1 / 32

Sintesis dan Karakterisasi BiMeVOx (Me = Cu, Ti) Sebagai Material Elektrolit Padat pada SOFC

Presentasi Seminar Tugas Akhir 09 Februari 2010. Sintesis dan Karakterisasi BiMeVOx (Me = Cu, Ti) Sebagai Material Elektrolit Padat pada SOFC. Citra Deliana Dewi S. (10506027) Pembimbing : Dr. Bambang Prijamboedi. PENDAHULUAN. Permasalahan energi dan lingkungan.

keola
Download Presentation

Sintesis dan Karakterisasi BiMeVOx (Me = Cu, Ti) Sebagai Material Elektrolit Padat pada SOFC

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Presentasi Seminar TugasAkhir 09 Februari2010 SintesisdanKarakterisasiBiMeVOx (Me = Cu, Ti) Sebagai Material ElektrolitPadatpada SOFC Citra DelianaDewi S. (10506027) Pembimbing : Dr. BambangPrijamboedi

  2. PENDAHULUAN

  3. Permasalahanenergidanlingkungan • Energibersihdarisumberenergiterbarukansemakindibutuhkan, karenapersediaanbahanbakarfosil yang semakinmenipissertapermasalahanlingkungan yang diakibatkannyasemakinbesar (global warming). Gambar 1 Persediaandanpermintaanminyakdunia[1] Gambar 2 Peningkatan CO2 diatmosfer[2]

  4. Selbahanbakarpadatan (sofc) • Selbahanbakarpadatan (SOFC) merupakansalahsatualternatifenergibersihdanterbarukan yang sedangbanyakdikembangkan. • SOFC bekerjadenganbahanbakarhidrogen (H2) danoksigen (dariudara), sertamengemisikanhanya air danenergilistriksehinggamenjadisumberenergi yang menjanjikanuntukmasadepan. • Beberapakeunggulan SOFC: • Fabrikasi yang tidakterlalurumitkarenaterbuatdaribahanpadatan

  5. Keunggulan SOFC (cont’d) • Portable • Efektivitastinggi, hingga 40-60% (jikaditambahwaste-heat systems dapatmencapaiefisiensi 80-85%) • Umumnyamemerlukankatalis • most sulfur-resistant fuel cell type, dapatmentoleransikeberadaan sulfur hinggabeberapaordebesarandibanding fuel cell lainnya.[3] • Fleksibeldalamhalbahanbakar (H2, CO, hidrokarbon, dansebagainya)

  6. Cara kerjasofc • Katoda: reduksi H2menjadi H+, elektronmengalirkeanoda; • Anoda: menerimaelektrondarikatodauntukmereduksi O2menjadi O2-; • Elektrolit: konduksi O2-darianodakekatodasehinggabereaksidengan H+menjadi H2O. Gambar 3 Skema SOFC[3]

  7. IT-SOFCS • Namun, SOFC yang telahadasaatinipadaumumnyamenggunakanelektrolit YSZ yang beroperasipadasuhusekitar 1000 0C. • Suhu yang terlalutinggimengakibatkanstart up yang lambatdanmemerlukanperisaipanas yang baikuntukmempertahankanpanassertauntukmelindungipekerja. • Diperlukanelektrolitpengganti YSZ yang memilikikonduktivitastinggipadasuhu yang lebihrendahuntukaplikasiintermediate temperature SOFCs yaitu yang yangdapatdigunakanpadasuhu 400-600 0C.

  8. BIMEVOX • Konduktor ion oksigen yang berasaldarigolongan bismuth-vanadate (BiMeVOx) merupakansalahsatukandidatuntuk material elektrolitpada IT-SOFCs: memilikikonduktivitas ion oksigen yang tinggipadasuhu yang lebihrendah. • DilakukansintesisBiMeVOxdengandopan Cu dan Ti sertakarakterisasinyaberkaitandenganperannyasebagaielektrolitdalam SOFC.

