ANALISIS CO-DOPING Y, Nd, DAN Sm DENGAN METODE SINTESIS SOL-GEL DALAM SISTEM ELEKTROLIT PADAT GADOLINIUM DOPED CERIA ( GDC ) UNTUK INTERMEDIATE TEMPERATURE SOLID OXIDE FUEL CELL ( IT-SOFC ) TUGAS AKHIR Disusun untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Metalurgi, Institut Teknologi Bandung Oleh: WIDYA FATH MAMERDA 12515016 PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK METALURGI FAKULTAS TEKNIK PERTAMBANGAN DAN PERMINYAKAN INSTITUT TEKNOLOGI B ANDUNG 2019 ii iii ANALISIS CO-DOPING Y, Nd, DAN Sm DENGAN METODE SINTESIS SOL-GEL DALAM SISTEM ELEKTROLIT PADAT GADOLINIUM DOPED CERIA ( GDC ) UNTUK INTERMEDIATE TEMPERATURE SOLID OXIDE FUEL CELL ( IT-SOFC ) ABSTRAK Sel bahan-bakar padat (Solid Oxide Fuel Cell – SOFC) adalah sistem konversi energi yang penting karena memiliki efisiensi yang tinggi, desain modular dan ramah lingkungan. Masalah utama dalam SOFC adalah tingginya temperatur operasi. Konvensional SOFC memiliki temperatur operasi sekitar 800-1000 o C. Perhatian saat ini difokuskan untuk menurunkan temperatur operasi SOFC menjadi temperatur menengah (600-800 o C) dan meningkatkan stabilitas penggunaan dalam jangka panjang. Dalam upaya menurunkan temperatur operasi, diperlukan peningkatan konduktivitas ionik yang dapat dilakukan dengan melakukan modifikasi proses, mikrostruktur, dan komposisi. Dalam penelitian ini, dibuat sistem elektrolit padat berbasis Gadolinium Doped Cerium (GDC) dengan penambahan co-dopant Y,Nd dan Sm. Komposisi dari masing-masing elektrolit padat adalah Ce0.7Gd0.2YxO1,9 , Ce0,9Gd0,075NdxO1,9 dan Ce0,85Gd0,05SmxO2-x dengan variasi x 0%; 2,5%; 5 %; dan 7,5%. Preparasi serbuk dilakukan dengan metode sol-gel yang melewati tahapan mixing, drying, dan kalsinasi. Selanjutnya serbuk yang dihasilkan dikompaksi dengan gaya 40 kN sehingga dihasilkan green pellet berdiameter kurang lebih 1 cm. Sintering kemudian dilakukan pada variasi temperatur 1000,1200 dan 1400 o C dengan waktu penahanan 4 jam. Dimensi dan massa dari setiap sampel sebelum dan sesudah sintering diukur untuk menentukan nilai densitas relatif dan densifikasi dari setiap sampel. Uji Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) dilakukan menggunakan Potensiostat Gamry Instrument Ref. 600 pada rentang temperatur operasi 500-700 o C dengan beda suhu 50 o C setiap pengambilan data. Data hasil pengujian EIS dianalisis untuk mengetahui karakteristik listrik dari setiap sampel. Selain itu juga dilakukan karakterisasi sampel dengan menggunakan XRD dan SEM. Model rangkaian listrik ekuivalen dari setiap sampel umumnya terdiri dari L-Rg- (Rgb/CPEgb)-(Rp3/CPE3), dimana L merupakan induktor, R ialah resistor, dan CPE merupakan konstanta elemen fasa. Persen densifikasi akan meningkat dan nilai hambatan butir serta batas butir akan menurun seiring dengan peningkatan suhu sintering. Nilai densifikasi tertinggi dari masing-masing penambahan co-dopant dicapai pada suhu 1400 o C pada sampel dengan penambahan 7,5% Y, 2,5% Nd, dan 5% Sm yaitu berturut-turut sebesar 52,44%, 63,93%,dan 64,10% . Konduktivitas ionik akan meningkat dan energi aktivasi akan menurun seiring dengan meningkatnya suhu sintering. Konduktivitas ionik tertinggi dihasilkan oleh sampel dengan penambahan 5% Sm pada suhu sintering 1400 o C sebesar 2,75 x 10 -2 S/cm dan energi aktivasi terendah dicapai oleh sampel dengan penambahan 2,5% Nd pada suhu sintering 1400 o C sebesar 0,167 eV.