Studi Pengaruh Carbon Black Sintetis N330 HAF terhadap Karakterisasi Pelat Bipolar Berbasis Karbon Komposit Menggunakan Limbah Grafit

Studi Pengaruh Carbon Black Sintetis N330 HAF terhadap Karakterisasi Pelat Bipolar Berbasis Karbon Komposit Menggunakan Limbah Grafit Wentika Putri Kusuma Asih1, Yunita Sadeli2 1. Departemen Metalurgi dan Material, Universitas Indonesia, Kampus UI Baru, Depok, 16425, Indonesia 2. Departemen Metalurgi dan Material, Universitas Indonesia, Kampus UI Baru, Depok, 16425, Indonesia E-mail: [email protected]

Abstrak Pelat bipolar merupakan komponen utama pada susunan Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) yang berfungsi untuk mengumpulkan dan memindahkan elektron dari anoda ke katoda. Pelat bipolar berbasis grafit EAF dan carbon black sintetis N330 HAF (CABOT) sebagai filler dan epoksi dan hardener sebagai binder. Carbon black yang digunakan berukuran 26- 30 nm, sedangkan grafit EAF kurang dari 44 µm. Pembahasan utama pada penelitian ini adalah menganalisa pengaruh variasi komposisi penambahan carbon black sintetis terhadap karakterisasi pelat bipolar berbasis karbon komposit menggunakan limbah grafit. Komposisi partikel carbon black yaitu 0:100, 2,5:97,5, 5:95, 7,5:92,5, 10:90. Lama pencampuran grafit dengan carbon black 90 detik. Pelat bipolar dicetak dengan metode compression molding dengan tekanan 55 MPa selama 4 jam pada temperatur 100OC. Karakterisasi pelat bipolar meliputi pengujian konduktivitas listrik, pengujian fleksural, pengujian densitas, pengujian porositas, dan pengamatan permukaan patahan fleksural menggunakan FE-SEM. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi optimal partikel carbon black 7,5:92,5 menghasilkan pelat bipolar dengan karakteristik nilai konduktivitas tertinggi sebesar 6,33 S/cm, kekuatan fleksural 42,63 MPa, densitas 2,30 gr/cm3, dan porositas 0,92%. Study on Influence of Synthetic Carbon Black N330 HAF to Characteristics of Bipolar Plate based on Carbon Composite by Utilizing Graphite Waste Abstract Bipolar plate is one of important component of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) that collects and transfers electron from anode to cathode. Bipolar plate composites consist of graphite Electric Arc Furnace and synthetic carbon black N330 HAF (CABOT) as filler material. Epoxy resin and hardener was used as binder material of the composite. Use synthetic carbon black 26-30 nm and graphite EAF less than 44µm size. The main discussion in this research is to investigating the influence of variations in composition synthetic carbon black to characteristics of bipolar plate based on carbon composite by utilizing graphite waste. Composition ratio of synthetic carbon black are 0:100, 2,5:97,5, 5:95, 7,5:92,5, 10:90. Mixing time of graphite and synthetic carbon black are 90 seconds. Bipolar plate was moulded with pressure 55 MPa in 4 hours at 100OC. Characterization of bipolar plate material include electrical conductivity test, flexural test, density and porosity measurement, and fracture surface examination using FESEM. The optimum composition was

Studi pengaruh …, Wentika Putri K A, FT UI, 2013

obtained in 7,5:92,5. The optimum electrical conductivity, flexural strength, density and porosity were respectively: 6,33 S/cm, 42,63 MPa, 2,30 g/cm3, and 0,92%. Key words: PEMFC, bipolar plate, syntetic carbon black, composition ratio

