5/19/2018 fuel cell

1/28

FUEL CELL

RIZYA FITROTUN NISA

12030234016

KIMIA B 2012

5/19/2018 fuel cell

2/28

LOGOFUEL CELL

Fuel Celladalah sistem elektrokimayang dapat mengkonversi energikimia menjadi energi listrik secaraterus-menerus selama suplai bahan

bakar diberikan

5/19/2018 fuel cell

3/28

LOGO

Fuel cellmerupakan energi masadepan yang begitu menjanjikandilihat dari banyak aspek. Karenamenggunakan air sebagai bahan

bakunya, ketersediaan bahan bakuyang melimpah dan terbarukan initidak menjadi masalah. fuel cell,sebagai sebuah sistem pembangkitlistrik, menghasilkan energi darireaksi kimia dari pencampuran gashidrogen yang berasal dari air dengan

oksigen dari udara.

5/19/2018 fuel cell

4/28

LOGO

PENERAPAN fuel celljuga akanmembantu mengurangi konsumsibahan bakar minyak sehingga akanmenghemat devisa. Dari segi

lingkungan hidup pemanfaatan fuelcelldi sektor transportasi akanmengurangi tingkat pencemaranudara di kota besar karena emisibuang sel bakar ini berupa uap air.

5/19/2018 fuel cell

5/28

LOGOTipe-tipe Fuel Cell

Alkaline fuel cell (AFC) Sel bahan bakar alkali pertama kali

digunakan pada pesawat luar angkasaGemini-Apollo untuk menghasilkan air

minum dan suplai listrik. Sel bahan bahan alkali secara umum

menggunakan Potassium Hidroksida (secarakimiawi, KOH) didalam air sebagaielektrolitnya serta memiliki suhu operasi160 F. Daya yang dihasilkan oleh sel bahanbakar alkali berkisar antara 300 wattsampai 5 KW.

5/19/2018 fuel cell

6/28

LOGODirect methanol fuel cells (DMFC)

Sel bahan bakar Direct methanol

meggunakan methanol untuk menggantikanhydrogen

Effisiensi yang dimiliki sekitar 40% danTemperatur operasi dari sel bahan bakar

direct methanol memiliki cakupan yangsama dengan sel bahan bakar PEM yaitusekitar 50 sampai 100C (122 sampai212F). effisiensi yang lebih tinggi didapat

pada temperature yang lebih tinggi. Sel bahan bakar methanol sedang

dikembangkan untuk peralatan portabel,industri transportasi, serta militer

5/19/2018 fuel cell

7/28

LOGO

Molten carbonate fuel cells (MCFC)

Sel bahan bakar Molten carbonatemenggunakan solusi cair dari lithium,sodium, dan atau potassium karbonat yangdicampur didalam sebuah matrix.

Sistem dengan output mencapai 2 MegaWatt(MW) telah dibangun, dan desainnya dapatmencapai 100 MW. Katalisis nickel electrodedari molten carbonate tidak terlalu mahal

dibandingkan penggunaan sel bahan bakarlainnya, tetapi dengan temperatur kerjatinggi menjadi masalah material serta unsursafety pada penggunaan MCFC.

5/19/2018 fuel cell

8/28

LOGOPhosphoric acid fuel cells (PAFC)

Sel bahan bakar phosporic acidmenggunakan phosporic acid sebagaielektrolisis untuk menghasilkanenergi listrik.

Effisiensi berkisar antara 40 sampai80 persen dan temperatur operasisekitar 150 sampai 200 C (Sekitar300 sampai 400 F). potensi sel

bahan bakar phosporic acid mencapai200 Kw, dan contoh unit pembangkit11 Mw telah diuji coba.

5/19/2018 fuel cell

9/28

LOGOProton exchange membrane fuel cells (PEM)

Sel bahan bakar PEM memiliki sebuah lapisanmembran solid polimer sebagai elektrolitnya.

