7/21/2019 Tugas Uts Fuel Cell http://slidepdf.com/reader/full/tugas-uts-fuel-cell 1/26 TUGAS MAKALAH KONVERSI ENERGI LISTRIK TEKNOLOGI FUEL CELL Disusun Oleh : Fajar Tri Wardana 1206250134 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2015 BAB I FUEL CELL
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Fuel cell merupakan suatu pembangkit listrik ang mengubah energi kimia
langsung menjadi listrik dengan menggunakan hidr!gen sebagai bahan bakarna dan!ksigen sebagai !ksidanna" Fuel cell ber#ungsi seperti batere aitu menghasilkan tegangan
listrik" Tegangan keluaran ang dihasilkan !leh fuel cell adalah tegangan searah" Tegangan
!utput berbeban dari satu sel fuel cell berkisar antara 0$%&$ lebih ke'il dari tegangan ang
dikeluarkan batere kering" (ambar diba)ah menunjukkan masukan dan keluaran dari bl!k
fuel cell.
*aakna sebuah baterai$ segala jenis #uel 'ell memiliki elektr!da p!siti# dan
negati# atau disebut juga kat!da dan an!da" +eaksi kimia ang menghasilkan listrik terjadi
pada elektr!da" ,elain elektr!da$ satu unit #uel 'ell terdapat elektr!lit ang akan memba)a
muatan-muatan listrik dari satu elektr!da ke elektr!da lain$ serta katalis ang akan
memper'epat reaksi di elektr!da" .mumna ang membedakan jenis-jenis #uel 'ell adalah
material elektr!lit ang digunakan" /rus listrik serta panas ang dihasilkan setiap jenis #uel
'ell merupakan pr!duk samping reaksi kimia ang terjadi di kat!da dan an!da"
arena energi ang dipr!duksi #uel 'ell merupakan reaksi kimia pembentukan air$
alat k!nersi energi elektr!kimia ini tidak akan menghasilkan e#ek samping ang
berbahaa bagi lingkungan seperti alat k!nersi energi k!nensi!nal misalna pr!ses
pembakaran pada mesin m!bil" ,edangkan dari segi e#isiensi energi$ penerapan #uel 'ell
ang bermuatan negai# tidak akan melalui membran ini" Dengan kata lain$ membran ini
akan menahan elektr!n"
eempat$ katalis ang digunakan untuk mem#asilitasi reaksi !ksigen danhidr!gen" atalis umumna terbuat dari lembaran kertas karb!n ang diberi selapis tipis
bubuk platina" ermukaan katalis selalu berp!ri dan kasar sehingga seluruh area permukaan
platina dapat di'apai hidr!gen dan !ksigen" *apisan platina katalis berbatasan langsung
dengan membran penukar i!n p!siti#$ 7"
ada ilustrasi 'ara kerja 7F$ diperlihatkan gas hidr!gen ang memiliki
tekanan tertentu memasuki fuel cell di kutub an!da" (as hidr!gen ini akan bereaksi dengan
katalis dengan d!r!ngan dari tekanan" etika m!lekul H
2 k!ntak dengan platinum pada
katalis$ m!lekul akan terpisah menjadi dua i!n+¿
H ¿
dan dua elektr!n −¿
e¿
" lektr!n
akan mengalir melalui an!da$ elektr!n-elektr!n ini akan membuat jalur di luar sirkuit fuel
cell dan melakukan kerja listrik$ kemudian mengalir kembali ke kutub kat!da pada fuel
cell "
Di sisi lain$ pada kutub kat!da fuel cell $ gas !ksigen O
2 did!r!ng gaa tekan
kemudian bereaksi dengan katalis membentuk dua at!m !ksigen" ,etiap at!m !ksigen ini