Pendahuluan Jumlah penduduk Indonesia pada tahun 1990 sampai dengan 2009 diperkirakan bertambah dari 179,4 juta menjadi 230,6 juta dengan laju pertumbuhan rata- rata 1,3% per tahun. Proyeksi kependudukan 2000-2025 oleh Badan Pusat Statistik (BPS) diasumsikan bahwa jumlah penduduk Indonesia akan meningkat dengan laju pertumbuhan 1,1% selama 20102020 dan 0,9% selama 2020-2025 [1]. Permintaan terhadap energi listrik di beberapa wilayah di Indonesia diketahui bahwa tiap tahunnya tumbuh sekitar 8,46% [2]. Konsumsi BBM menurut sektor pengguna didominasi sektor transportasi, diikuti sektor industri dan sektor rumah tangga [1]. Data lainnya menyebutkan bahwa menurut jenis energinya, perkiraan permintaan energi BBM (31%-33%), gas (20,9%-22,7%), batubara (14,9%-16%), listrik (7,7%-8,1%), biomassa (6%-6,8%), Bahan Bakar Nabati (2,8%-6,4%) dan Liquid Petroleum Gas (2,4%-2,9%) [1]. Berdasarkan pola konsumsi yang telah disebutkan, pemerintah telah mencanangkan Kebijakan Energi Nasional. Salah satu sasaran Kebijakan Energi Nasional seperti yang dinyatakan pada Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006 menargetkan bahwa pada tahun 2025 dengan memberikan peranan yang lebih besar terhadap sumber energi alternatif untuk mengurangi ketergantungan pada minyak bumi [3,4]. Kebijakan terhadap energi pun telah dan akan diberlakukan seperti penyediaan energi melalui penjaminan ketersediaan pasokan energi dalam negeri, pengoptimalan produksi energi dan pelaksanaan konservasi energi [3]. Salah satu program utama yang dicanangkan pemerintah yaitu penelitian dan pengembangan energi seperti teknologi energi ramah lingkungan. Salah satu energi ramah lingkungan yang telah dikembangkan untuk mengatasi permasalahan energi merupakan teknologi sel tunam atau fuel cell. Sel tunam beroperasi dengan menggunakan bahan bakar hidrogen murni yang memancarkan nol emisi atau zero emission serta mengurangi polusi suara. Sel tunam yang merupakan sel elekrokimia mengubah energi kimia menjadi energi listrik dari hidrogen dan oksigen melalui proses reduksi yang juga menghasilkan panas dan hasil sampingan berupa air.


Tinjauan Teoritis Sel tunam adalah perangkat elekrokimia yang mengkonversikan energi kimia menjadi energi listrik secara terus- menerus (dengan disertai sedikit panas) selama bahan bakar dan oksidan tetap diberikan [5]. Selama proses tersebut terjadi perpindahan ion H+ akibat ionisasi pada anoda selain itu ada katoda terjadi pengikatan elektron oleh oksigen. Jika reaksi yang terjadi pada anoda dan katoda digabungkan, maka akan menghasilkan air [6]. Berikut reaksi yang terjadi pada anoda dan katoda [7]. Anoda

:

!! → 2!! + 2! !

(2.1)

Katoda :!! + 4!! + 4! ! → 2!! ! (2.2) __________________________________________ Reaksi total

:

2!! + !! → 2!! !

(2.3)

Dalam pengembangannya, jenis sel tunam ini digunakan sebagai perangkat sistem energi alternatif dan terbarukan yang perlahan mengganti sumber bahan energi minyak bumi, batubara dan panas bumi. Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) bekerja dengan elektrolit polimer dalam bentuk lembaran tipis. PEMFC merupakan sumber energi yang potensial dalam aplikasi transportasi. Beberapa karakteristik yang dimiliki seperti keluaran energi yang tinggi, temperatur operasi yang rendah, pemberian bahan bakar yang mudah dan tahan lama [8]. Efisiensi sebesar 45% - 60% dan temperatur kerja sekitar 80OC, keluaran dari sel berkisar antara 50kW (kilo watt) sampai 250 kW [5,7]. Penyusun utama PEMFC terdiri atas Membrane Electrode Assembly (MEA), pelat bipolar, sekat, dan pelat penutup seperti yang terdapat pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1 Perangkat Susunan PEMFC [14]

Pelat bipolar yang digunakan pada sel tunam harus memiliki sifat- sifat yang ditentukan oleh Departement of Energy (DOE) Amerika Serikat seperti yang terlihat pada Tabel 1.


