Perpustakaan Digital ITB

Konsumsi energi terus meningkat tiap tahunnya sehingga dibutuhkan teknologi konversi energi yang efisien. Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) merupakan teknologi yang dapat mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik secara langsung dan efisien. SOFC komersial pada zaman ini masih memiliki beberapa kekurangan seperti temperatur operasi yang tinggi, start-up time yang lama, dan juga efek aging pada elektrolit padatnya. Gadolinium-doped Ceria (GDC) merupakan jenis elektrolit padat untuk SOFC yang menunjukkan konduktivitas ionik yang mumpuni pada temperatur operasi yang lebih rendah. Penambahan co dopan pada GDC dapat meningkatkan konduktivitas ionik, dan elemen utama dan co-dopan dari elektrolit padat terdapat di Indonesia. Oleh karena itu, elektrolit padat GadoliniumNeodymium-doped Ceria (GNDC) menjanjikan untuk diteliti. Dalam penelitian ini dibuat senyawa GNDC dengan variasi persen mol Nd yaitu 0%, 10%, 15%, dan 20%. Preparasi serbuk dilakukan dengan metode solid state mixing, serbuk kemudian dikompaksi dengan tekanan 40kN sehingga terbentuk sampel berupa pelet dengan diameter 0,8 cm. Sampel tersebut dibakar (sintering) pada temperatur 1400°C dengan variasi waktu sintering selama 3, 4, dan 5 jam. Dimensi dan massa sampel sebelum dan sesudah sintering diukur untuk mengetahui mekanisme penyusutan linier dan densitas relatif. Impedansi sampel diukur menggunakan LCR meter pada temperatur operasi 600°C sampai dengan 350°C dengan beda suhu 50°C tiap pengukuran. Data impedansi dianalisa menggunakan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Data hasil EIS yang berupa resistansi diolah lebih lanjut menjadi konduktivitas ionik dan energi aktivasi. Analisa SEM-EDS dan XRD juga dilakukan terhadap sampel hasil sintering. Sampel GDC dan GNDC berhasil dibuat dan teridentifikasi fasa CeO2 dengan struktur kristal kubik. Didapatkan mekanisme penyusutan linier berupa difusi pada batas butir untuk sampel dengan variasi persen mol Nd 0% dan 15%, sementara pada sampel dengan variasi persen mol Nd 10% dan 20% berupa difusi kisi pada batas butir. Konduktivitas ionik dan densitas relatif diketahui meningkat seiring dengan meningkatnya waktu sintering. Analisis EIS menunjukkan adanya kontribusi grain boundary dan grain bulk terhadap resistansi. Nilai tertinggi konduktivitas 2.1×10-2 S/cm dan densitas relatif 77,31% masing-masing didapat oleh sampel GNDC510 dan GDC5. Konduktivitas ionik meningkat dari 0% mol Nd sampai dengan nilai optimum 10% mol Nd lalu menurun pada persen mol Nd yang lebih besar. Terlihat juga bahwa sampel dengan konduktivitas yang tinggi memiliki kecenderungan nilai energi aktivasi yang lebih rendah, misalnya sampel GNDC510 dengan nilai energi aktivasi 0,68 eV.