memiliki muatan negati# ang sangat besar" 7uatan negati# ini akan menarik dua i!n+¿
H ¿
keluar dari membran 7$ lalu i!n-i!n ini bergabung dengan satu at!m !ksigen dan
elektr!n-elektr!n dari luar sirkuit untuk membentuk m!lekul air H 2O"
ada satu unit fuel cell terjadi reaksi kimia ang terjadi di an!da dan kat!da" +eaksi
,elama ber!perasi$ sistem fuel cell menghasilkan panas ang dapat berguna untuk
men'egah pembekuan pada temperatur n!rmal lingkungan" Tetapi jika temperatur lingkungan terlampau sangat dingin -10 s;d -20 maka air murni ang dihasilkan akan
membeku di dalam fuel cell dan k!ndisi ini akan dapat merusak membran fuel cell Daid
eenan$ 10;01;2004" .ntuk itu harus didesain sebuah sistem ang dapat menjaga fuel cell
tetap berada dalam k!ndisi temperatur n!rmal !perasi"
G!'(!r -. Tes 7!bil =ermesin Fuel Cell pada !ndisi =ersalju
5" Tekn!l!gi Tinggi =aru
erlu dikembangkan beberapa material alternati# dan met!de k!nstruksi ang baru sehingga
dapat mereduksi biaa pembuatan sistem fuel cell harga k!mersial saat ini untuk
pembangkit listrik dengan #uel 'ell E4000;kW 9ait Drake$ 2A;03;2005"
Diharapkan dimasa depan dapat dihasilkan sebuah sistem fuel cell ang lebih k!mpetiti#
dibandingkan mesin bakar;!t!m!ti# k!nensi!nal harga saat ini: 20;kW dan sistem
pembangkit listrik k!nensi!nal harga saat ini: 1000;kW 7atthe) 7" 7en'h$
24;05;2001" Tekn!l!gi baru tersebut akan mampu menghasilkan reduksi biaa$ reduksi
berat dan ukuran$ sejalan dengan meningkatna kehandalan dan umur !perasi lifetimesistem fuel cell " enggunaan sistem fuel cell dalam industri !t!m!ti# minimal harus
memiliki umur !perasi 4"000 jam ekialen 100"000 mil pada ke'epatan 25 mil per jam
dan dalam industri pembangkit listrik minimal harus memiliki umur !perasi 40"000 jam
7atthe) 7" 7en'h$ 24;05;2001"
6" etiadaan Gn#rastruktur
Gn#rastruktur pr!duksi hidr!gen ang e#ekti# belum tersedia" Tersediana tekn!l!gimanu#aktur dan pr!duksi massal ang handal merupakan kun'i penting usaha
k!mersialisasi sistem fuel cell "
E. M!!' F"e# Ce## (er/!$!r,!n e#e,tr#tn!
Fuel 'ell dapat dibedakan berdasarkan Cat elektr!lit an digunakanna" =erikut
adalah beberapa jenis elektr!lit ang digunakan"
1" /F /lkaline Fuel ell$ menggunakan O< sebagai elektr!lit"
=aterai merupakan alat elektr! kimia ang dibuat untuk mensuplai listrik ke sistem
starter mesin$ sistem pengapian$ lampu-lampu dan k!mp!nen kelistrikan lainna" /lat ini
menimpan listrik dalam bentuk energi kimia$ ang dikeluarkanna bila dierlukan dan
mensuplaina ke masing-masing sistem kelistrikan atau alat ang memerlukanna"Di =aghdad pada tahun 1A30$ dari penemuan arti#ak kun! ang menemukan baterai
dalam bentuk sangat sederhana sederhana" <al ini menarik para penemuan untuk
pengembangan baterai serta 'ara pembuatan baterai" enemuan arti#ak di =aghdad tersebut
menunjukkan bah)a a)al mula ditemukanna baterai adalah di =aghdad di mana ilmu)an
Gslamlah ang mempunai k!ntribusi terbesar pada sejarah a)al perkembangan baterai"