  9. TINJAUAN PUSTAKA

  10. BIMEVOX • Rumusempiris: Bi2MexV1-xO5,5-δ • Strukturaurivillius yang terdiridarilapisan[Bi2O2]2+danlapisan [VO3.5]2- • Memiliki 3 fasastruktur yang tergantungpadasuhu, yaitufasaα, β, danγ. • Fasaγ merupakanfasaBiMeVOx yang memilikikonduktivitas yang paling tinggi. • Padakondisitanpadopan, fasaγstabilpadasuhudiatas 570 0C, fasaβstabilpada 450-570 0C, danfasaαstabildibawahsuhu 450 0C. • Substitusiposisi vanadium oleh ion dopanbervalensilebihrendahdapatmeningkatkankonsentrasivakansi ion oksigen.

  11. STRUKTUR BIMEVOX DAN HOPPING • PadastrukturBiMeVOx: lapis biru: [Bi2O2]2+; lapis merah (perovskite-like): [VO3.5]2-. • Konduktivitas ion terjadimelaluimekanismehopping (loncatan) oxygen vacancy.

  12. Solid State Reaction • Biasadisebutmetodareaksifasapadat, yaitusuatu metode sintesis material oksida di mana reaksi kimia terjadi dalam fasa padat. • Meliputitahapanhomogenisasi, kalsinasi, dan sintering. • Pereaksi saling berinteraksi melalui interdifusi ion-ion Gambar 4 Pembentukanspineldengansolid state reactions [4] • Kalsinasi : dekomposisitermal, pembentukanInti, s.volatil • Sintering : Mengubahstrukturmikro, densifikasi, pertumbuhankristal , reaksi.

  13. KARAKTERISASI • XRD digunakanuntukmenentukanstrukturpadatanserta parameter sel (dengan refinement). • SEM (scanning electron microscopy) digunakanuntukmelihatmikrostrukturpadatan. Gambar 5 Difraksisinar-X [5]

  14. R R R C KARAKTERISASI (cont’d) • EIS (electrochemical impedance spectroscopy) untukmengukurhambatanlistrikbahan. • Pengukuranimpedansidilakukanuntukmengetahuikonduktivitasionikdaribahan. Gambar 6 Analogipengukuranimpedanisdanspektrumimpedansi[6] ρ = (Zr x A)/l σ = 1/ρ

  15. EKSPERIMEN

  16. Bi2O3, V2O3,danMexOy Ditimbangsesuaistoikiometri Homogenisasiselama 2 jam Kalsinasi Dinginkan, laluHomogenisasi Sintering serbuk Dinginkan, laluHomogenisasi Pencetakan pellet Sintering pellet XRD, SEM, dan EIS Pellet Bi2MexV1-xO5,5-δ MexOy= 0 untuk Bi2VO5,5; CuOuntukBi2CuxV1-xO5,5-δ ;danTiO2 untuk Bi2TixV1-xO5,5-δ

  17. HASIL DAN PEMBAHASAN

  18. Struktur Bi2CuxV1-xO5,5-δ Penurunan parameter sel yang signifikanmerupakanakibatdariperubahanfasa.

  19. Struktur Bi2CuxV1-xO5,5-δ (α) Volume seltidakmengalamiperubahan yang signifikandiakibatkanbelumterjadiperubahanfasa.

  20. Struktur Bi2TixV1-xO5,5-δ

  21. Mikrostruktur Bi2CuxV1-xO5,5-δ • Ukuranbutiran (μm2) tidakmengalamiperubahan yang signifikan. Ukuranbutiran yang kecil (banyakrongga) kurangcocokuntukaplikasielektrolitdalam SOFC.

  22. Mikrostruktur Bi2TixV1-xO5,5-δ • Konsentrasi Ti pada x=0,2 memberikanpadatandenganmikrostruktur yang padattanpapori. Pertumbuhankristaltelahsempurna, menghasilkanukuranbutiran yang relatifbesar. • Cocokdiaplikasikansebagaielektrolit SOFC karenaakanmencegahkebocoran gas.

