Analisis Karakteristik Gas Diffusion Electrode Berbasis Karbon Aktif dan Parafin Padat untuk Magnesium-Air Fuel Cell

ACHMAD GUFRON K, Ir. Haryono Budi Santosa, M.Sc.; Ferdiansjah, S.T., M.Sc.

2019 | Skripsi | S1 TEKNIK FISIKA

Gas diffusion electrode (GDE) merupakan komponen yang berperan penting dalam pendifusian O2 dan pembangkitan listrik magnesium-air fuel cell (MAFC). Fabrikasi GDE umumnya masih memerlukan material yang mahal dan teknik yang sulit sehingga menghambat pendayagunaan MAFC sebagai teknologi energi terbarukan. Campuran matriks karbon aktif dan material pengikat yang terbuat dari parafin dinilai potensial untuk bahan baku GDE yang lebih sederhana dan murah. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan karakter difusi O2 pada GDE berbasis karbon aktif dan parafin padat sebagai fungsi dari porositas, mengetahui besar kapasitas listrik MAFC untuk koefisien difusivitas efektif oksigen yang berbeda, dan mengetahui perilaku hambatan internal MAFC selama waktu operasi untuk GDE dengan komposisi berbeda. Berdasarkan pendekatan empiris, hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien difusivitas efektif oksigen untuk tiga variasi GDE, yaitu C30-P70, C50-P50, dan C60-P40, pada lingkungan dengan suhu 29 derajat celcius dan tekanan 97 kPa berturut-turut sebesar 0,146 x 10E-7 - 1,120 x 10E-7 m2/s, 0,147 x 10E-7 - 1,128 x 10E-7 m2/s, dan 0,127 x 10E-7 - 1,021 x 10-7 m2/s. Koefisien difusi tersebut tersebut berbanding lurus dengan kapasitas spesifik MAFC, yaitu masing-masing sebesar 25,86 mAh/cm2, 26,31 mAh/cm2, dan 14,71 mAh/cm2. Hambatan internal ketiga sel pun berbeda dan akan semakin besar seiring waktu operasi.

Gas diffusion electrode (GDE) is a component that has an important role in the diffusion of O2 and the electricity generation of magnesium-air fuel cell (MAFC). GDE fabrication generally requires expensive materials and difficult techniques, thus inhibiting the utilization of MAFC as a renewable energy technology. The mixture of activated carbon matrix and binding material made from paraffin wax are considered potential for simpler and cheaper GDE raw materials. This study aims to obtain O2 diffusion characters on activated carbon-based GDE and solid paraffin as a function of porosity, to determine the MAFC electrical capacity for different oxygen effective diffusivity coefficients, and to know the MAFC internal resistance behavior during operation for GDE with different compositions. Based on the empirical approach, the results of the study show that the oxygen effective diffusivity coefficient for each GDE, i.e. C30-P70, C50-P50, and C60-P40, when operated in 29 celcius degree and 97 kPa environment, is 0,146 x 10E-7 - 1,120 x 10E-7 m2/s, 0,147 x 10E-7 - 1,128 x 10E-7 m2/s, and 0,127 x 10E-7 - 1,021 x 10E-7 m2/s. The difference in oxygen diffusion flux through GDE generates different MAFC specific capacities of 25,86 mAh/cm2, 26,31 mAh/cm2, and 14,71 mAh/cm2, respectively. The internal resistance of each GDE is increase with operation time.

Kata Kunci : gas diffusion electrode, karbon aktif, parafin, koefisien difusivitas efektif, kapasitas spesifik