>amun$ ang ter'atat se'ara pasti dalam sejarah adalah akni jenis-jenis baterai a)al ang
dibuat !leh manusia akni sel Daniell$ sel *e'lan'he$ dan sel aki"
ajian-kajian mendalam mengenai k!nsep dasar ang dikembangkan dengan
penelitian berkelanjutan akhirna menuju pada suatu hal ang semakin maju seperti ang
kita rasakan sekarang" !nsep-k!nsep dasar itu antara lain hantaran elektr!lit$ !ksidasi-
reduksi$ dan sel elektr!kimia" Hantaran ele'trolit men'akup kemampuan suatu larutan
untuk menghantarkan listrik akibat di'elupna dua buah elektr!da kat!da dan an!da"
O'sidasi(redu'si adalah suatu k!nsep untuk menatakan kemampuan suatu sel elektr!kimia
untuk mengadakan serah-tertima elektr!n" /dapun sel ele'tro'imia adalah sel ang mampu
mengubah energi listrik menjadi energi kimia atau sebalikna serta terdiri dari dua buah
elektr!da kat!da dan an!da ang di'elupkan pada suatu larutan elektr!lit dengan atau
tanpa jembatan garam"Dalam mengembangkan suatu penelitian khususna dalam hal baterai$ sangat perlu
untuk meneng!k akan sejarah penemuan dan pembuatan baterai karena dengan berbekal
sejarahlah sese!rang dapat mengembangkan sesuatu ang lebih maju dan in!ati#" ,ejarah
menjadi sebuah m!dal penting dalam perkembangan Caman" Dalam makalah ini$ akan
dibahas mengenai sejarah baterai a)al mula ditemukanna baterai serta dalam makalah
ini pula akan dibahas mengenai tiga jenis baterai ang lebih a)al ditemukan akni sel
Daniell$ sel *e'lan'he$ dan sel timbal-asam" g!!gle$artikel kimia=aterai ada dua tipe aitu baterai kering dan baterai basah" =aterai ang digunakan
untuk m!t!r$ m!bil maupun truk adalah baterai jenis basah" ada kendaraan se'ara umum
1$260 mengandung 65J air sulingan dan 35J asam sul#at$ sedangkan elektr!lit
ang berat jenisna 1$3I0 mengandung 63J air sulingan dan 3%J asam sul#at"lekt!lit baterai adalah asam ang kuat$ sehingga dapat membakar kulit$
mata dan merusak pakaian" =ila elektr!lit mengenai kulit atau pakaian$ basuhlahsegera dengan air$ dan netralkan asam dengan 'ampuran s!da s!dium bi'arb!nate
K>a<O3L dan air" =ila asam mengenai mata$ bilaslah dengan air beberapa menit$
kemudian hubungilah d!kter"
*. !tak =aterai
Wadah ang menampung elektr!lit dan elemen baterai disebut k!tak baterai"
+uangan dalamna dibagi menjadi 6 ruangan atau sel" ada k!tak baterai terdapat
garis tanda permukaan atas dan ba)ah upper leel dan l!)er leel"
lat-plat p!sisina ditinggikan dari dasar dan diberi penekat$ tujuanna
agar tidak terjadi hubungan singkat apabila ada bahan akti# timah dan lain-lain
terjatuh dari plat"4" ,umbat &entilasi
,umbat entilasi adalah tutup untuk lubang pengisian elektr!lit" Di samping
itu untuk memisahkan gas hidr!gen ang terbentuk saat pengisian dan uap asam
sul#at di dalam baterai dengan 'ara membiarkan gas hidr!gen keluar le)at lubang
entilasi sedangkan uap asam sul#at mengembun pada tepian entilasi dan menetes
kembali ke ba)ah"
" 3en$43en$ B!ter!
