Perpustakaan Digital ITB

Sumber energi merupakan salah satu kebutuhan yang sangat penting dalam kehidupan umat manusia. Kebutuhan akan energi meningkat dengan meningkatnya jumlah penduduk dan meningkatnya standar hidup manusia. Sebagai sumber energi utama manusia hingga sekarang adalah bahan bakar fosil. Krisis energi yang terjadi sekarang ini disebabkan karena menipisnya cadangan minyak bahan bakar fosil. Untuk itu perlu dilakukan penelitian untuk mencari bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar fosil tersebut. Salah satu fokus penelitian yang dikembangkan saat ini untuk mengganti sumber energi dari bahan bakar fosil adalah penggunaan sel bahan bakar dengan bahan bakar hidrogen (polymer electrolyte membrane fuel cell atau PEMFC) dan metanol (direct methanol fuel cell atau DMFC). Salah satu bagian penting sel bahan bakar adalah membran polimer elektrolit. Membran polimer elektrolit yang banyak digunakan dalam PEMFC dan DMFC adalah Nafion®, karena Nafion® memiliki hantaran proton dan kestabilan termal yang tinggi, serta mempunyai stabilitas kimia yang cukup baik. Adapun kelemahannya antara lain bahan dasar polimer yang digunakan masih cukup mahal dan tidak ekonomis, sulit mengontrol kelembabannya, permeabilitasnya terhadap metanol masih cukup tinggi, yang mengakibatkan efisiensi sel bahan bakar metanol berkurang, serta tidak ramah lingkungan bila bahan tersebut tidak digunakan lagi. Salah satu polimer yang murah dan penggunaannya luas adalah polistiren (PS). Polistiren dapat dimodifikasi melalui sulfonasi dan di-blend dengan polimer lain, sehingga berpotensi digunakan sebagai membran penukar proton. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis material polielektrolit untuk aplikasi PEMFC dan DMFC dari polistiren tersulfonasi (PSS) dengan penambahan lignosulfonat (LS) dan silika. Parameter-parameter yang telah diteliti dalam penelitian ini adalah kondisi reaksi sulfonasi polistiren dan komposisi masing-masing komponen terhadap struktur dan sifat-sifat membran polimer elektrolit yang terbentuk serta aplikasinya untuk sel bahan bakar. Penelitian ini diawali dengan sulfonasi polistiren. Sulfonasi polistiren dilakukan secara homogen dengan asetil sulfat sebagai reagen sulfonasi. Parameter temperatur reaksi, lama reaksi sulfonasi berlangsung, dan komposisi reagen sulfonasi digunakan untuk optimasi sulfonasi PS. Tahap kedua adalah pembuatan membran polimer elektrolit melalui pencampuran antara polistiren tersulfonasi yang optimum dari tahap pertama dengan lignosulfonat (LS). Blending PSS dan LS dilakukan dengan casting larutan polimer pada berbagai komposisi lignosulfonat untuk memperoleh membran PSS-LS yang optimum. Tahap ketiga adalah sintesis membran polimer elektrolit melalui blend antara PSS-LS yang optimum yang diperoleh pada tahap kedua dengan silika (SiO2) pada berbagai komposisi SiO2, sehingga diperoleh membran polielektrolit PSS-LS-SiO2 yang mempunyai sifat mekanik dan termal yang baik, konduktivitas proton yang tinggi, permeabilitas metanol yang rendah, serta harganya murah. Untuk mendapatkan informasi mengenai struktur dan kaitannya dengan karakteristik membran polimer elektrolit telah dilakukan karakterisasi yang meliputi analisis gugus fungsi, kestabilan termal dan sifat mekanik, morfologi permukaan, water uptake, kapasitas pertukaran ion, konduktivitas proton, dan permeabilitas metanol. Berdasarkan hasil analisis data penelitian diperoleh hasil-hasil penelitian sebagai berikut: polistiren telah dapat dimodifikasi menjadi material membran elektrolit sel bahan bakar melalui sulfonasi dan blending dengan LS dan SiO2. Sulfonasi PS telah dilakukan dengan baik yang secara kualitatif ditunjukkan dari analisis gugus fungsi menggunakan FTIR dan analisis viskositas intrinsik. Kondisi optimum sulfonasi polistiren agar dapat diaplikasikan sebagai material membran elektrolit sel bahan bakar diperoleh ketika perbandingan mol PS terhadap reagen sulfonat sebesar 1/736 atau ditulis PSS(2:4) dalam pelarut DCM pada temperatur 400C selama 80 menit. Pengaruh penambahan LS pada membran PSS secara kualitatif dapat ditunjukkan dari analisis gugus fungsi (FTIR). Semakin tinggi komposisi LS dalam membran, kapasitas penukaran ion (KPI), water uptake, permeabilitas metanol, kestabilan termal dan pembentukan pori semakin meningkat. Konduktivitas proton dan kekuatan mekanik meningkat dengan bertambahnya LS dan mencapai maksimum pada konsentrasi LS 7,5% (w/w). Berdasarkan sifat fisikokimia membran PSS-LS yang berhasil disintesis, maka membran PSS-LS dengan konsentrasi LS 7,5% (w/w) (PSS-LS7.5) memberikan hasil yang terbaik dan berpotensi untuk diaplikasikan pada PEMFC atau DMFC. Demikian juga pengaruh penambahan silikat (SiO2) pada membran PSS-LS7.5 dapat ditunjukkan dari analisis gugus fungsi dan energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Dengan meningkatnya komposisi SiO2 dalam blend PSS-LS, kapasitas penukaran ion, water uptake, konduktivitas proton, dan kekuatan mekanik membran semakin meningkat, sebaliknya permeabilitas metanol dan pori permukaan membran menurun dengan meningkatnya SiO2. Berdasarkan sifat fisikokimianya, membran PSS-LS-SiO2-1 (1 % silica) dan PSS-LS-SiO2-2 (2 % silica) merupakan membran yang sangat berpotensi untuk diaplikasikan sebagai membran elektrolit khususnya pada PEMFC atau DMFC.