Rancangan pelat bipolar harus komprehensif terhadap berat dan biaya dapat dimilimalisir karena pada sel tunam, pelat bipolar mencangkup 80% total berat, 60% total biaya produksi [9,10]. Oleh karena itu. Beberapa contoh material penyusun pelat bipolar, antara lain komposit karbon-karbon, komposit polimer- grafit, kertas grafit fleksibel dan logam [11]. Tabel 1. Spesifikasi Material Pelat Bipolar Berdasarkan US DOE (Department of Energy) [12,13]

Sifat

Nilai

Berat

<0,4 kg kW-1

Kekuatan Fleksural

>25 MPa

Kelenturan

3-5% deflection pada mid-span

Konduktivitas Listrik

>100 S.cm-1

Konduktivitas Panas

>10W(mK) -1

Permeabilitas gas

<2 x 10-6 cm3 cm-2 s-1 pada 80OC dan 3 atm

Ketahanan Korosi

< 1µA.cm-2

Penelitian ini akan membahas mengenai karakterisasi pelat bipolar yang dibuat dengan menggunakan polimer jenis termoset. Termoset digunakan sebagai pengikat (binder) pada material komposit. Terbuat dari campuran bisphenol A dengan epichlorihydrin. Keuntungan yang dimiliki apabila menggunakan resin epoksi diantaranya mempunyai adesi yang sangat baik terhadap kebanyakan jenis serat, penyusutan relatif rendah sehingga lebih mudah menghasilkan akurasi dimensi pada pembuatan struktur, tidak menguap selama reaksi curing yang disebabkan oleh gelembung udara yang tidak diinginkan,dan struktur crosslinking memberikan ketahanan yang baik terhadap lingkungan [14]. Resin epoksi ditambah hardener (polyaminoamide) agar terjadi reaksi curing sehingga diperoleh polimer dengan sifat mekanis yang baik. Selain itu, grafit yang digunakan merupakan limbah hasil dari proses peleburan besi baja pada dapur busur listrik dapat digunakan sebagai matriks pada material komposit berbasis karbon. Selain harganya yang murah dan dikarenakan grafit berasal dari limbah, penggunaan grafit ini dapat mengurangi pencemaran lingkungan.


Metode Penelitian Pelat bipolar berbasis grafit/epoksi menggunakan carbon black sintetis VULCAN®3 ASTM N330- HAF dengan ukuran partikel 26-30 nm. Komposisi awal yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari lima komposisi konsentrasi carbon black yang berbeda, yaitu A,B, C, D dan E seperti yang terlihat pada Tabel 2. Proses pencampuran carbon black dan grafit dengan epoksi serta hardener menggunakan alat high speed mixer (28000 rpm) selama 90 detik. Sampel kemudian dibentuk dengan metode compression molding dengan tekanan 55 MPa selama 4 jam pada suhu 1000C. Tabel 2.Komposisi Sampel Pelat Bipolar

Pelat Bipolar (100%wt. =180gram) Penguat (80%wt.= 144gr) Sampel

Carbon black

Grafit EAF

A B C D E

100% 97,5 % 95% 92,5 % 90%

Binder (20%wt.=36gr)

sintetis

144 gr

0%

140,4 gr 136,8 gr 133,2 gr 129,6 gr

2,5 %

Resin

Pengeras

pencampuran

epoksi

(hardener)

(detik)

50%wt.

50%wt.

18 gram

18 gram

0 gr 3,6 gr

5%

7,2 gr

7,5

10,8

%

gr

10%

Waktu

90

14,4 gr

Pelat bipolar selanjutnya akan dikarakterisasi untuk mengetahui komposisi optimal. Karakterisasi pelat bipolar meliputi pengujian konduktivitas listrik, pengujian fleksural, pengujian densitas, pengujian porositas, dan pengamatan permukaan patahan fleksural menggunakan FE-SEM. Pengujian konduktivitas listrik menggunakan alat Veeco FPP 5000four point probe detector. Pengujian fleksural pelat bipolar dilakukan dengan alat Chatalion type LF Plus berdasarkan standar pengujian ASTM D790. Pengujian densitas mengacu pada ASTM D792, yaitu membandingkan massa material di udara dengan massa material di dalam air. Pengujian porositas mengacu pada standar pengujian ASTM C20, yaitu perbandingan anatara sampel yang dikeringkan di dalam oven, massa di dalam air dan massa di udara


