Path: Top > S2-Theses > Chemistry-FMIPA > 2012

SINTESIS DAN KARAKTERISASI CERIA DOPING GANDA

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION CODOPED CERIA

Undergraduate Theses from JBPTITBPP / 2017-09-27 15:39:37
Oleh : ARIE HARDIAN (NIM: 20510023); Pembimbing : Prof. Dr. Ismunandar, S2 - Chemistry
Dibuat : 2012, dengan 7 file

Keyword : IT-SOFC, elektrolit, ceria doping ganda, struktur, morfologi

Krisis energi yang terjadi akibat ketidakseimbangan antara jumlah kebutuhan energi manusia dan ketersediaan bahan bakar fosil, serta emisi CO2 hasil dari proses pembakaran bahan bakar fosil yang mengakibatkan pemanasan global, mengundang perhatian besar bagi para pemerhati lingkungan untuk segera menerapkan berbagai energi alternatif yang diharapkan mampu menggeser penggunaan bahan bakar fosil.Sel bahan bakar (fuel cell) salah satu teknologi energi alternatif yang umumnya menggunakan bahan bakar hidrogen menawarkan efisiensi yang relatif tinggi dan ramah lingkungan. Dari keenam jenis sel bahan bakar berdasarkan elektrolitnya, hanya dua jenis sel bahan bakar yang saat ini dianggap potensial untuk digunakan di masa depan yakni Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) dan Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). PEMFC bekerja pada suhu yang rendah (dibawah 100 oC) sehingga cocok untuk peralatan portable, sedangkan SOFC bekerja pada suhu yang tinggi (diatas 800 oC) sehingga cocok untuk pembangkit listrik suatu gedung seperti rumah, rumah sakit, kantor, dan sebagainya. SOFC atau sel bahan bakar padatan oksida memiliki beberapa keunggulan yakni: (1) efisiensi yang tinggi hingga 60-70% dan >95% jika dikombinasikan dengan turbin gas; (2) dapat menggunakan berbagai jenis bahan bakar mulai dari hidrogen, hingga hidrokarbon; (3) dapat dibentuk dalam berbagai jenis desain dan ukuran; (4) tidak mudah terkontaminasi oleh gas pengotor seperti CO; dan (5) tidak menggunakan elektroda logam mulia yang mahal harganya seperti Pt. Pengembangan SOFC saat ini lebih diarahkan kepada penurunan suhu operasionalnya menjadi 500-800 oC, yang disebut sebagai suhu menengah (intermediate temperature). Penurunan suhu ini mampu menurunkan biaya produksi dan penggunaan dari SOFC sekaligus memperluas wilayah aplikasi dari teknologi ini. Bagaimanapun, penurunan suhu operasional dapat meningkatkan hambatan elektrolit dan memperlambat laju reaksi katalitik pada elektroda. Pencarian kombinasi material elektrolit dan elektroda berturut-turut yang memiliki sifat konduktivitas yang baik dan sifat elektrokatalitik yang baik menjadi tantangan riset saat ini.




































































Ceria terdoping merupakan salah satu kandidat unggul elektrolit sel bahan bakar padatan oksida suhu menengah (IT-SOFC), dikarenakan memiliki konduktivitas yang lebih tinggi dibandingkan elektrolit komersial yakni zirkonia terstabilkan ittria (YSZ), pada suhu menengah. Namun, ceria terdoping sangat mudah membentuk konduktor tipe n pada tekanan parsial oksigen yang rendah dan suhu operasional yang tinggi akibat tereduksinya ion Ce4+ menjadi ion Ce3+. Pencarian dopan ideal




































































berikut konsentrasinya masih terus dilakukan untuk meningkatkan stabilitas dan konduktivitas ceria pada suhu menengah. Beberapa laporan menunjukkan bahwa strategi kodoping atau doping ganda mampu meningkatkan konduktivitas dan stabilitas dari ceria, serta sifatnya lebih unggul dibandingkan doping tunggalnya. Sintesis ceria doping ganda yakni Ce1-x-yGdxMyO1-delta dengan M = Er, Dy, atau Nd, dan x, y = 0,05 atau 0,1 telah dilakukan dengan menggunakan metode reaksi fasa padat. Struktur, morfologi, dan komposisi padatan ceria doping ganda dikarakterisasi berturut-turut menggunakan XRD, SEM, dan EDS. Berdasarkan hasil XRD, pola XRD semua ceria doping ganda mirip dengan pola XRD ceria murni yang menunjukkan satu fasa. Refinement dilakukan dengan menggunakan metode Le Bail pada hasil XRD. Semua ceria doping ganda berstruktur kubik dengan grup ruang Fm3 m. Korelasi antara parameter kisi (a) yang diperoleh dengan radius rata-rata kation mengikuti aturan Vegard, dimana parameter kisi merupakan fungsi linier dari radius rata-rata kation. Foto SEM menunjukkan bahwa kebanyakan ceria doping ganda memiliki permukaan yang diharapkan untuk suatu elektrolit yakni sangat rapat. Analisis porositas dan ukuran kristalit rata-rata dilakukan dengan perangkat lunak ImageJ dengan menggunakan plugin PoreAnalysisSEM. Porositas ceria doping ganda paling kecil 0,00% dan paling besar 41,55%, sedangkan ukuran kristalit rata-rata mulai dari 2,85 (mu)m hingga 11,56 (mu)m. Berdasarkan hasil EDS, sebagian besar ceria doping ganda yang dihasilkan memberikan persen komposisi unsur yang sesuai dengan target komposisi yang digunakan pada saat pencampuran prekursor.

