093-2004.en.id.docx

Ulasan di Environmental Science & Bio / Technology (2004) 3: 273-280

Springer 2004

Polymer sel bahan bakar membran elektrolit: Prinsip dan kemajuan K. Scott 1, * & AK Shukla 2,3 1 Sekolah Teknik Kimia dan Advanced Material, University of Newcastle, UK; 2 Solid State dan Struktural Satuan Kimia, Institut Sains India, Bangalore, India; 3 Central Elektrokimia Research Institute, Karaikudi, India (* Penulis untuk korespondensi: e-mail: [email protected])

Diterima 24 November 2004; diterima 29 November 2004

Kata kunci: fl ow lapangan, sel bahan bakar, elektrolit polimer, pertukaran proton

Abstrak Polymer sel bahan bakar membran elektrolit (PEMFC) saat ini sedang dikembangkan secara intensif untuk berbagai aplikasi pembangkit listrik di transportasi, alat tulis dan daya portabel. The PEMFC dapat menghasilkan listrik pada bahan bakar yang tinggi e FFI efisiensi dan kepadatan energi yang tinggi. The PEMFC biasanya didasarkan pada Na fi atau polimer serupa dan beroperasi pada suhu rendah kurang dari 80 C. Artikel ini mengulas prinsip-prinsip desain PEMFC, kemajuan yang dibuat dalam kinerja mereka dan menganggap keterbatasan mereka dalam kaitannya dengan sumber dan jenis bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan tenaga.

1. Perkenalan

disebut proton sel membran pertukaran bahan bakar, yang beroperasi biasanya dalam kisaran 60-100 C dan cocok untuk

Sel bahan bakar mengubah energi kimia bahan bakar langsung

transportasi dan aplikasi portabel, dan untuk daya co-generasi di

menjadi listrik. Proses ini merupakan reaksi elektrokimia yang mirip

gedung-gedung (Larminie & Dicks 2000). The PEMFC juga bisa fi

dengan baterai, tapi tidak seperti baterai, sel bahan bakar tidak

aplikasi nd di pembangkit listrik dalam memberikan daya puncak

menyimpan energi dalam bahan kimia internal. Sebaliknya sel bahan

dan menghindari grid penguatan dan saat ini sedang diuji pada

bakar menggunakan kelangsungan penyediaan bahan bakar dari

skala 250 kW dengan hidrogen sebagai bahan bakar.

tangki penyimpanan eksternal. Dengan demikian, sistem sel bahan bakar memiliki potensi untuk memecahkan masalah yang paling menantang yang terkait dengan sistem baterai saat ini tersedia, yaitu

Saat ini, berkembang dengan baik teknologi PEMFC, didasarkan

energi mereka insu FFI efisien pada berat tertentu (spesifik kepadatan

pada per fl asam uoro-sulfonat (PFSA) membran polimer (misalnya

energi) atau volume (kepadatan energi volumetrik). Selain itu,

Na fi di ) Sebagai elektrolit, dan memiliki keterbatasan karena suhu

sedangkan teknologi baterai terkemuka yang mencapai batas praktis

rendah operasi, yaitu; konduktivitas dan pengelolaan air masalah,

kemampuan penyimpanan energi mereka, sel bahan bakar komersial

lambat reaksi reduksi oksigen (ORR), toleransi yang rendah untuk

masih dalam tahap awal. Selain itu, karena sel bahan bakar beroperasi

bahan bakar kotoran, misalnya CO dan S serta masalah pendinginan

tanpa siklus termal,

yang serius dan pemulihan panas miskin (untuk aplikasi perumahan). Sebaliknya, beroperasi pada suhu yang lebih tinggi memberikan beberapa manfaat ts termasuk ditingkatkan toleransi terhadap CO dan sangat berkurang masalah kation humidi fi. Untuk mencapai tujuan ini memerlukan berbagai baru membran polimer elektrolit yang menunjukkan stabilitas dan konduktivitas yang tinggi dengan tidak adanya air cair.