setelah direndam dengan air bersuhu 100oC selama 2 jam. Pengamatan permukaan patahan fleksural menggunakan FE-SEM dengan alat FEI Inspect 50. Hasil Penelitian dan Pembahasan a. Pengamatan Hasil Pencampuran Bahan Grafit EAF dan karbon hitam (carbon black) dicampur dengan menggunakan pengaduk berkecepatan tinggi (high speed mixer) berkecepatan 28000 rpm selama 10 detik. Selanjutnya dicampur dengan resin epoksi dan (pengeras) hardener selama 90 detik. Hasil pencampuran bahan seperti yang terlihat pada Gambar 2.

Gambar 2 Hasil Pencampuran Bahan

b. Karakteristik Pelat Bipolar 1. Analisa Hasil Pengujian Konduktivitas Listrik

Material penyusun pelat bipolar mempunyai peran penting pada PEMFC yaitu menghubungkan arus dari sel ke sel lainnya [24], oleh karena itu diperlukan material yang memiliki konduktivitas listrik yang tinggi [46]. Hasil pengujian konduktivitas listrik pelat bipolar dengan metode four point probe menunjukkan adanya peningkatan nilai konduktivitas listrik dari sampel A (0% CB: 100% grafit) hingga sampel B (2,5% CB: 97,5% grafit), terdapat penurunan pada sampel C (5% CB: 95% grafit), lalu terjadi peningkatan nilai konduktivitas pada sampel D (7,5% CB: 92,5% grafit) dan penurunan nilai konduktivitas listrik terjadi pada sampel E (10% CB: 90% grafit). Grafik distribusi nilai konduktivitas listrik pelat bipolar dapat dilihat pada Gambar 3. Nilai konduktivitas


listrik untuk tiap komposisi memiliki nilai sebesar 0.36, 5.08, 1.58, 6.33, dan 5.04 S/cm

Konduktivitas Listrik (S/cm)

berturut- turut pada sampel A, B,C,D dan E.

6.33

7 6

5.08

5.04

5 4 3 1.58

2 1

0.36

0 0

2.5

5

7.5

10

Carbon Black (wt.%) Gambar 3 Pengaruh Penambahan Carbon Black terhadap Konduktivitas Listrik Pelat Bipolar

Seperti yang telah dijelaskan pada bab metode penelitian, pengujian konduktivitas listrik dilakukan tidak hanya untuk melihat besarnya nilai konduktivitas akan tetapi juga untuk melihat distribusi konduktivitas listrik pada pelat bipolar. Dari masingmasing komposisi penelitian, titik uji bagian tengah pelat cenderung memiliki nilai konduktivitas yang tinggi dibandingkan dengan titik lainnya pada pelat bipolar. Pada proses cetak tekan (compression molding), tekanan yang diberikan oleh penekan terfokus pada bagian tengah cetakan, sehingga nilai tertinggi konduktivitas listrik berada di bagian tengah pelat bipolar. Pada penelitian sebelumnya, telah diuji carbon black sebagai pengisi konduktif minor (minor conductive filler) pada komposit grafit-polimer. Pengecilan ukuran dan penambahan konten partikel carbon black 2,5 vol.%- 5 vol% (5,5 wt.%- 11wt.%) menyebabkan partikel tersebut mengisi celah (void), membuat jalur konduktif (conducting tunnels) antara partikel grafit, sehingga menyebabkan meningkatnya jumlah lintasan konduktif (conductive paths) dan konduktivitas listrik limbak (bulk electrical conductivity) pada pelat bipolar [14,15,16,17]. Mekanisme konduktivitas pada komposit polimer konduktif dapat dijelaskan melalui Teori Percolation pada Gambar 4. Nilai konduktivitas listrik maksimum (3) diperoleh ketika konsentrasi pengisi (filler) berada diatas batas perkolasi (percolation threshold) (2), dibawah nilai ini, nilai konduktivitas komposit pada umumnya ditentukan oleh binder (1) [13, 18,19]


Gambar 4 Variasi Konduktivitas Komposit dan Formasi Perbedaan Struktur Jaringan dengan Penambahan Konsentrasi Conducting Filler. Kondisi (1) sebelum Percolation (2) saat Percolation (3) diatas Percolation [18].

