Upload
b15b1
View
26
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
fuel cell
Citation preview
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