan dalam mobil. ? 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 13

Jenis-Jenis Sel Bahan Bakar Yang Lain Sel Bahan Bakar Oksida padat • Merupakan sel BB yang paling cocok untuk pembangkit listrik stasioner skala besar yang dapat menyediakan listrik untuk pabrik atau kota. Jenis sel bahan bakar iniberoperasi pada suhu yang sangat tinggi (sekitar 1. 832 F, 1. 000 C). Suhu yang tinggi ini berpotensi membuat masalah, tetapi juga memiliki keuntungan, yaitu uap yang dihasilkan oleh sel BB dapat disalurkan ke turbin untuk menghasilkan listrik lebih banyak. Hal ini dapat meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem. Sel Bahan Bakar Karbonat Molten (MCFC) Sel-sel bahan bakar jenis ini paling cocok untuk pembangkit listrik stasioner besar. Sel BB ini beroperasi pada 1. 112 F (600 C), sehingga dapat menghasilkan uap yang dapat digunakan untuk menghasilkan lebih banyak daya. Sel BB ini memiliki suhu operasi yang lebih rendah dari SOFC, sehingga tidak membutuhkan bahan lain. Hal ini membuat 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 14

Advantages/Disadvantages of Fuel Cells • Advantages – Water is the only discharge (pure H 2) • Disadvantages – CO 2 discharged with methanol reform – Little more efficient than alternatives – Technology currently expensive • Many design issues still in progress – Hydrogen often created using “dirty” energy (e. g. , coal) – Pure hydrogen is difficult to handle • Refilling stations, storage tanks, … 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 15

Keuntungan dan Kerugian Sel Bahan Bakar Keuntungan • Air yang diperlukan hanya untuk mengambil H 2 murninya saja. Kerugian • CO 2 habis dengan reformasi metanol • Efisiensi masih rendah. • Saat ini teknologinya masih mahal. Banyak desain yang masih dalam proses • Hidrogen sering dibuat dengan menggunakan energi "kotor" (misalnya, batu bara) • Hidrogen murni sulit untuk ditangani, seperti mengisi ulang stasiun, tangki penyimpanan, . . . Dll. 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 16

Sel Bahan Bakar (Fuel Cells)

Fuel Cell Energy Exchange 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 18 http: //hyperphysics. phy-astr. gsu. edu/hbase/thermo/electrol. html

PEM Fuel Cell Schematic 1/30/2022 harrysd@ub. ac. id 19