Meningkatkan Daya Tahan Sel Bahan Bakar dengan Membran Tahan Kelelahan

0
Bahan Bakar

Pada sel bahan bakar hidrogen, membran elektrolit sering mengalami deformasi dan retak selama operasi.

Sebuah tim peneliti baru-baru ini memperkenalkan membran elektrolit polimer tahan lelah untuk sel bahan bakar hidrogen, menggunakan jaringan Nafion (elektrolit plastik) dan perfluoropolyether (polimer karet) yang saling menembus. Inovasi ini tidak hanya akan meningkatkan kendaraan sel bahan bakar tetapi juga menjanjikan kemajuan dalam berbagai teknologi di luar transportasi, yang mencakup aplikasi mulai dari drone hingga filter desalinasi dan sumber daya cadangan.

Pendekatan baru untuk mengatasi tantangan lingkungan adalah pengembangan dan komersialisasi sel bahan bakar hidrogen yang tangguh. Sel-sel ini mengandung membran elektrolit polimer yang berfungsi sebagai penghalang antara elektroda (konduktor yang memungkinkan aliran listrik melalui suatu zat). Membran ini menghantarkan proton tetapi menghambat pergerakan elektron, molekul hidrogen, dan molekul oksigen.

Ketika kendaraan melaju atau melambat, sel bahan bakar beroperasi secara tidak konsisten, yang menyebabkan produksi air bervariasi dan menyebabkan membran mengembang dan menyusut. Deformasi berulang dari waktu ke waktu mengakibatkan terbentuknya retakan, yang mempercepat pengangkutan hidrogen yang tidak diinginkan melalui membran dan akhirnya menyebabkan kegagalan operasional. Beberapa metode yang digunakan untuk mengatasi retakan ini meliputi pemulung radikal dan membran elektrolit hidrokarbon. Namun, meskipun pendekatan ini menawarkan beberapa pertahanan, pendekatan ini tidak mampu sepenuhnya mencegah pembentukan dan penyebaran retakan ini.

Kini, dalam studi terbaru yang dipublikasikan di jurnal Advanced Materials pada 31 Desember 2023, yang dipimpin oleh Associate Professor Sang Moon Kim dari Incheon National University dan Professor Zhigang Suo dari Harvard University, tim peneliti telah mengembangkan membran elektrolit polimer yang tahan terhadap kelelahan. Menurut Dr. Kim, “Untuk memastikan pengoperasian sel bahan bakar yang stabil dalam jangka panjang, penting untuk mengembangkan membran elektrolit dengan ketahanan tinggi terhadap kegagalan kelelahan berulang yang mencerminkan lingkungan pengoperasian aktual dan proses degradasi sel bahan bakar. Dalam studi kami, kami memanfaatkan jaringan yang saling menembus untuk mendistribusikan tekanan berulang secara sengaja.”

Baca juga  Suzuki GSX-8R 2024: 8S mendapat mesin kembar (paralel) yang lebih sporty

Dalam penelitian ini, para peneliti menciptakan kategori membran elektrolit tahan lelah, yang terdiri dari jaringan Nafion dan perfluoropolyether (PFPE) yang saling menembus. Nafion adalah elektrolit plastik yang umum digunakan dengan sifat-sifat penghantar proton, sementara PFPE menciptakan jaringan polimer yang kuat dan kenyal. Penambahan karet sedikit mengurangi kinerja elektrokimia tetapi secara nyata meningkatkan ambang batas dan masa pakai kelelahan.

Membran yang diproduksi memiliki kadar PFPE yang bervariasi, dan di antara semuanya, membran dengan saturasi 50% menunjukkan kinerja elektrokimia yang wajar. Dibandingkan dengan Nafion asli, membran Nafion-PFPE ini meningkatkan ambang batas kelelahan hingga 175% dan memperpanjang umur sel bahan bakar hingga 1,7 kali. Selain itu, membran Nafion yang tidak dimodifikasi menunjukkan umur 242 jam, sedangkan membran komposit diamati memiliki umur 410 jam. Hasil-hasil ini secara kolektif menunjukkan bahwa penggabungan jaringan karet sedikit mengurangi kinerja elektrokimia tetapi secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap kelelahan dan umur keseluruhan.

Studi ini memiliki signifikansi yang cukup besar di berbagai aplikasi. Pengenalan sistem sel bahan bakar dengan stabilitas, daya tahan, dan kinerja berpotensi membuka jalan bagi inovasi di berbagai industri. Di luar bidang kendaraan sel bahan bakar, hal ini dapat memengaruhi pengembangan teknologi canggih dalam pesawat nirawak, kendaraan udara pribadi, sumber daya cadangan, forklift, sepeda, skuter, dan banyak lagi.

“Lebih jauh lagi, strategi untuk meningkatkan ketahanan terhadap kelelahan dapat diperluas dan diterapkan pada filter ion, pemisah baterai, dan sistem aktuasi. Hal ini memungkinkan penerapan yang luas pada filter desalinasi yang tahan lama dan berdaya tahan tinggi, pemisah baterai aliran, pemisah baterai logam litium, dan otot buatan,” urai Dr. Kim.

Baca juga  CFMoto incar sektor supersport dengan mesin tiga silinder 675cc

Secara keseluruhan, karya ini memberikan kontribusi berharga bagi kemajuan sistem konversi dan penyimpanan energi tahan lama!

Leave a Reply

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