Konsep Sel Bahan Bakar Baru untuk Menghasilkan Listrik yang Lebih Baik

Kredit : Public Domain

Teknologi.id – Sel bahan bakar telah lama dilihat sebagai sumber listrik yang menjanjikan. Perangkat ini, diciptakan pada 1830-an, menghasilkan listrik langsung dari bahan kimia, seperti hidrogen dan oksigen, dan hanya menghasilkan uap air sebagai emisi. Tetapi kebanyakan sel bahan bakar terlalu mahal dan tidak efisien.

Dalam pendekatan baru, terinspirasi oleh biologi dan diterbitkan dalam jurnal Joule , tim University of Wisconsin-Madison telah merancang sel bahan bakar menggunakan bahan yang lebih murah dan senyawa organik yang mengangkut elektron dan proton.

Kendaraan sel bahan bakar Hidrogen 3 GM menggunakan hidrogen cair sebagai bahan bakar. Tingginya biaya sel bahan bakar adalah salah satu alasan bahwa hanya ada beberapa ribu kendaraan yang menggunakan bahan bakar hidrogen saat ini di jalan AS. Kredit : Departemen Energi AS

Murah dan efektif

Dalam sel bahan bakar tradisional, elektron dan proton dari hidrogen diangkut dari satu elektroda ke elektroda lain, di mana mereka bergabung dengan oksigen untuk menghasilkan air. Proses ini mengubah energi kimia menjadi listrik. Untuk menghasilkan jumlah muatan yang berarti dalam waktu yang cukup singkat, diperlukan katalis untuk mempercepat reaksi.

Saat ini, katalis terbaik di pasaran adalah platinum, tetapi dengan label harga yang tinggi. Hal ini membuat sel bahan bakar mahal dan merupakan salah satu alasan mengapa hanya ada beberapa ribu kendaraan yang menggunakan bahan bakar hidrogen saat ini di jalan AS.

Shannon Stahl , profesor kimia UW-Madison yang memimpin studi ini bekerja sama dengan  Thatcher Root, seorang profesor teknik kimia dan biologi, mengatakan logam yang lebih murah dapat digunakan sebagai katalis dalam sel bahan bakar saat ini, tetapi hanya jika digunakan dalam jumlah besar. “Masalahnya adalah, ketika Anda memasukkan terlalu banyak katalis ke elektroda, material menjadi kurang efektif,” katanya, “menyebabkan hilangnya efisiensi energi.”

Solusi tim adalah untuk mengemas logam berbiaya rendah, kobalt, ke dalam reaktor terdekat, di mana jumlah material yang lebih besar tidak mengganggu kinerjanya. Tim kemudian menyusun strategi untuk mengirim ulang elektron dan proton bolak-balik dari reaktor ini ke sel bahan bakar.

Output energi dari sel bahan bakar baru menghasilkan sekitar 20 persen dari sel bahan bakar hidrogen saat ini di pasar. Namun sistem ini sekitar 100 kali lebih efektif daripada sel biofuel. Kredit: Matt Wisniewski

Peran senyawa quinone

Senyawa organik, yang disebut quinone, dapat membawa dua elektron dan proton pada satu waktu. Dalam desain tim, quinone mengambil partikel-partikel ini di elektroda sel bahan bakar, mengangkutnya ke reaktor terdekat yang diisi dengan katalis kobalt, dan kemudian kembali ke sel bahan bakar untuk mengambil lebih banyak “penumpang”.

Banyak quinones diturunkan menjadi zat seperti tar setelah hanya beberapa kali perjalanan. Namun, lab Stahl merancang turunan quinone yang sangat stabil. Dengan memodifikasi strukturnya, tim secara drastis memperlambat penurunan quinone. Faktanya, senyawa yang mereka susun bertahan hingga 5.000 jam, meningkat lebih dari 100 kali lipat dibandingkan dengan struktur quinone sebelumnya.

“Meskipun bukan solusi akhir, konsep kami memperkenalkan pendekatan baru untuk mengatasi masalah dalam bidang ini,” kata Stahl. Dia mencatat bahwa output energi desain barunya menghasilkan sekitar 20 persen dari sel bahan bakar hidrogen saat ini di pasar. Di sisi lain, sistem ini sekitar 100 kali lebih efektif daripada sel biofuel.

Langkah selanjutnya bagi Stahl dan timnya adalah untuk meningkatkan kinerja mediator quinone. Ini agar memungkinkan mereka untuk mengirim ulang elektron secara lebih efektif dan menghasilkan lebih banyak tenaga. Kemajuan ini akan memungkinkan desain mereka untuk menyesuaikan kinerja sel bahan bakar konvensional, tetapi dengan label harga yang lebih rendah.

“Tujuan utama proyek ini adalah memberikan opsi bebas karbon industri untuk menciptakan listrik,” kata Colin Anson, peneliti di lab Stahl.

(DWK)

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *