Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

S INTESIS DAN K ARAKTERISASI B I M E VO X (M E = C U, T I ) S EBAGAI M ATERIAL E LEKTROLIT P ADAT PADA SOFC Citra Deliana Dewi S. (10506027) Pembimbing.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "S INTESIS DAN K ARAKTERISASI B I M E VO X (M E = C U, T I ) S EBAGAI M ATERIAL E LEKTROLIT P ADAT PADA SOFC Citra Deliana Dewi S. (10506027) Pembimbing."— Transcript presentasi:

1 S INTESIS DAN K ARAKTERISASI B I M E VO X (M E = C U, T I ) S EBAGAI M ATERIAL E LEKTROLIT P ADAT PADA SOFC Citra Deliana Dewi S. ( ) Pembimbing : Dr. Bambang Prijamboedi Presentasi Seminar Tugas Akhir 09 Februari 2010

2 PENDAHULUAN

3 P ERMASALAHAN ENERGI DAN LINGKUNGAN Gambar 1 Persediaan dan permintaan minyak dunia [1] Energi bersih dari sumber energi terbarukan semakin dibutuhkan, karena persediaan bahan bakar fosil yang semakin menipis serta permasalahan lingkungan yang diakibatkannya semakin besar (global warming). Gambar 2 Peningkatan CO2 di atmosfer [2]

4 S EL BAHAN BAKAR PADATAN ( SOFC ) Sel bahan bakar padatan (SOFC) merupakan salah satu alternatif energi bersih dan terbarukan yang sedang banyak dikembangkan. SOFC bekerja dengan bahan bakar hidrogen (H2) dan oksigen (dari udara), serta mengemisikan hanya air dan energi listrik sehingga menjadi sumber energi yang menjanjikan untuk masa depan. Beberapa keunggulan SOFC: 1. Fabrikasi yang tidak terlalu rumit karena terbuat dari bahan padatan

5 K EUNGGULAN SOFC ( CONT ’ D ) 2. Portable 3. Efektivitas tinggi, hingga 40-60% (jika ditambah waste-heat systems dapat mencapai efisiensi 80-85%) 4. Umumnya memerlukan katalis 5. most sulfur-resistant fuel cell type, dapat mentoleransi keberadaan sulfur hingga beberapa orde besaran dibanding fuel cell lainnya. [3] 6. Fleksibel dalam hal bahan bakar (H 2, CO, hidrokarbon, dan sebagainya)

6 C ARA KERJA SOFC Katoda: reduksi H 2 menjadi H +, elektron mengalir ke anoda; Anoda: menerima elektron dari katoda untuk mereduksi O 2 menjadi O 2- ; Elektrolit: konduksi O 2- dari anoda ke katoda sehingga bereaksi dengan H + menjadi H 2 O. Gambar 3 Skema SOFC [3]

7 IT-SOFCS Namun, SOFC yang telah ada saat ini pada umumnya menggunakan elektrolit YSZ yang beroperasi pada suhu sekitar C. Suhu yang terlalu tinggi mengakibatkan start up yang lambat dan memerlukan perisai panas yang baik untuk mempertahankan panas serta untuk melindungi pekerja. Diperlukan elektrolit pengganti YSZ yang memiliki konduktivitas tinggi pada suhu yang lebih rendah untuk aplikasi intermediate temperature SOFCs yaitu yang yang dapat digunakan pada suhu C.

8 BIMEVOX Konduktor ion oksigen yang berasal dari golongan bismuth-vanadate (BiMeVOx) merupakan salah satu kandidat untuk material elektrolit pada IT-SOFCs: memiliki konduktivitas ion oksigen yang tinggi pada suhu yang lebih rendah. Dilakukan sintesis BiMeVOx dengan dopan Cu dan Ti serta karakterisasinya berkaitan dengan perannya sebagai elektrolit dalam SOFC.

9 TINJAUAN PUSTAKA

10 BIMEVOX Rumus empiris: Bi 2 Me x V 1-x O 5,5- δ Struktur aurivillius yang terdiri dari lapisan [Bi 2 O 2 ] 2+ dan lapisan [VO 3.5 ] 2- Memiliki 3 fasa struktur yang tergantung pada suhu, yaitu fasa α, β, dan γ. Fasa γ merupakan fasa BiMeVOx yang memiliki konduktivitas yang paling tinggi. Pada kondisi tanpa dopan, fasa γ stabil pada suhu di atas C, fasa β stabil pada C, dan fasa α stabil di bawah suhu C. Substitusi posisi vanadium oleh ion dopan bervalensi lebih rendah dapat meningkatkan konsentrasi vakansi ion oksigen.