Sel bahan bakar PEM adalah sel bahan bakar yangpaling banyak dikembangkan penggunaanya untuktransportasi. PEM bekerja pada daya 1 kW per liter

volumetrik dan menghasilkan tenaga listrik padatemperatur operasi kerja dibawah 100C (212 F).Sel bahan bakar PEM bereaksi dengan cepat dalamperubahan kebutuhan energi listrik (mampumenyuplai beban mendadak) dan tidak mudah bocordan mengakibatkan korosi.

PEM merupakan kandidat untuk penggunaan ringan,bangunan, serta aplikasi yang lebih kecil lagidiantaranya pengganti baterai.

Sel bahan bakar PEM menggunakan bahan bakupendukung yang tidak mahal yaitu membran plastik

5/19/2018 fuel cell

10/28

LOGORegenerative fuel cells (RFC)

Regenerative fuel cells memisahkanair untuk menghasilkan Hidrogen danoksigen dengan bantuan energi yangdihasilkan sel surya. Hidrogen dan

oksigen dipancing pada regenerasi selbahan bakar, menghasilkan energilistrik, panas dan air. Air yangdihasilkan kemudian disirkulasikanulang pada elektrolisis dari sel bahanbakar regenerative dan prosesberulang kembali (Proses close loop

atau tertutup)

5/19/2018 fuel cell

11/28

LOGOSolid oxide fuel cells (SOFC)

Sel bahan bakar Solid oxide fuel cellsmenggunakan bahan yang keras,ceramic coumpound atau logam(seperti kalsium atau zirconium)

oksigen (O2) sebagai elektrolitDaya output dari Solid oxide fuel cells

mencapai 100 kW

5/19/2018 fuel cell

12/28

LOGO

5/19/2018 fuel cell

13/28

LOGOPRINSIP KERJA FUEL CELL

Prinsip kerja fuel cell yaitu hidrogen didalam sel dialirkan menuju sisi anodasedangkan oksigen di dalam udara dialirkanmenuju sisi katoda. Pada anoda terjadipemisahan hidrogen menjadi elektron danproton (ion hidrogen). Ion hidrogen inikemudian menyebrang dan bertemu denganoksigen dan elektron di katoda danmenghasilkan air. Elektron-elektron yang

mengandung muatan listrik ini akan menujukatoda melalui jaringan eksternal. Aliranelektron-elektron inilah yang akanmenghasilkan arus listrik.

5/19/2018 fuel cell

14/28

LOGO

Anoda : H2 2 H++ 2 e-

Katoda : O2+ 2

H++ 2 e-H2O

Reaksi total : H2+ O

2

H2

O +

energi listrik +kalor

5/19/2018 fuel cell

15/28

LOGOLAPISAN KATALIS

5/19/2018 fuel cell

16/28

LOGO

katalis yang digunakan untukmemfasilitasi reaksi oksigen danhidrogen. Katalis umumnya terbuatdari lembaran kertas karbon yang

diberi selapis tipis bubuk platina.Permukaan katalis selalu berpori dankasar sehingga seluruh areapermukaan platina dapat dicapaihidrogen dan oksigen. Lapisan platinakatalis berbatasan langsung denganmembran penukar ion positif, PEM

5/19/2018 fuel cell

17/28

LOGO

Lapisan katalis berfungsi sebagai permukaan aktifuntuk mempercepat reaksi. Kinerja sel dipengaruhioleh dua parameter yaitu parameter kinetika reaksidan parameter perpindahan muatan (elektron danproton) dan kecepatan perpindahan masa reaktandan hasil reaksi. Kinetika reaksi dipengaruhi olehtemperatur, tekanan dan konsentrasi reaktan. Makintinggi temperatur reaksi makin cepat. Tekananberhubungan dengan konsentrasi reaktan, makintinggi tekanan, konsentrasi juga makin tinggisehingga reaksi makin cepat. Kecepatan reaksi akan

menentukan besar tenaga yang dihasilkan, sehinggamakin tinggi temperatur dan tekanan efesiensitenaga makin tinggi.