  23. IMPEDANSI BIMEVOX • Impedansimenurunsekitar 4,5x lipatpadakenaikansuhu 50 0C; • Impedansijugamenurunpadapertambahankonsentrasidopan Ti sekitar 4,5-10x padasetiappertambahankonsentrasiΔx=0,05; • Impedansi x=0,05 sekitar 100x lipatimpedansi x=0,2 pada 250 0C

  24. KONDUKTIVITAS • Konduktivitasmeningkatseiringdenganmeningkatnyakonsentrasidopan Ti. • Konduktivitas terendah:1,67x10-6 S/cm pada x=0,05 220 0C. • Konduktivitastertinggi: 6,12x10-3 S/cm pada x=0,2 440 0C • Suhuterendah yang dapatdicapai: 140 0C dengankonduktivitas 2,79x10-6 S/cm x=0,2 σ

  25. TRANSISI FASA Bi2TixV1-xO5,5-δ x=0,2 1000/T (K-1) perubahanfasa alpha ke beta terjadipadasuhu: y1=y2 -7.969x + 6.698=-5.421x + 2.246 2.548x = 4.452 x=1.74725275=1000/T T=572.327 K=299.327 0C perubahanfasa beta ke gamma terjadipadasuhu: y2=y3 -5.421x + 2.246= -7.353x + 5.160 1.932x =2.914 x=1.50828157=1000/T T= 663.006 K= 390.006 0C In σ (S/cm) Nilaikeduasuhutransisifasaberadadibawahsuhutransisifasaoksidainduknya.

  26. Konduktivitas Bi2TixV1-xO5,5-δ x=0,15 perubahanfasa alpha ke beta terjadipadasuhu: y1=y2 -8.817x + 6.325 =-7.831x + 4.529 0.986 x = 1.796 x=1.8215=1000/T T=548.998 K= 275.998 0C perubahanfasa beta ke gamma terjadipadasuhu: y2=y3 -7.831x + 4.529 = -15.91x + 15.61 8.079x = 11.081 x=1.3716=1000/T T= 729.0755 K= 456.0755 0C 1000/T (K-1) In σ (S/cm)

  27. Konduktivitas Bi2TixV1-xO5,5-δ x=0,1 1000/T (K-1) In σ (S/cm)

  28. Konduktivitas Bi2TixV1-xO5,5-δ x=0,05 perubahanfasa alpha ke beta terjadipadasuhu: y1=y2 -8.137x + 3.243=-5.841x - 0.695 2.296x = 3.938 x=1.71515679=1000/T T= 583.0371 K = 310.0371 0C perubahanfasa beta ke gamma terjadipadasuhu: y2=y3 -5.841x - 0.695= -14.58x + 11.05 8.739x = 11.745 x=1.34397528=1000/T T= 744.0613 K = 471.0613 0C 1000/T (K-1) In σ (S/cm)

  29. PerubahanSuhuTransisiFasa TransisiFasaαkeβ TransisiFasaβkeγ • Suhutransisifasaβkeγmenurundenganadanyadopandanpeningkatankonsentrasinya. • Fasaγberkonduktivitastinggibisadidapatkandalamsuhu yang lebihrendahdarioksidaindukya. Rentangsuhukestabilanfasaγmelebar.

  30. KESIMPULAN • Bi2TixV1-xO5,5-δ, x=0,2 memilikipotensi yang baikuntukdiaplikasikansebagaielektrolitpada SOFC dilihatdarimikrostruktur yang padatdannilaikonduktivitasnya yang tinggi. • Konduktivitas ion Bi2TixV1-xO5,5-δmeningkatdenganmeningkatnyakonsentrasidopan Ti. • Substitusi Vanadium oleh Ti dapatmenurunkansuhutransisifasapadaBiMeVOx.

  31. referensi [1] Oil market report, January 15th 2010, International Energy Agency (IEA). URL: http://www.iea.org/oilmar [2] Chris. 14 Mei 2008. MengukurPemanasan Global. URL: http://greenourearth.blogspot.com/2008/05/mengukur-pemanasan-global.html [3] Types of Fuel Cell. U.S. June 33th, 2009. Departmen of Energy. URL: http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/fc_types.html [4] Max-Planck-Gesellschaft. 2007. Solid State Reactions in Functional Oxides. URL: http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.mpihalle.mpg.de/department2/fileadmin/user_upload/Research_Projects/... [5] www.iop.org/.../Images%20500/img_mid_5359.gif [6]

  32. TERIMA KASIH

More Related