Pada penelitian ini, pembuatan pelat bipolar melalui proses cetak tekan (compression molding). Selama proses pencetakan, grafit akan memadat dan memungkinkan untuk menghasilkan celah (void) antar partikel grafit yang menyebabkan berkurangnya nilai konduktivitas listrik. Carbon black dengan ukuran partikel yang lebih kecil dari grafit memungkinkan partikel ini untuk mengisi celah antara partikel grafit, sehingga akibat kontak tersebut terbentuklah lintasan konduktif (conductive paths) seperti yang telah dijelaskan diatas. Carbon black dibedakan menjadi struktur rendah (low structure) dan struktur tinggi (high structure). Pembentukan pelat bipolar dapat dipengaruhi oleh variasi ukuran partikel. Masingmasing struktur dan ukuran partikel mempunyai sifat yang berbeda, konduktivitas maupun sifat partikel terdispersi [19,20,21], dijelaskan pada Gambar 5. Partikel carbon black berstruktur tinggi akan mempengaruhi jumlah lintasan konduktif (conductive paths) yang terbentuk.

Gambar 5 Perbedaan Beberapa Sifat sesuai dengan Ukuran Partikel dan Struktur yang dimiliki oleh Carbon Black

Pengamatan terhadap struktur permukaan patahan carbon black pada pelat bipolar dilakukan menggunakan FE-SEM seperti yang terlihat pada Gambar 6. Berdasarkan hasil


pengamatan, dapat diketahui bahwa sampel A tidak memiliki komposisi carbon black, sehingga tidak terbentuk struktur dari carbon black. Oleh sebab itu, nilai konduktivitas yang dimiliki paling kecil diantara sampel lainnya yaitu 0,36 S/cm.

Gambar 6 Perbandingan Pembentukan Struktur Carbon Black pada Pelat Bipolar dengan Perbesaran 500 kali (a) Sampel A, (b) Sampel B. (c) Sampel C, (d) Sampel D dan (e) Sampel E

Pada penelitian ini digunakan carbon black sintetis seri N330 dengan ukuran 26-30 nm. Terlihat bahwa sampel B, D dan E cenderung dominan dengan high structure carbon black memiliki nilai konduktivitas listrik tertinggi, yaitu berturut- turut 5,08 S/cm, 6,33S/cm dan


5,04 S/cm. Jika diteliti dari penampakan struktur permukaan, sampel C cenderung terdapat low structure yang ditandai dengan adanya partikel- patrikel yang mengalami aglomerasi sehingga menyebabkan turunnya nilai konduktivitas listrik menjadi 1,58 S/cm. Nilai konduktivitas listrik yang dihasilkan pada penelitian ini masih jauh di bawah standar yang ditetapkan oleh DOE mengenai pelat bipolar yang digunakan untuk aplikasi PEMFC. Syarat yang harus dipenuhi bahwa pelat bipolar harus memiliki konduktivitas listrik melebihi 100 S/cm [22,23,24,25,26,27]. 2. Analisa Hasi Pengujian Fleksural

Salah satu syarat sebagai pendukung komponen pada sel tunam, diperlukan sifat mekanik yang baik dan tahan terhadap tekanan kompresi selama proses perakitan stack pada pelat bipolar [16, 17] Hasil pengujian dengan metode three point bending menunjukkan adanya penurunan nilai kekuatan fleksural pelat bipolar dari 41,69 MPa pada sampel A (0% CB: 100% grafit) hingga mencapai 33,60 MPa pada sampel C.(5% CB: 95% grafit), mengalami peningkatan tajam menjadi 42,63 MPa pada sampel D (7,5% CB: 92,5% grafit) dan mengalami penurunan menjadi 37,83 MPa pada sampel E (10% CB: 90% grafit). Nilai kekuatan fleksural kelima sampel ini telah memenuhi kekuatan fleksural yag ditetapkan oleh DOE (Department of Energy) yaitu lebih besar dari 25 MPa [13,18,23,24]. Nilai kekuatan fleksural pada pelat bipolar dengan variasi komposisi penambahan carbon black dapat dilihat pada Gambar 7.