11 STRUKTUR BIMEVOX DAN HOPPING Pada struktur BiMeVOx: lapis biru: [Bi 2 O 2 ] 2+ ; lapis merah (perovskite-like): [VO 3.5 ] 2-. Konduktivitas ion terjadi melalui mekanisme hopping (loncatan) oxygen vacancy.

12 S OLID S TATE R EACTION Biasa disebut metoda reaksi fasa padat, yaitu suatu metode sintesis material oksida di mana reaksi kimia terjadi dalam fasa padat. Meliputi tahapan homogenisasi, kalsinasi, dan sintering. Pereaksi saling berinteraksi melalui interdifusi ion-ion Gambar 4 Pembentukan spinel dengan solid state reactions [4] Kalsinasi : dekomposisi termal, pembentukan Inti, s.volatil Sintering : Mengubah struktur mikro, densifikasi, pertumbuhan kristal, reaksi.

13 KARAKTERISASI XRD digunakan untuk menentukan struktur padatan serta parameter sel (dengan refinement). SEM (scanning electron microscopy) digunakan untuk melihat mikrostruktur padatan. Gambar 5 Difraksi sinar-X [5]

14 KARAKTERISASI ( CONT ’ D ) EIS (electrochemical impedance spectroscopy) untuk mengukur hambatan listrik bahan. Pengukuran impedansi dilakukan untuk mengetahui konduktivitas ionik dari bahan. R R R C Gambar 6 Analogi pengukuran impedanis dan spektrum impedansi [6] ρ = (Zr x A)/l σ = 1/ρ

15 EKSPERIMEN

16 Pellet Bi 2 Me x V 1-x O 5,5- δ Bi 2 O 3, V 2 O 3, dan Me x O y 1.Ditimbang sesuai stoikiometri 2.Homogenisasi selama 2 jam 3.Kalsinasi 4.Dinginkan, lalu Homogenisasi 5.Sintering serbuk 6.Dinginkan, lalu Homogenisasi 7.Pencetakan pellet 8.Sintering pellet Me x O y = 0 untuk Bi 2 VO 5,5 ; CuO untuk Bi 2 Cu x V 1-x O 5,5- δ ; dan TiO2 untuk Bi 2 Ti x V 1-x O 5,5- δ XRD, SEM, dan EIS

17 HASIL DAN PEMBAHASAN

18 S TRUKTUR B I 2 C U X V 1- X O 5,5- Δ x a (Å) b (Å) c (Å) Volume sel 1, Rp; Rwp (%) 8.674; ; ; Space GroupA2I4/M M M Penurunan parameter sel yang signifikan merupakan akibat dari perubahan fasa.

19 S TRUKTUR B I 2 C U X V 1- X O 5,5- Δ ( Α ) x a (Å) b (Å) c (Å) Volume sel 1, Rp; Rwp (%) 8.674; ; ; Space GroupA2 Volume sel tidak mengalami perubahan yang signifikan diakibatkan belum terjadi perubahan fasa.

20 S TRUKTUR B I 2 T I X V 1- X O 5,5- Δ xabcvolum selKet Rp= 9.259; Rwp= Rp=9.238; Rwp= Rp=9.835; Rwp= Rp=10.357; Rwp=11,670

21 M IKROSTRUKTUR B I 2 C U X V 1- X O 5,5- Δ Ukuran butiran ( μm 2 ) tidak mengalami perubahan yang signifikan. Ukuran butiran yang kecil (banyak rongga) kurang cocok untuk aplikasi elektrolit dalam SOFC.

22 M IKROSTRUKTUR B I 2 T I X V 1- X O 5,5- Δ Konsentrasi Ti pada x=0,2 memberikan padatan dengan mikrostruktur yang padat tanpa pori. Pertumbuhan kristal telah sempurna, menghasilkan ukuran butiran yang relatif besar. Cocok diaplikasikan sebagai elektrolit SOFC karena akan mencegah kebocoran gas.