Deskripsi Alternatif :






































































Energy crisis which had been happen because of unbalanced between human energy needed and availability of fossil fuel and the CO2 emission from combustion of fossil fuel which caused global warming effect invite many attentions of people who care with environment to develop much kind of alternative energies immediately which is hoped could reduce the consumption of fossil fuel. Fuel cells which is one of alternative energy which generally use hydrogen fuel have relative high efficiency and environmentally friendly. There are six types of fuel cell which have been developed, but two of them being promising candidate for future energy, those are Polymer Electrolyte Membranes Fuel Cells (PEMFCs) and Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs). PEMFCs operated at low temperature (under 100 oC) so these type are suitable for portable devices. SOFCs operated at high temperature (more than 800 oC) so these type are suitable for electrical generator of building such as houses, hospitals, offices, and many more.




































































SOFCs have many advantages, such: (1) high efficiency up to 60-70% and > 95% if combined with gas turbine; (2) can use variety of fuels such hydrogen, carbon monoxide, even hydrocarbon; (3) could be fabricated to many kind of size and design; (4) protected from gases contaminated such CO; (5) low cost in fabrication because not using Pt. Nowadays, SOFC development is leads to lowering the operating temperature down to 500-800 oC , which is called Intermediate Temperature SOFC (IT-SOFC). This lowering could decrease fabrication cost and broad applications area of SOFC. However, lowering the operating temperature could increase electrolyte resistance and inhibited catalytik reaction rate in electrodes. Finding new combination between electrolyte and electrodes which each of them has good conductivity and good electrocatalytic become a challenge for researchers.




































































Doped ceria is one of good candidate for IT-SOFC electrolyte; it was because it has higher conductivity compare to commercial electrolyte yttria stabilized zirconia (YSZ) at intermediate temperature. Unfortunately, doped ceria is easy form n type conductor at low oxygen partial pressure and high operating temperature which caused reduction of Ce4+ to Ce3+. Searching ideal dopant including its concentration has been done to improve the stability and conductivity of ceria at low temperature. Some researcher reported that codoping strategy could increase conductivity and stability of ceria more than their single doped. Synthesis of codoped ceria Ce1-x-yGdxMyO1-delta where M = Er, Dy, or Nd, and x, y = 0.05 atau 0.1 had been done using solid state method. Structure, morphology, and composition of synthesized codoped ceria are characterized using XRD, SEM, and EDS respectively. XRD analysis showed that XRD patterns of synthesized codoped ceria seem similar to the XRD pattern of undoped ceria but a little shift and broad peaks. Refinement had been done using Le Baile method to the XRD patterns. All of synthesized codoped ceria have cubic structure with space group Fm3 m. Correlation between lattice parameter of codoped ceria and cation radii mean followed Vegard’s rule at the same total dopants concentration. SEM image showed that most of synthesized codoped ceria have expected surface for an solid electrolyte which is dense. Analysis in porosity and crystallite size had been done using ImageJ software with PoreAnalysisSEM plugin. Porosity of synthesized codoped ceria are in the range 0.00% until 41.55% and the range of crystallite size mean is 2.85-11.56 (mu)m. Based on EDS results, most of synthesized codoped ceria have good agreement composition with target composition.

Beri Komentar ?#(0) | Bookmark

PropertiNilai Properti
ID PublisherJBPTITBPP
OrganisasiS
Nama KontakUPT Perpustakaan ITB
AlamatJl. Ganesha 10
KotaBandung
DaerahJawa Barat
NegaraIndonesia
Telepon62-22-2509118, 2500089
Fax62-22-2500089
E-mail Administratordigilib@lib.itb.ac.id
E-mail CKOinfo@lib.itb.ac.id

Print ...

Kontributor...

  • Pembimbing : Prof. Dr. Ismunandar, Editor: PKL-SMK

File PDF...