Perpustakaan Digital ITB

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.