Suatu jenis penting dari sel bahan bakar adalah polimer elektrolit sel bahan bakar membran, (PEMFC), juga

274

Artikel ini meninjau kemajuan yang dibuat dalam kinerja PEMFC sejak

Sel bahan bakar biasanya menggunakan hidrogen sebagai bahan

awal mereka dan menganggap keterbatasan mereka dalam kaitannya

bakar tetapi berbagai bahan bakar lain seperti metanol dan etanol

dengan sumber dan jenis bahan bakar yang akan digunakan untuk

dapat digunakan juga tetap kinerja terbaik dalam hal output daya

menghasilkan tenaga.

dicapai dengan reaksi hidrogen murni dengan oksigen. Dalam kasus elektrolit asam reaksi sel adalah:

2. Pengantar bahan bakar sel H 2! 2H þ þ 2e 2.1. Prinsip operasi dari sel bahan bakar

Sebuah sel bahan bakar terdiri dari dua elektroda, anoda dimana bahan bakar dan katoda yang oksidan yang disediakan eksternal, dan elektrolit yang memisahkan dua elektroda dan memungkinkan ion untuk mengalir di atasnya (Gambar 1). Dalam prakteknya, sel bahan bakar terdiri dari struktur komposit tipis anoda, katoda dan elektrolit. kinerja elektrokimia yang baik dari sel membutuhkan e ff electrocatalysts efektif. The electrocatalysts dalam sel bahan bakar diposisikan di kedua sisi elektrolit, biasanya dalam bentuk polimer, asam keramik atau bergerak atau alkali, untuk membentuk perakitan

E Hai ¼ 0V

ð1Þ

0: 5O 2 þ 2H þ þ 2e! H 2 HAI E Hai ¼ 1: 229V ð 2 Þ

Potensial sel teoritis standar untuk sel bahan bakar dengan demikian sekitar 1,23 V. Salah satu atraksi dari sel bahan bakar adalah potensi tinggi e FFI efisiensi konversi energi kimia menjadi energi listrik. Tidak seperti mesin pembakaran, dimana panas dari pembakaran bahan bakar adalah pertama dikonversi menjadi energi mekanik yang kemudian diubah menjadi energi listrik, sel bahan bakar e FFI efisiensi tidak dibatasi oleh Siklus Carnot. Dalam bahan bakar sel maksimum (teoritis) listrik e FFI efisiensi,

sel. Gas-gas reaksi yang, dalam operasi praktis, diumpankan ke wajah belakang elektroda. medan aliran fi digunakan untuk memasok dan mendistribusikan bahan bakar dan oksidan untuk anoda dan katoda elektrokatalis, masing-masing. Distribusi bahan bakar dan oksidan fl ow atas elektroda idealnya harus seragam untuk mencoba untuk

e, pada kondisi standar suhu dan tekanan, diberikan oleh rasio Gibbs perubahan energi bebas, D G, dari reaksi terhadap perubahan entalpi, D H:

memastikan kinerja seragam masing-masing elektroda di permukaannya. The aliran lapangan memungkinkan gas untuk

e¼DG

mengalir sepanjang elektroda sementara memungkinkan transportasi gas ke normal elektrokatalis ke permukaan, melalui lapisan di ff usion.

ð3Þ

D H ¼ 2 FE HaiD H;

dimana F adalah Faraday konstan dan E

Hai,

potensial sel standar.

Untuk sel bahan bakar pada suhu rendah, di mana produk air cair, e FFI efisiensi sekitar 83%. Sel bahan bakar mengubah energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar untuk energi listrik berdasarkan reaksi elektrokimia dalam sel.

Di hampir semua sel bahan bakar yang praktis, teoritis e FFI efisiensi tidak tercapai karena kerugian tegangan ireversibel yang terkait dengan aliran arus dan karena pembangunan yang sebenarnya dari sel. Untuk bahan bakar sel elektrokimia e FFI efisiensi, e e, dapat didefinisikan sebagai tegangan aktual yang dicapai dibagi dengan energi bebas Gibbs:

e e ¼ 2 FE

ð4Þ

D G; dimana E, adalah potensi yang sebenarnya dihasilkan oleh sel bahan bakar.

Potensi yang dihasilkan oleh sel bahan bakar biasanya menurun dengan arus yang ditarik dari sel, seperti yang digambarkan pada Gambar 2, karena beberapa kerugian tegangan. kerugian tegangan ini dihasilkan dari polarisasi elektroda, sel internal dan resistensi eksternal, keterbatasan transportasi massal dan keterbatasan dalam sel bahan: Gambar 1. Prinsip sel bahan bakar.

275 electrocatalysts dan fl oods struktur berpori elektroda.

1000 900

Sel Voltage / mV

500

Secara keseluruhan dalam sel bahan bakar, daya (atau densitas daya) yang

800

dihasilkan oleh sel bahan bakar pameran maksimal dengan peningkatan

700

kepadatan arus (Gambar 2). Daya puncak yang dihasilkan oleh sel bahan bakar sering digunakan untuk mengkarakterisasi dan membandingkan kinerja.

600 400 300

2.2. Jenis sel bahan bakar

200 100

Ada beberapa jenis sel bahan bakar yang telah diteliti dan mengalami 0 0

500

1000

1500

2000

Kepadatan arus / mA cm- 2

pengembangan komersial (Kordesch & Simader 1994). Sel bahan bakar biasanya diklasifikasikan dalam hal elektrolit yang digunakan di dalam sel dan kadang-kadang dalam hal bahan bakar yang

Gambar 2. Variasi potensial sel bahan bakar dengan arus beban dan penyebab

digunakan. Desain Prinsip sel bahan bakar, yang didasarkan pada

hilangnya tegangan.

penggunaan hidrogen, sebagai bahan bakar, yang basa sel bahan bakar (AFC), sel bahan bakar asam fosfat (PAFC), pertukaran proton atau polimer bahan bakar sel elektrolit (PEMFC), sel bahan bakar

1. Elektroda polarisasi muncul ketika arus yang mengalir dan potensial elektroda menyimpang dari potensi standar. penyimpangan dalam potensi ini sesuai dengan pekerjaan listrik yang dilakukan oleh sel. Deviasi potensi disebut sebagai overpotential, g, dan variasi yang khas dengan densitas arus atau arus (arus per satuan penampang luas elektroda) ditunjukkan pada Gambar 2, sebagai perubahan yang cepat awal dalam potensi reaksi elektroda. Dalam kasus sel bahan bakar hidrogen, kerugian tegangan terbesar dihasilkan oleh reduksi oksigen (reaksi 2) yang merupakan kinetis jauh lebih lambat dibandingkan oksidasi hidrogen.

oksida padat (SOFC) dan sel bahan bakar karbonat cair (MCFC). Barubaru ini, sel bahan bakar berdasarkan metanol sebagai bahan bakar telah diperkenalkan dan dengan cepat mendekati aplikasi komersial. Sel bahan bakar metanol menggunakan membran polimer elektrolit (proton melakukan) dan bergantung pada oksidasi langsung metanol dan dengan demikian disebut sebagai sel bahan bakar metanol langsung (DMFC). Jenis lain dari sel bahan bakar didasarkan pada bahan bakar seperti etanol, propanol, asam format, dimethylether, natrium borohidrida dan propana dll dan dapat menggunakan membran elektrolit polimer. Seperti yang akan kita lihat pada bagian berikutnya membran polimer elektrolit mengambil tempat asam (proton melakukan elektrolit). Perlu dicatat bahwa ini juga memungkinkan untuk menggunakan hidroksida melakukan polimer elektrolit untuk menggantikan basa 'cair' elektrolit (Yu 2003).

2. resistensi internal dalam sel menghasilkan kerugian tegangan ohmik. resistensi ini disebabkan oleh elektrolit digunakan untuk ionically menghubungkan reaksi elektroda dua dan resistance elektronik yang berhubungan dengan koneksi dari bahan elektroda dalam sel. 3. Pada arus tinggi mungkin ada penurunan cepat dalam potensi yang karena sejumlah keterbatasan transportasi massal.

3. Sel bahan bakar membran polimer elektrolit 3.1. membran PEMFC

Keterbatasan ini disebabkan ketidakmampuan reaktan untuk di

The PEMFC, ditunjukkan dalam Gambar 3, menggunakan proton yang

gunakan ff ke electrocatalysts di elektroda pada tingkat su FFI

solid melakukan membran polimer sebagai elektrolit. Mereka

efisien untuk memenuhi persyaratan dari laju reaksi

dirancang sebagai sel suhu rendah (<100 C) dan digunakan dalam

elektrokimia. Biasanya hal ini disebabkan tekanan parsial

pertama misi ruang angkasa Gemini sebagai sumber daya tambahan.

rendah oksigen, dengan adanya nitrogen (di udara) dan uap

Sebuah komponen penting dari PEMFC adalah membran polimer itu

air (yang dibentuk oleh reaksi katoda) dan untuk pembentukan

sendiri, yang harus menunjukkan stabilitas yang baik di lingkungan

air cair yang meliputi

operasi yang relatif keras dari bahan bakar

276

Gambar 3. Skema penampang sel bahan bakar elektrolit polimer.

sel. Yang pertama PEMFC digunakan polimer polistirena sulfonat yang melalui kurangnya stabilitas jangka panjang menyebabkan kejatuhan PEMFC dalam eksplorasi ruang angkasa; AFC kemudian digunakan.

Gambar 4. Struktur Na fi di polimer. The Yeager Tiga Tahap Model didasarkan pada

Namun setelah penemuan Na fi pada seri membran oleh DuPont,

sistem berkerumun tiga fase dengan interkoneksi saluran dalam polimer. Tiga wilayah

sebuah terobosan besar dalam pengembangan PEMFC terjadi. Na fi

terdiri dari (A) suatu fl uorocarbon backbone, (B) suatu wilayah antarmuka yang relatif

pada membran terdiri dari struktur berdasarkan Polytetra fl uoroethylene (PTFE) yang, tidak secara elektronik melakukan, stabil

besar volume kosong pecahan mengandung beberapa rantai samping liontin, air, dan kelompok-kelompok sulfat dan (C) daerah berkerumun.

dan kimia lembam di pengoksidasi dan mengurangi lingkungan dari sel bahan bakar. Struktur fi Na materi ionomer (Gierke & Hsu 1982) ditunjukkan pada Gambar 4.

PTFE digunakan untuk memperkuat dan mendukung fi Na pada ionomer dan hasil dalam membran lebih tipis dengan resistensi ion berkurang (Kolde et al. 1995). Keberadaan air merupakan prasyarat untuk konduksi ionik

Materi yang terdiri dari backbone PTFE dengan vinil rantai

melalui membran. Keterbatasan Na fi di terkait dengan kebutuhan

samping eter yang mengakhiri dengan gugus asam sulfonat. Hasil

untuk mempertahankan membran fi kasi dengan baik humidi telah

PTFE di daerah hidrofobik yang dapat digambarkan sebagai yang

mempromosikan penelitian yang signifikan menjadi bahan alternatif

mengelilingi zona hidrofilik dibentuk oleh pengelompokan dari gugus

yang dibahas kemudian.

asam sulfonat yang menarik air, di bawah kondisi operasi sel bahan bakar normal. kelompok ini dari daerah asam bertanggung jawab atas ionik (proton) konduktivitas tinggi membran dan dengan demikian penggunaannya dalam PEMFC. membran memiliki rentang suhu yang

3.2. elektroda sel bahan bakar

relatif kecil dari stabilitas meskipun dalam operasi batas atas

Struktur PEMFC membutuhkan elektroda menjadi berpori sehingga

ditentukan oleh persyaratan untuk humidi fi kasi.

ada ruang yang cukup untuk usion di ff gas ke zona aktif dari electocatalyts. katalis yang khas digunakan dalam PEMFC didasarkan pada platinum. Elektroda itu sendiri harus menyediakan luas permukaan yang tinggi dari katalis untuk memaksimalkan laju reaksi (kerapatan arus) dan meminimalkan polarisasi elektroda. Dengan

Sejak penerapan Na fi di dalam sel bahan bakar beberapa varian

demikian, ada kebutuhan untuk partikel-partikel kecil yang

lainnya, dari perusahaan seperti Dow, Asahi Kimia dan Gore material

menyediakan luas permukaan yang tinggi per satuan volume,

telah digunakan. Sebuah pendekatan yang digunakan oleh Gore dan

sementara juga menjaga massa katalis yang digunakan dan dengan

Asahi adalah untuk membuat struktur komposit di mana

demikian biaya rendah. ini

277

Gambar 5. Didukung elektroda katalis dan batas tiga fase katalis aktif.

khas untuk elektrokatalis yang akan disimpan ke sebuah dukungan

menyebar ke membran dan kemudian ditutupi dengan backing

karbon, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5, yang

karbon (di ff usion) lapisan. Setelah menerapkan tinta ke kedua sisi

memungkinkan struktur berpori gas di ff usion elektroda (GDE) yang

membran struktur keseluruhan ditekan di bawah tekanan dan suhu

akan diproduksi, sementara mencapai komunikasi elektronik dalam

tinggi untuk membentuk perakitan elektroda membran (MEA). Lapisan

elektroda secara keseluruhan. Namun, juga penting, terutama untuk

dukungan karbon bertindak sebagai distributor gas dan sarana

katoda (di mana air terbentuk), yang GDE adalah hidrofobik sehingga

pengumpulan saat ini untuk elektroda. Sebuah alternatif untuk

gas 'saluran' terbentuk dan sehingga elektroda tidak menjadi fl

pengecoran tinta ke membran adalah untuk melemparkan tinta ke gas

membanjiri dengan air yang mengakibatkan keterbatasan

di ff usion lapisan, yang kemudian panas-ditekan ke membran. Hasil

transportasi massal. Pada awal GDEs, hidrofobik diperkenalkan

akhir dari proses ini adalah nanometer partikel katalis berukuran yang

dengan mengikat katalis karbon didukung dengan PTFE. Namun, ini

berada dalam kontak elektronik melalui dukungan karbon dan yang

berarti bahwa hanya katalis sebelah membran berada di kontak ionik,

berada dalam kontak ionik melalui lapisan tipis ionomer. Sebuah

dan mayoritas electocatalyst itu tidak benar-benar digunakan

lapisan tipis sangat penting sehingga jumlah air yang diserap ke dalam

elektrokimia dan akibatnya kepadatan kekuatan PEMFC relatif rendah.

ionomer, atau hadir di permukaan, kecil dan tidak menyajikan penghalang besar untuk gas di ff usion ke elektrokatalis. Hal ini sangat penting dalam kasus oksigen pada katoda.

Solusi untuk masalah ini dicapai dengan pengenalan ionomer ke dalam struktur elektroda sebagai pengikat. Metode produksi adalah untuk membentuk tinta katalis karbon didukung dalam air dan isopropil alkohol dan ionomer solubilised (dengan kemungkinan PTFE). tinta kemudian dapat

3.3. isu-isu praktis dalam sel bahan bakar

Dalam sistem yang paling praktis, sel bahan bakar dihubungkan secara seri untuk menghasilkan tegangan keseluruhan berguna. Pada prinsipnya, hal ini dapat dicapai dengan hanya connect-

278 ing tepi elektroda. Namun, karena struktur elektroda tipis dan

Salah satu yang paling sederhana desain aliran medan terdiri dari

konduktivitas listrik yang relatif rendah, mereka akan memperkenalkan

serangkaian saluran persegi panjang yang sempit paralel (Gambar 7),

kerugian fi kan kecil tapi signifikan dari tegangan, terutama pada

di mana bahan bakar atau oksidan diumpankan di satu ujung dan

beban arus tinggi. Dengan demikian, sambungan listrik di tumpukan

keluar dari ujung. Seperti 'bergaris' desain yang umum digunakan

biasanya dicapai dengan menggunakan pelat bipolar, yang membuat

dalam sel asam fosfat dan membran pertukaran proton (PEM) sel.

sambungan listrik di atas permukaan elektroda. Fungsi kedua dari

Piring dapat mesin grafit atau logam, atau diproduksi oleh kompresi

pelat bipolar adalah untuk memisahkan anoda dan katoda gas. Oleh

atau injeksi komposit polimer karbon. Arah anoda dan katoda gas

karena itu, tidak mengherankan, fungsi dari pelat bipolar dan aliran

mengalir bisa paralel, baik kontra-saat ini atau co-saat ini, atau pada

medan yang dimasukkan ke dalam satu unit, kadang-kadang disebut

sudut 90 derajat.

sebagai 'aliran lapangan piring'. Fungsi ini digambarkan pada Gambar 6. Pelat harus menjadi kurus, budidaya listrik, non-yg dpt tembus ke gas, non-korosif, berat badan rendah dan biaya rendah. Faktor-faktor ini memperkenalkan beberapa tantangan dalam pemilihan piring dan

Dalam polimer elektrolit (PEM) sel, aliran fi desain lapangan

desain. Sebagai contoh, sementara aliran medan memungkinkan

didasarkan pada sejumlah konsep erent di ff; bervariasi dari saluran

akses gas dengan struktur elektroda di ruang terbuka, ia mencegah

paralel sederhana untuk Serpentine fl ow dengan desain yang agak

kontak listrik pada titik-titik tersebut. kontak listrik harus sesering dan

rumit di mana fl ow bisa dengan cara zig-zag (Gambar 7) (Scott

sebesar mungkin untuk mengurangi melawan arus panjang fl ow panjang jalan. Namun, area besar kontak listrik dapat menyebabkan

2003). Dalam ular yang merancang ular fl ow yang belakang dan ke

masalah akses gas reaktan ke daerah-daerah di bawah kontak listrik.

depan, dari satu ujung dari sel ke yang lain, di sejumlah kecil saluran dikelompokkan bersama. Hal ini menciptakan jalur alir panjang untuk reaktan dalam sel.