23 IMPEDANSI BIMEVOX Impedansi menurun sekitar 4,5x lipat pada kenaikan suhu 50 0 C; Impedansi juga menurun pada pertambahan konsentrasi dopan Ti sekitar 4,5-10x pada setiap pertambahan konsentrasi Δ x=0,05; Impedansi x=0,05 sekitar 100x lipat impedansi x=0,2 pada C

24 KONDUKTIVITAS Konduktivitas meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi dopan Ti. Konduktivitas terendah:1,67x10 -6 S/cm pada x=0, C. Konduktivitas tertinggi: 6,12x10 -3 S/cm pada x=0, C Suhu terendah yang dapat dicapai: C dengan konduktivitas 2,79x10 -6 S/cm x=0,2 σ

25 TRANSISI FASA B I 2 T I X V 1- X O 5,5- Δ X =0,2 perubahan fasa alpha ke beta terjadi pada suhu: y1=y x =-5.421x x = x= =1000/T T= K= C perubahan fasa beta ke gamma terjadi pada suhu: y2=y x = x x =2.914 x= =1000/T T= K= C Nilai kedua suhu transisi fasa berada di bawah suhu transisi fasa oksida induknya. In σ (S/cm) 1000/T (K -1 )

26 K ONDUKTIVITAS B I 2 T I X V 1- X O 5,5- Δ X =0,15 perubahan fasa alpha ke beta terjadi pada suhu: y1=y x =-7.831x x = x=1.8215=1000/T T= K= C perubahan fasa beta ke gamma terjadi pada suhu: y2=y x = x x = x=1.3716=1000/T T= K= C In σ (S/cm) 1000/T (K -1 )

27 K ONDUKTIVITAS B I 2 T I X V 1- X O 5,5- Δ X =0,1 perubahan fasa alpha ke beta terjadi pada suhu: y1=y x =-2.924x x = x=1.6675=1000/T T = K = C perubahan fasa beta ke gamma terjadi pada suhu: y2=y x = x x = x=1.365=1000/T T = K = C In σ (S/cm) 1000/T (K -1 )

28 K ONDUKTIVITAS B I 2 T I X V 1- X O 5,5- Δ X =0,05 perubahan fasa alpha ke beta terjadi pada suhu: y1=y x =-5.841x x = x= =1000/T T= K = C perubahan fasa beta ke gamma terjadi pada suhu: y2=y x = x x = x= =1000/T T= K = C In σ (S/cm) 1000/T (K -1 )

29 P ERUBAHAN S UHU T RANSISI F ASA Transisi Fasa α ke β Transisi Fasa β ke γ Suhu transisi Fasa ( 0 C) α --> β β --> γ Suhu transisi fasa β ke γ menurun dengan adanya dopan dan peningkatan konsentrasinya. Fasa γ berkonduktivitas tinggi bisa didapatkan dalam suhu yang lebih rendah dari oksida indukya. Rentang suhu kestabilan fasa γ melebar.

30 KESIMPULAN o Bi 2 Ti x V 1-x O 5,5- δ, x=0,2 memiliki potensi yang baik untuk diaplikasikan sebagai elektrolit pada SOFC dilihat dari mikrostruktur yang padat dan nilai konduktivitasnya yang tinggi. o Konduktivitas ion Bi 2 Ti x V 1-x O 5,5- δ meningkat dengan meningkatnya konsentrasi dopan Ti. o Substitusi Vanadium oleh Ti dapat menurunkan suhu transisi fasa pada BiMeVOx.

31 REFERENSI [1] Oil market report, January 15 th 2010, International Energy Agency (IEA). URL: [2] Chris. 14 Mei Mengukur Pemanasan Global. URL: global.html global.html [3] Types of Fuel Cell. U.S. June 33 th, Departmen of Energy. URL: es.html es.html [4] Max-Planck-Gesellschaft Solid State Reactions in Functional Oxides. URL: [5] [6]

32 TERIMA KASIH


Download ppt "S INTESIS DAN K ARAKTERISASI B I M E VO X (M E = C U, T I ) S EBAGAI M ATERIAL E LEKTROLIT P ADAT PADA SOFC Citra Deliana Dewi S. (10506027) Pembimbing."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google