Doping Au pada Elektroda PTNI untuk Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Abstract

Emisi karbon dunia yang semakin meningkat seiring perkembangan zaman perlu ditekan. Upaya untuk menekan emisi karbon tersebut adalah menggunakan green energy yang salah satu alternatifnya adalah hidrogen. Emisi karbon terbesar disumbangkan oleh emisi dari bahan bakar non-renewable. Salah satu langkah besar untuk turut serta membuat dunia yang lebih bersih adalah dengan menggunakan fuel cell sebagai alternatif pembangkit energi berbahan bakar hidrogen yang bebas polusi. Salah satu fuel cell yang digunakan adalah Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) sebagai pembangkit alternatif. Akan tetapi pada operasinya, fuel cell masih perlu banyak dikembangkan dari segi biaya dan durabilitas. Fuel cell membutuhkan katalis untuk memfasilitasi reaksi elektrokimia yang terjadi didalamnya. Mekanisme reaksi pada katoda fuel cell lebih rumit dibandingkan anoda sehingga perlu katalis yang lebih banyak. Katalis yang optimal digunakan untuk kondisi operasi fuel cell adalah platinum. Akan tetapi, platinum menghabiskan biaya >40% dari keseluruhan nominal pembuatan fuel cell sehingga fuel cell masih terhambat untuk dijadikan komersial. Oleh karena itu, dilakukan optimasi dengan tujuan meningkatkan durabilitas dari fuel cell sekaligus menurunkan biaya yang diperlukan. Optimasi tersebut dapat berupa perubahan struktur platinum dimana platinum yang digunakan secara komersial pada fuel cell adalah nanopartikel, akan tetapi dilakukan optimasi dengan membentuk partikel 1D nanowire untuk meminimalisir sudut yang tidak diinginkan pada nanopartikel yang dapat menurunkan performa katalis. Selain itu, untuk mengurangi jumlah platinum yang digunakan, dilakukan alloying dengan non-noble metal yang harganya jauh lebih rendah. Salah satu alloying yang digunakan adalah nikel. Nikel merupakan sumber mineral terbesar di Indonesia sehingga dengan digunakannya nikel dapat secara maksimal memanfaatkan sumber daya Indonesia. Alloying platinum dengan nikel terbukti memiliki mass activity yang lebih tinggi. Akan tetapi saat kondisi operasi fuel cell, nikel sebagai non-noble metal terlarut pada suasana asam sehingga perlu adanya doping dari logam ketiga untuk menstabilkan katalis platinum nikel. Au menjadi logam yang masuk pada kandidat karena kestabilannya yang tinggi pada kondisi asam. Pada penelitian ini, kadar Ni pada keseluruhan sampel masih sangat rendah (< 0,1 mgNi/cm2) sehingga efek Au yang merugikan masih mendominasi katalis, sehingga perlu dilakukan optimasi untuk mengoptimalkan difusi Ni pada core platinum.