Kekuatan Fleksural (MPa)

50

42.63

41.69

40

35.99

33.60

2.5

5.0

37.83

30 20 10 0 0.0

7.5

10.0

Carbon Black (wt.%) Gambar 7 Pengaruh Penambahan Carbon Black terhadap Kekuatan Fleksural Pelat Bipolar

Hasil pengamatan FE-SEM terhadap permukaan patahan sampel A, B,C D, dan E dapat dilihat pada Gambar 8. Berdasarkan pengamatan tersebut, sampel A mempunyai nilai fleksural tinggi (41,69 MPa) proses pencampuran bahan yang baik menyebabkan pembasahan antara epoksi dan filler juga baik sehingga ikatan antarmuka (interfacial bonding) atau kemampubasahan tinggi dan nilai kekuatan fleksural tinggi . Penurunan kekuatan fleksural terjadi pada sampel B (35,99 MPa) disebabkan minimnya kontak antar partikel, sehingga terlihat agregat carbon black dipermukaan patahan.


Gambar 8 Perbandingan Permukaan Patahan pada Perbesaran 500 kali (a) Sampel A, (b) Sampel B. (c) Sampel C, (d) Sampel D dan (e) Sampel E

Nilai kekuatan fleksural sampel D memiliki nilai tertinggi (42,63 MPa) dibanding sampel lain, karena walaupun masih ada celah (void) terlihat bahwa terdapat high structure sehingga cenderung mudah terdispersi [22]. Lain halnya dengan sampel C yang memiliki kekuatan fleksural terendah, yaitu 33,60 MPa, pada permukaan patahan terlihat partikel carbon black yang membentuk aglomerat sehingga dispersi partikel yang kurang baik menyebabkan nilai fleksural sampel C menurun. Penyebab pada sampel E kekuatan fleksural menurun diperkirakan karena pembasahan antara epoksi dengan partikel grafit dan carbon black tidak sebaik pada sampel D, didukung dengan adanya banyak celah (void) sehingga menyebabkan kekuatan fleksural menurun menjadi 37,86 MPa. 3.

Analisa Hasil Pengujian Densitas

Pengujian densitas bertujuan untuk mengetahui massa jenis pelat bipolar yang telah dihasilkan. Pada penggunaannya pelat bipolar diharapkan mempunyai massa yang ringan (light weight) dan syarat yang ditentukan oleh DOE bahwa densitas pelat bipolar harus kurang dari 5 gr/cm3 [29]. Pengujian densitas dilakukan terhadap seluruh sampel hasil pengujian


konduktivitas listrik. Nilai rata- rata densitas untuk setiap sampel meningkat dari A (2,27 gr/cm3) hingga B (2,28 gr/cm3), menurun pada C (2,26 gr/cm3), meningkat pada D (2,30 gr/cm3) lalu menurun pada E (2,29 gr/cm3). Grafik distribusi densitas pada peat bipolar dapat dilihat pada Gambar 9. 2.30

2.31

2.29

Densitas (gr/cm3)

2.3 2.28

2.29 2.28

2.27 2.26

2.27 2.26 2.25 0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

Carbon Black (wt.%) Gambar 9 Pengaruh Penambahan Carbon Black terhadap Densitas Pelat Bipolar

Perbedaan nilai densitas tidak terlihat signifikan, berkisar 2,26- 2,30 gr/cm3. Nilai

densitas komposit pelat bipolar sangat ditentukan oleh dispersi carbon black di dalam komposit [52]. Semakin besar komposisi carbon black seharusnya dapat meningkatkan densitas pelat bipolar, karena carbon black mampu mengisi celah antar partikel grafit. Pada sampel C memiliki nilai densitas terendah yaitu 2,6%, jika dikorelasikan dengan Gambar 4.9c, keberadaaan low structure lebih dominan, partikel tidak terdispersi dengan baik sehingga jika dibandingkan dengan sampel B pengaruh jumlah carbon black tidak terlalu berpengaruh dibanding high structure. 4. Analisa Hasil Pengujian Porositas

Porositas merupakan salah satu karakteristik yang memegang peranan penting pada karakteristik pelat bipolar, karena berpengaruh pada densitas yang nantinya akan mempengaruhi kekuatan mekanis (kekuatan fleksural). Nilai porositas rata- rata terendah terdapat pada sampel B (0,56%), sedangkan nilai porositas tertinggi terdapat pada sampel D (3,39 %) seperti yang terlihat pada Gambar 10.


