elektronik

Ria Dwi Izahyanti (20214006)Direct borohydride fuel cells

Pendahuluan

Direct borohydride fuel cells (DBFCs) merupakan salah satu kelompok dari sel

bahan bakar alkali yang secara langsung didapatkan dari natrium borohidrida atau kalium

borohidrida.

Reaksi yang terjadi didalam Direct borohydride fuel cells (DBFCs)

a. Reaksi yang terjadi pada Anoda

Ion Borohidrida didalam media larutan basa dapat teroksidasi secara langsung

pada material elektroda. Oksidasi langsung dari ion borohidrida dalam medium basa

membutuhkan transfer elektron sebanyak 8 elektron seperti terlihat pada persamaan kimia

berikut,

(1)

Permasalahan muncul ketika reaksi anodic didalam DBFC dimana BH4-

terhidrolisis secara spontan utnuk menghasilkan hidroksi borohidrida dan hidrogen pada

material elektroda. Seperti pada persamaan berikut,

(2)

(3)

Kehadiran atom hydrogen pada anoda DBFC membuat potensial anoda bercampur

dengan potensial reaksi, sehingga menghasilkan,

(4)

Gambar 1. Tipe Sel Bahan Bakar Borohydrida dengan reduksi oksigen didalam

larutan basa (Ponce, 2007)


b. Reaksi yang terjadi pada Anoda

Reaksi katoda dengan oksigen sebagai oksidan dapat dituliskan dalam persamaan

berikut,

(5)

Mekanisme reaksi reduksi oksigen telah lengkap dan membutuhkan hidrogen

peroksida dan metal oksida yang dihasilakn untuk meningkatkan aktivitas elektrokatalis.

Reaksi total dari DBFC dengan oksigen sebagai oksidan seperti pada persamaan berikut,

(6)

Penggunaan hidrogen peroksida dibandingkan oksigen sebagai oksidan dapat

menghasilkan nilai potensial sel yang lebih tinggi. Hidrogen peroksida diaplikasikan pada

anoda magnesium dan aluminium didalam sejumlah prototype baterai dan sel bahan bakar

borohidrida. Penggunaan hidrogen peroksida sebagai oksidan relatif aman dan stabil,

namun memiliki energi yang lebih rendah dibandingkan dengan oxygen dan akan

mengalami kerusakan jika diaplikasikan bersama Pt, Pd dan Au sebagai elektrokatalis

didalam sel bahan bakar. Oksidasi langsung dari ion borohidrida dengan hidrogen

peroksida terlihat pada persamaan kimia sebagai berikut,

(7)

Reaksi dari sel bahan bakar memberika nilai potensial sebesar 2.11 eV

(8)

Gambar 2. Tipe Sel Bahan Bakar Borohydrida dengan reduksi hidrogen peroksida alkali

pada katoda (Ponce,2007)


Untuk methanol-oksigen dan hidrogen-oksigen, sel bahan bakar memberikan

potensial sel sebesar 1,21 V dan 1,23 V. Keuntungan dari borohidrida yang dilapisi

methanol dan hydrogen akan menjadi sumber energy jika antara borohidrida dan ion

peroksida bereaksi langsung pada elektroda. Namun pada kenyataannya ketika terjadi

reaksi maka akan mengambil potensial energy untuk reaksi redox. Potensial dari anoda

borohidrida dibuat dari hidrolisis hydrogen dan borat dihasilkan dari oksidasi langsung.

Pada katoda, terjadi dua reaksi yaitu, reaksi reduksi langsung dari hidrogen peroksida dan

reaksi reduksi oksigen yang dilepaskan dari dekomposisi homogen peroksida, seperti

pada persamaan kimia berikut yang terjadi pada media asam,

(reaksi katodic dengan H2O2 sebagai oksidan)

(9)

Didalam DBFC, H2O2 cenderung terdekomposisi pada permukaan katalis katoda

yang menghasilkan oksigen dan air,

(10)

Gambar 3. Tipe Sel Bahan Bakar Borohydrida dengan reduksi peroksida hydrogen

didalam elektrolit asam (Ponce,2007)

Kombinasi reaksi dengan oksidasi langsung dari borohidrida memberikan potensi

energy sel sebesar 3,01 V, lebih tinggi 0,9 V dibandingkan pada reduksi hidrogen

peroksida dalam larutan basa. Meskipun jumlah perubahan energy sel bahan bakar

borohidrida-hidrogen peroksida lebih tinggi dibandingkan sistem methanol-oksigen dan

hydrogen oksigen.


Gambar 4. Skema DBFC dengan menggunakan oksigen, udara atau hydrogen

peroksida sebagai oksidan(Jia, 2010)

Skema dari DBFC menggunakan oksigen, udara atau hidrogen peroksida sebagai

oksidan dan membran penukar kation sebagai elektrolit digambarkan pada Gambar. 4. Dari

gambar tersebut, membran tidak hanya memberikan tujuan penting dari transfer ion tetapi

juga berfungsi sebagai pemisah antara anoda dan katoda.

Gambar 5. Proses Elektrokimia pada DBFC (Richard, 2013)


Elektron diberikan pada anoda dari reaksi oksidasi BH4- ke katoda untuk mereduksi

H2O2 saat ion Na+ mempertahankan muatan didalam sel dengan melawan membran dari fuel

channel ke oxider chanel. Natrium borohidrida dapat digunakan dalam sistem sel bahan bakar

hidrogen yang lebih konvensional sebagai sarana menyimpan hidrogen. Hidrogen dapat

diregenerasi untuk sel bahan bakar dengan dekomposisi katalitik borohidrida yang :

NaBH4 + 2H2O → NaBO2 + 4H2 (11)

DBFC terurai dan mengoksidasi borohidrida dengan menggunakan reaksi langsung,

dan menghasilkan energi yang lebih besar, reaksi yang berlangsung sebagai berikut,

(Katoda) 2O2 + 4H2O + 8e- → 8OH- ( E0 = + 0.4V ) (12)

(Anoda) NaBH4 + 8OH- → NaBO2 + 6H2O + 8e- ( E0 = -1,24 V ) (13)

E0 = + 1.64V

Gambar 6. Proses Oksida dari DBFC (Richard, 2013)

Gambar 7. Elektroda dan interface potensial listrik pada DBFC (Richard, 2013)

Hubungan antara Vcell, dan lebih kepada ketika sel bahan bakar berada pada

sirkuit terbuka dan tidak ada arus yang mengalir antara anoda dan katoda.


Gambar 8. Ilustrasi topologi DBFC (Richard, 2013)

Elektrokatalis

Elektrokatalis digunakan sebagai gaya dorong dari sel bahan bakar. Pt merupakan

salah satu material aktif yang digunakan sebagai elektrokatalis dengan energi kinetic yang

tinggi dan sesuai dengan reaksi hydrogen. Secara umum reaksi yang terjadi pada DBFC

berkaitan dengan fungsi elektrokatalis yaitu oksigen di katoda menghasilkan ion hidroksil

(OH-) yang melewati elektrolit menuju sisi anoda. Di anoda hidrogen akan bereaksi dengan

ion hidroksil menghasilkan air dan membebaskan elektron. Elektron dari anoda keluar

sebagai tenaga listrik kemudian kembali ke sisi katoda. Di sisi katoda elektron bereaksi

dengan oksigen dan air menghasilkan ion hidroksil kembali. Sel bahan bakar hidrida dapat

mencapai efisiensi pembangkitan listrik sampai 70 persen. Namun, sangat rentan terhadap

pencemaran karbon, sehingga membutuhkan hidrogen murni dan oksigen murni. Pengotor

dalam DBFC dapat menyebabkan reaksi samping dan karbondioksida akan bereaksi dengan

elektrolit membentuk endapan karbonat yang akan menutup permukaan katalis dan

menghambat reaksi dipermukaan anoda dan katoda.


Daftar Pustaka

Indig ME, Snyder RN. Sodium borohydride, an interesting anodic fuel. J

Electrochem Soc 1962;109:1104–6.

Jia, B.H.; Li, Z.P.; Suda, S. Anodic oxidation of alkali borohydrides catalyzed by nickel.

J. Electrochem. Soc. 2010, 150, A398–A402

Ponce de Leo´ n C, Walsh FC, Rose A, Lakeman JB, Browning DJ, Reeve RW. A

direct borohydride—Acid peroxide fuel cell. J Power Sources 2007;164:441–8.

Richard, S. Understanding Direct Borohydride-Hidrogen Peroxide,2013; dissertation

Documents

elektronik