Membran untuk Aplikasi FUEL CELL

Poly(vinyl alcohol) (PVA)/sulfonated polyhedral oligosilsesquioxane (sPOSS) hybrid membranes for direct methanol fuel cell applications

          Pada membrane fuel cell disini yaitu sebagai membrane pertukaran proton dalam aplikasi direct methanol fuel cell (DMFC) yang digunakan adalah poly(vinyl alcohol) (PVA) dan polyhedral oligosilsesquioxane (sPOSS) tersulfonasi, dikroslinkingkan oleh ethylenediaminetetraacetic dianhydride (EDTAD). Dengan adanya (sPOSS) maka proton conductivity meningkat dan methanol permeability menurun dengan meningkatnya kandungan (sPOSS) pada membrane. Membrane tersebut mempunyai konduktivity sebesar

0.042 S/cm yang sebanding dengan NafionTM. Dengan adanya gugus polar pada asam sulfonat menyediakan pola ion konduksi ketika gugus polarnya dikombinasikan membentuk

Penghalang permeasi dari methanol dengan meningkatkan stabilitas thermal dari membrane.

          Pembuatan dari sPOSS caranya yaitu 1mmol Triglycidyl POSS dilarutkan ke dalam 10 ml THF kemudian dimasukkan ke dalam labu alas bulat dengan memberkan N2. Setelah diaduk selama 1 jam pada suhu 50^oC ditambahkan 1 gr 4-hydroxybenzenesulfonic acid lalu diaduk lagi. Setelah itu larutan diuapkan pada suhu kamar selama 24 jam dan dikeringkan pada oven vakum selama 48 jam untuk mengisolasi sulfonated POSS. Yang terakir adalah mencuci dengan distilled water pada suhu 50^oC untuk menghilangkan unreacted 4-hydroxybenzenesulfonic acid. Mekanisme reaksinya sebagai berikut:

 

          Preparasi membran dilakukan dengan melarutkan PVA dalam 20 ml DMSO pada suhu 80^oC dan melarutkan sPOSS dalam 10 ml DMSO dengan bantan ultrasonic secara terpisah. Kemudian larutan sPOSS ditambahkan  dalam larutan PVA lalu diaduk selama 6 jam pada suhu ruangan dan menambahkan pada larutan campuran PVA/sPOSS pada tingkat dari [OH]/

[anhydride]¼1/0.025. Kemudian campuran diaduk pada suhu ruangan selama 30 menit, lalu dikeringkan kedalam piring TeflonTM pada suhu 40^oC slama 24jam. Selama ini EDTA mengkroslinkingkan secara menyamping pada rantai PVA. Setelah itu lapisan PVA /sPOSS dikeringkan dalam oven vakum pada suhu ruangan selama 48 jam dilanjutkan dengan pencelupan ke dalam sejumlah besar DMSO selama 24 jam dengan suhu 80^oC untuk mengekstrak unreacted PVA dan sPOSS. Yang terakir adalah  crosslinked dan extracted samples dibenamkan ke dalam deionized water untuk menghilangkan DMSO, dengan mengganti air sampai 3x dilanjutkan dengan exhaustive drying under vacuum. Mekanisme reaksi dari crosslinked PVA oleh EDTA:

Mekanisme kerja dari membrane PVA Fuel Cell DMFC: (analog dengan gambar)

            AEM diganti dengan PVA yang dimodifikasi, fungsi membrane disini adalah memberikan gugus hidroksil sebagai ion hidroksil untuk pemisah antara anoda dan katoda. Ada 2 macam DL dan CL, karena masing-masing berfungsi sebagai DL CL anoda dan DL CL katoda. DL berfungsi untuk memberikan support pada CL yang sesuai dan untuk mengedarkan reaktan ke seluruh CL juga mengalirkan listrik ke current kolektor.

            Methanol mengalir dari anoda DL menuju anoda CL yang kemudian dioksidasi menghasilkan electron, CO₂, dan air. Kemudian air yang dihasilkan mengalir melewati membrane menuju katoda CL ketika electron berjalan melalui external Circuit ke katoda dari anoda. Lalu di katoda juga terjadi reaksi antara oksigen dari cathode flow field dengan air untuk menghasilkan ion hidroksida.

REFERENSI

Y.-W. Chang et all. 2007. Poly(vinyl alcohol) (PVA)/sulfonated polyhedral oligosilsesquioxane (sPOSS) hybrid membranes for direct methanol fuel cell applications. John Wiley & Sons. Polym. Adv. Technol. 2007; 18: 535–543

T.S. Zhao et al. 2010. Anion-exchange membrane direct ethanol fuel cells: Status and perspective. Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Front. Energy Power Eng. China 2010, 4(4): 443–458