Sebuah alternatif untuk penggunaan saluran terbuka adalah dengan menggunakan struktur berpori tipis (1-2 mm) yang terbuat dari busa logam, logam disinter, logam fi bre atau tikar, yang secara langsung kontak MEA tersebut. Dalam prakteknya, dua struktur berpori dipisahkan oleh logam budidaya tipis, atau karbon, lembar non-berpori,

pengaturan suatu fl ow alternatif adalah apa yang disebut interdigitated aliran lapangan. Desain ini telah saling jari seperti saluran dengan buntu. Interdigitated fl ow fi medan dengan buntu aliran desain telah dilaporkan untuk meningkatkan kinerja dalam PEM dan DMFC. Peningkatan itu disebabkan saluran buntu mengubah mekanisme transportasi di lapisan berpori untuk transportasi konveksi paksa daripada didominasi difusi. Selain itu, gaya geser dari aliran fl gas membantu untuk menghilangkan sejumlah besar air cair yang mungkin terjebak di lapisan elektrokatalis dan dengan demikian mengurangi potensi masalah dari banjir yang.

3.4. masalah operasi dengan PEMFCs Kinerja yang baik dari PEMFC tergantung pada mempertahankan kondisi stabil operasi. Untuk operasi jangka panjang masalah utama yang dihadapi (Wilkinson & St-Pierre 2003) adalah:

Gambar 6. koneksi bipolar dari MEA dalam sel bahan bakar.

kehilangan air dari elektrolit, menyebabkan hilangnya konduktivitas

279

Gambar 7. Mengalir bidang desain fi digunakan dalam sel bahan bakar.

? flooding elektroda menyebabkan hilangnya luas permukaan yang tersedia katalis

de-laminasi dari elektroda miskin kekuatan mekanik, terutama untuk elektrolit sangat tipis keracunan anoda berbasis Pt oleh adsorpsi CO dan kontaminan lainnya misalnya spesies belerang korosi sel parah selama elektrolit flooding disebabkan oleh kondisi fi sien bahan bakar-de kelaparan bahan bakar mengakibatkan korosi karbon dalam katalis mendukung dan lapisan usion karbon di ff penuaan komponen sel dari tekanan mekanis dan termal karena perubahan suhu, densitas arus dan kelembaban degradasi membran karena peroksida produksi di katoda dan wilayah stres tinggi atau 'hot-spot'

lysts, berdasarkan Pt paduan, misalnya Pt-Ru, telah terbukti (Gasteiger et al. 1995) menunjukkan kinerja yang baik di hadapan jumlah yang relatif besar CO (ca. 100 ppm). Penggunaan anoda bilayer, dimana katalis oksidasi CO ditempatkan di sebelah elektrokatalis berdasarkan Pt (dekat sisi pakan), berfungsi untuk mengurangi kadar CO dengan masukan mengurangi oksigen.

Cara lain untuk mengurangi dampak dari pencemaran adalah dengan menggunakan suhu yang lebih tinggi dari operasi untuk meningkatkan toleransi CO dari Pt. Operasi pada suhu di atas 150 C akan memungkinkan tingkat toleransi CO ditingkatkan ke beberapa ratus ppm. Operasi PEMFC pada suhu tinggi di atas 100 C juga akan meningkatkan kinetika reaksi katoda dan anoda. Namun konduktivitas ionik Nafion jatuh jauh di atas 80 C karena kehilangan penguapan air, yang diperlukan untuk konduktivitas. membran polimer alternatif, misalnya berdasarkan PBI (Quinfeng et al. 2000) yang menunjukkan transportasi proton cepat pada suhu yang tinggi diperlukan untuk sel bahan bakar PEM yang beroperasi di 100- 200 C rentang suhu.