5/19/2018 fuel cell

18/28

LOGO

Penentuan efisiensi fuel cell:G = H - T S (1.1)

Kesetimbangan energi pada fuel cellmenunjukan bahwa :

d/dt (dQ + dWelec ) = d/dt (dH +dKE +d PE) (1.2)

KE: kinetic energy

PE: potential energy

5/19/2018 fuel cell

19/28

LOGO

Perubahan energi kinetik dan energipotensial diasumsikan menjadi tidakada dan operasi yang berlangsungdianggap steadi state.

Operasi searah dari fuelcells berartidQ = T dS. jadi, Welec,keluarantenaga listrik adalah :

Welec = H - T S = G (1.3)

5/19/2018 fuel cell

20/28

LOGO

Efisiensi biasanya didefinisikansebagai kerja maksimum dibagientalpi masukan.

Efisiensi fuel cell :

FC = G / H (1.4)

5/19/2018 fuel cell

21/28

LOGO

Dengan menggunakan energi bebas dan entalpi yangdiberikan sebagai berikut :

(G = -237.2 kJ/mol, H =-285.8 kJ/mol)menunjukan bahwa efisiensi maksimum di bawahkondisi standar adalah 83%. Perubahan energi bebasstandar dapat digunakan untuk menghitungtegangan reversible yang disediakan oleh sel:

G = -nFEr0(1.5)

n = bilangan elektron dalam reaksi tertulis

F = konstanta Faraday = 96,487colomb/mol elektron

Er0= standard reversible potential Untuk n = 2; Er0= 1.229 V

5/19/2018 fuel cell

22/28

LOGO

Reversible potensial berubah denganperubahan tekanan menurutpersamaan Nerst :

A = kegiatan dari berbagai jenis

tekanan parsial untuk hidrogen danoksigen ; dan 1

untuk air sejak berada dalam fasecair.

5/19/2018 fuel cell

23/28

LOGO

Suhu T 1 yang masuk dari kerjamedia, lebih tinggi daripada suhu

keluaran T 2,

perbedaan yang sesuai dengan nilaideviasi dari jumlah maksimum 1

(100%).

5/19/2018 fuel cell

24/28

LOGO

Pada kasus yang ideal seperti fuelcell, perubahan energi bebas Gibbs,G, dari reaksi, tersedia energi listrikyang berguna pada suhu konversi.

Efisiensi ideal dari fuel cell dapatberoperasi reversible

ideal = G/H (2.3)

5/19/2018 fuel cell

25/28

LOGO

Efisiensi yang paling banyakdigunakan secara luas dari sebuahfuel cell adalah berdasarkan padaperubahan dari energi bebas standar

untuk reaksi sel.H2+ 1/2O2H2O(l)

Maka:

Gr0= G0H2O (l) G0H2G0O2

5/19/2018 fuel cell

26/28

LOGOManfaat Fuel Cell

Secara garis besar keuntungan-keuntungan sel bahan-bakar meliputi:1) efisiensi; 2) fleksibilitas ukuran; 3)keandalan tinggi/ pemeliharaan

rendah; 4) rendah emisi; 5) dapatditerima di lingkungan masyarakat;dan 6) fleksibilitas bahan bakar.Sebagai tambahan, sel bahan-bakar

juga biasanya memiliki manfaatyang berhubungan denganpertumbuhan ekonomi.

5/19/2018 fuel cell

27/28

LOGOKerugian Fuel Cell

Pada pemanfaatan energi fuel cell terdapat beberapakerugian diantaranya:

- Pemisahan dan pemurnian hydrogen dari airmembutuhkan proses yang cukup sulit dan energiyang cukup besar, sehingga untuk memenuhikebutuhan energi tersebut terkadang masihmembutuhkan energi yang tidak terbaharukandiantaranya batubara.

- Hidrogen merupakan molekul yang mudahbereaksi/ bersenyawa dengan molekul carbon (C)sehingga menyulitkan untuk bereaksi denganO2 karena hydrogen membentuk ikatan hidrokarbon(CH).

- Beberapa tipe cell bahan bakar bekerja padatemperatur kerja yang tinggi, sehingga berkaitandengan unsur safety

5/19/2018 fuel cell

28/28

LOGO

TERIM K SIH