Porositas (%)

3

3.39

3.21

4 2.18

2

0.92 0.56

1

0 0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

Carbon Black (wt.%) Gambar 10 Pengaruh Penambahan Carbon Black terhadap Porositas Pelat Bipolar

Perbedaan nilai porositas masingmasing pelat bipolar terlihat signifikan, Tekanan yang tinggi saat cetak tekan (compression molding) merupakan faktor yang dapat meningkatkan nilai densitas dan mengurangi jumlah celah (void) serta cacat (defect) pada komposit pelat bipolar [30]. Namun, untuk beberapa sampel seperti sampel C dan E, menunjukkan bahwa distribusi partikel carbon black selama proses cetak tekan (compression molding) tidak homogen ditandai dengan porositas yang masih tinggi yaitu beturut- turut 3,21% dan 3,39%. Kesimpulan Berdasarkan data hasil pengujian dan analisis yang telah dilakukan terhadap parameter komposisi konsentrasi carbon black, maka diperoleh nilai optimum pada sampel D dengan komposisi 7,5% CB: 92,5% grafit yaitu nilai konduktivitas listrik sebesar 6,33 S/cm, kekuatan fleksural 41,69 MPa, densitas 2,30 gr/cm3 dan porositas 0,92%. Kepustakaan 1.

Indonesia Energy Outlook 2010. Pusat Data dan Informasi Energi Sumber Daya Mineral, Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, Indonesia: Jakarta.2010. p11,16,23, 65.

2.

3.

http://www.esdm.go.id/batubara/doc_download/714-blue-print

pengelolaan-energi-

nasional-pen.html. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. Blueprint Pengelolaan Energi Nasional 2006- 2025. 2006. 4 Februari 2013.


4.

Handbook of Energy and Economic Statics of Indonesia.Center of Data and Information on Energy Mineral Sources, Ministry of Energy and Mineral Sources, Indonesia: Jakarta, 2011.p 99-102.

5.

http://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm Smithsonian Institution. Fuel Cells: Fuel Cell Basics. 2008. 29 Januari 2013.

6.

Baurens, Pierre, and Crouvezier, Jean-Philippe Poirot. Innovative concepts for bipolar plates. Technological Research Division. CEA Grenobles Center. CLEFS CEA, No.50/51. Winter

2004-2005.

3

Februari

2013 7.

Peighambardoust,SJ., Rowshanzamir, S., and Amjadi, M.. Review of the proton exchange membranes for fuel cell applications.Journal of Hydrogen energy, 2010, Vol 35,p.9350.

8.

Peighambardoust,SJ., Rowshanzamir, S., and Amjadi, M.. Review of the proton exchange membranes for fuel cell applications.Journal of Hydrogen energy, 2010, Vol 35,p.9350.

9.

Yunita S., Johny W.S., Sri H., and Bambang P. Effect of MWCNT on Characteristics of Carbon Bipolar Plates by Utilizing Carbon Waste Product Influenced by Compression Pressure Molding.International Journal of Materials Science. Vol.7,.No.2,2012, p.244.

10. Yunita S., Johny W.S., Sri H., and Bambang P. The Effect of Carbon Black Loading on The Characteristics of Carbon Composite Bipolar Plates by Utilizing Carbon Waste Product.s. Applied Mechanics and Materials. Vol.268-270, 2013, p.2104-109 11. Middlema, E., Kout,W., Vogeaar,B., Lenssen, J., and de Wall, E. Bipolar plates for PEM fuel cells. Journal of Power Sources, 2003.Vol 118, p44. 12. Mehta, V. and J. S. Cooper (2003). "Review and analysis of PEM fuel cell design and manufacturing." Journal of Power Sources 114(1): 32-53. 13. Atunes, Renanto A., de Oliveira, Mara C.L., Ett, Gerhard, and Ett, Volkmar. Carbon materials in composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells: A review of the main challenges to improve electrical performance. Journal of Power Sources, 2011. Vol.196, p.2951. 14. L.S. Penn, H.W., Epoxy resins, in Handbook of Composites, S.T. Peters, Editor. 1998, Champman & Hall: London. p. 48-74.