1" >iD ni'kel-'admium batter ; >i'ad =aterai jenis ini merupakan generasi pertama" =erkapasitas besar$ baterai ini
'!'!k untuk p!nsel lama ang bertenaga besar" ,esuai dengan ukuran dan
kapasitasna" r!ses pengisian ulang pun 'ukup merep!tkan$ misalna pengisian
ulang harus dilakukan pada saat daa baterai benar-benar habis" arena baterai
>iD memiliki memory effect $ semakin lama kapasitasna akan menurun jika
pengisian belum benar-benar k!s!ng",ingkatan >iad adalah merek dagang terda#tar dari #"FT Corporation$
meski pr!duk ini umumna digunakan untuk menjelaskan seluruh baterai nikel-
kadmium" Di sisi lain$ singkatan >id berasal dari simb!l kimia dari nikel >i dan
ruang pada sel tidak berhubungan karena itu 'airan elektr!lit pada tiap sel juga tidak
berhubungan dinding pemisah antar sel tidak b!leh b!'!r atau merembes"Di dalam satu sel terdapat susunan pelat pelat aitu beberapa pelat untuk kutub
p!siti# antar pelat dipisahkan !leh kau$ eb!nit atau plastik$ tergantung tekn!l!gi angdigunakan dan beberapa pelat untuk kutub negati#" =ahan akti# dari plat p!siti# terbuat
dari !ksida timah '!klat bO2 sedangkan bahan akti# dari plat negati# ialah timah b
berp!ri seperti bunga karang" elat-pelat tersebut terendam !leh 'airan elektr!lit aitu
asam sul#at <2,O4"" R!ng!,!n D!#!' Pe'!,!!n D!n Peng$!n B!ter!
Re!,$ K'! %!/! B!ter!
=aterai merupakan pembangkitan listrik se'ara kimia" *istrik dibangkitkan akibat
reaksi kimia antara plat p!sitip$ elektr!lit baterai dan plat negatip" ,aat baterai
dihubungkan dengan sumber listrik arus searah maka terjadi pr!ses pengisian charge"
r!ses tersebut se'ara kimia dapat dirumuskan sebagai berikut:
lat R R lektr!lit R lat - lat R R lektr!lit R lat - b ,O4 R 2 <2O R b,O4 bO2 R 2<2,O4 R b
,aat sistem starter ber#ungsi maka energi listrik ang tersimpan di baterai akan mengalir
ke beban$ pr!ses ini sering disebut pr!ses peng!s!ngan dis'harge" r!ses peng!s!ngan
se'ara kimia dapat dirumuskan sebagai berikut:
lat R R lektr!lit R lat - lat R R lektr!lit R lat - b ,O4 R 2<2,O4 R b,O4 bO2 R 2 <2O R b
Dari reaksi kimia tersebut terdapat perbedaan elektr!lit baterai saat kapasitas
baterai penuh dan k!s!ng$ dimana saat baterai penuh elektr!li terdiri dari 2<2,O4$
sedangkan saat k!s!ng elektr!lit batarai adalah 2<2O"
R!ng,!!n n$t!#!$ %e'!,!!n (!ter!
1" +angkaian seriada +angkaian ,eri jika dua buah baterai di jumper menjadi satu rangkaian$
maka teganganna akan bertambah tetapi arusna tetap
Dalam #uel 'ell terdapat pr!ses elektr!kimia ang merubah hidr!gen menjadi air"
r!ses ang terjadi adalah hidr!gen masuk ke dalam #uel 'ell lalu berdi#usi$ menghilangkanelektr!n dengan katalis dan mele)ati mebran agar dapat bereaksi dengan !ksigen ang
berasal di alam$ sehingga akan membentuk air murni H
2O
"
/plikasi #uel 'ell sebagai sumber energi dapat digunakan pada mesin m!bil$ bus$
baterai p!rtable untuk handph!ne$ lapt!p$ D/$ pembangkit energi listrik$ atau generat!r-
generat!r pada gedung-gedung$ rumah sakit$ bandara$ dan rumah tangga"
=aik baterai maupun #uel 'ell memiliki kelebihan dan kekuranganna masing-