Kontaminasi dalam PEMFCs, terutama dari CO, merupakan masalah besar, seperti dalam aplikasi praktis hidrogen umumnya tidak murni dan mengandung jumlah jejak CO, serta NH 3 dan spesies Sulfur. Menghindari kontaminasi dapat dicapai dengan beberapa metode, termasuk gas bersih-bersih, di mana CO secara fisik dihapus

Pendekatan alternatif untuk operasi PEMFCs adalah dengan

dari aliran gas ke tingkat yang tidak kinerja sel ff ect dan penambahan

menggunakan bahan bakar selain hidrogen. Ada kepentingan besar

oksigen atau peroksida ke aliran bahan bakar untuk kimia

dalam penerapan teknologi PEMFC dengan bahan bakar cair seperti

mengoksidasi CO (Gottesfeld & Pa ff ord 1988). Namun peroksida

metanol dan etanol. sel bahan bakar ini beroperasi dengan oksidasi

membawa serta risiko degradasi membran. Atau, masalah kontaminasi dapat dikurangi dengan katalis ditingkatkan. CO cata- toleran

langsung bahan bakar, misalnya metanol dalam DMFC (Scott et al. 1998). sel bahan bakar ini memiliki keuntungan bahwa mereka dapat beroperasi pada cairan yang mudah disimpan dalam tangki. Namun

280 kinerja listrik tidak nis tidak sebagus yang dicapai dengan hidrogen.

Referensi Gasteiger HA, Markovic NM & Ross PN (1995) J. Phys. Chem.

4. Kesimpulan

99: 318 Gierke TD & Hsu WY (1982) In: Eisenberg & Yeager HL (Eds.), Per fl uorinated membran Ionomer, ACS Symposium Ser. Tidak ada 180,

sel bahan bakar membran elektrolit polimer saat ini dioperasikan pada suhu rendah kurang dari 80 C. Mereka menghasilkan daya pada tinggi e FFI efisiensi listrik dengan pencemaran lingkungan yang rendah. Namun karena suhu rendah operasi mereka memiliki beberapa

CH13, p. 283 Gottesfeld S & Pa ff ord J (1988) J. Electrochem. Soc. 135: 2651 Kolde JA, Bahar B, Wilson MS, Zawodzinski TA & Gottesfeld S (1995) Prosiding Pertama Simposium Internasional Proton Melakukan Sel bahan

keterbatasan yang menyajikan tantangan untuk pengembangan

bakar membran, The Electrochem. Soc. Prosiding PV95-23, p. 193 Kordesch K &

teknologi. Tantangan-tantangan ini meliputi biaya tinggi bahan

Simader G (1994) Sel bahan bakar dan mereka

(katalis logam mulia, membran polimer, dll), konstruksi sistem yang kompleks dan operasi sehubungan dengan air dan manajemen termal; pasokan bahan bakar yang tepat, nilai rendah dari energi panas dan terbatas co-generasi panas dan listrik untuk aplikasi stasioner. Masalah teknis untuk mengembangkan peningkatan teknologi PEMFC dapat diselesaikan dengan menggunakan membran baru yang beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dari 100 C. Pada temperatur yang lebih tinggi oksidasi bahan bakar seperti metanol juga dilengkapi jauh lebih menarik dan penggunaan bio-bahan bakar bisa menjadi pilihan untuk daya berasal sel bahan bakar.

Aplikasi. VCH, Weinheim Larminie J & Dicks A (2000) Sel Bahan Bakar Sistem Dijelaskan. Wiley, New York Quinfeng L, Hjuler HA & Bjerrum N (1996) J. Electrochim. Acta 45: 4219 Scott K, Taama WM & Argyropoulos P (1998) J. Appl. Electrochem. Soc. 28 Scott K (2000) Dalam Vielstich W, Lamm A & Gatseiger HA (Eds.), Buku Pegangan Sel Bahan Bakar. Vol. 1 Handbook of Fundamentals Fuel Cell, Teknologi dan Aplikasi, Bagian 2, (pp. 70-96). Wilkinson DP & St-Pierre J (2003) In: Vielstich, W Lamm A & Gatseiger HA (Eds.), Vol. 3 Handbook of Fundamentals Fuel Cell, Teknologi dan Aplikasi, Bagian 3, (pp. 610-626). Yu E (2003) PhD Thesis, University of Newcastle upon Tyne, UK