15. J.H. Lee, Yun Ki Jaang, Chang Eui Hong, Nam Hoon Kim, Peng Li, and Hong Ki Lee. (2009). Effect of carbon fillers on properties of polymer composite bipolar plates of fuel cells. Journal of Power Resources, Vol. 193. p. 525-526. 16. R.B. Mathur, S.R. Dhakate, D.K. Gupta, T.L. Dhami, R.K. Aggarwal, Effect of different carbon ﬁllers on the properties of graphite composite bipolar plate, Journal of Materials Processing and Technology 203 (2008) 184–192. 17. P.H. Maheshwari, R.B. Mathur, T.L. Dhami, Fabrication of high strength and a low weight composite bipolar plate for fuel cell applications, Journal of Power Sources 173 (2007) 394–403. 18. Suherman, H., A.B. Sulong, and J. Sahari, Effect of the compression molding parameters on the in-plane and through-plane conductivity of carbon nanotubes/graphite/epoxy nanocomposites as bipolar plate material for a polymer electrolyte membrane fuel cell. Ceramics International, 2013. 39(2): p. 1277-1284. 19. Sohi, N.J.S., S. Bhadra, and D. Khastgir, The effect of different carbon fillers on the electrical conductivity of ethylene vinyl acetate copolymer-based composites and the applicability of different conductivity models. Carbon, 2011. 49(4): p. 1349-1361. 20. Ariu, G., Influence of low-structure carbon black on the electrical, rheology and mechanical properties of graphite nanoplatelets/ethyl butyl acrylate composites, in Department of Materials and Manufacturing Technology. 2013, Chamers University of Technology: Gothenburg, Sweden. 21. Simpson, R.B., ed. Rubber Basics. 2002, Rapra Technology Limited: Shropshire, UK. 200. 22. Group, H., Carbon Black, H.G. Limited, Editor. 2010: ZHejiang, China. 23. Suherman, H., J. Sahari, and A.B. Sulong, Effect of small-sized conductive filler on the properties of an epoxy composite for a bipolar plate in a PEMFC. Ceramics International, 2013. 39(6): p. 7159-7166. 24. Dhakate, S.R., et al., Properties of graphite-composite bipolar plate prepared by compression molding technique for PEM fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy, 2007. 32(17): p. 4537-4543. 25. Planes, E., L. Flandin, and N. Alberola, Polymer Composites Bipolar Plates for PEMFCs. Energy Procedia, 2012. 20(0): p. 311-323. 26. Dicks, A.L., The role of carbon in fuel cells. Journal of Power Sources, 2006. 156(2): p. 128-141.


27. Kakati, B. K., D. Sathiyamoorthy, et al. (2011). "Semi-empirical modeling of electrical conductivity for composite bipolar plate with multiple reinforcements." International Journal of Hydrogen Energy 36(22): 14851-14857. 28. Taherian, R., M.J. Hadianfard, and A.N. Golikand, Manufacture of a polymer-based carbon nanocomposite as bipolar plate of proton exchange membrane fuel cells. Materials & Design, 2013. 49(0): p. 242-251. 29. Cho, E.A., et al., Characteristics of composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells. Journal of Power Sources, 2004. 125(2): p. 178-182. 30. Albar, M.E., Pengaruh Variasi Komposisi Ukuran Partikel Carbon Black dan Lama Pencampuran Grafit dan Carbon Black terhadap Distribusi Sifat- Sifat Pelat Bipolar PEMFC Berbasis Komposit Grafit/Epoksi, in Teknik Metalurgi dan Material. 2013, Universitas Indonesia: Depok.


Studi Pengaruh Carbon Black Sintetis N330 HAF terhadap Karakterisasi Pelat Bipolar Berbasis Karbon Komposit Menggunakan Limbah Grafit

Recommend Documents