Fuel Cell

Prinsip fuel cell telah ditemukan oleh ilmuwan Jerman Christian Friedrich Schoenbein pada 1838 dan dipublikasikan pada salah satu majalah ilmiah waktu itu. Didasarkan pada pekerjaan ini, fuel cell pertama kali didemonstrasikan oleh ilmuwan Sir William Robert Groove pada Februari 1839 dan dipublikasikan pada Philosophical Magazine and Journal of Science, dan uraian singkatnya ditulis pada jurnal yang sama tahun 1942.

Gambar 1. Sketsa Fuel Cell Percobaan William Grove

Pada tahun 1955, W. Thomas Grubb, seorang ahli kimia bekerja pada perusahaan General Electric (GE), kemudian merubah desain asli fuel cell dengan menggunakan Sulphonated polistyrene ion exchange membrane sebagai elektrolit. Tiga tahun kemudian ahli kimia GE yang lain Leonard Niedrach menemukan cara mendeposisi platina pada membran yang dipakai pada katalis untuk keperluan oksidasi hidrogen dan reaksi reduksi oksigen. Ini dikenal sebagai Grubb-Niedrach fuel cell. GE mengembangkan teknologi ini dengan NASA dan McDonell Aircraft, merujuk pada penggunaan pada projek Gemini. Ini merupakan pengguaan fuel cell pertama kali secara komersial. Sampai 1959 Francis Thomas Bacon seorang teknisi Inggris telah sukses mengembangkan 5 kW fuel cell secara stasioner. Pada 1959, sebuah tim yang diketuai oleh Harry Ihrig membangun 15 kW traktor fuel cell untuk Allis-Chalmers yang telah mendemonstrasikan pada pekan raya Amerika Serikat. Sistem ini meggunakan potasium hidroksida sebagai elektrolit dan hidrogen yang dikompresi serta oksigen sebagai reaktan. Kemudian, pada 1959 Bacon dan koleganya mendemonstrasikan latihan 5 kW unit daya suatu mesin las. Pada 1960-an Pratt dan Whitney dilisensi paten Bacon`s U. S. untuk penggunaan pada program penerbangan Amerika Serikat untuk mensuplai listrik dan air minum (hidrogen dan oksigen didapatkan dari tangki kendaraan luar angkasa).

Berikut adalah sejarah singkat mengenai perjalanan fuel cell.

Tabel 1. Sejarah singkat perjalanan Fuel Cell

Tahun	Nama Penemu	Keterangan
1838	Christian Friedrich Schoenbein	Pertama kali membawa sistematika penyelidikan ilmiah pada efek fuel cell
1839	Sir William Robert Groove	pertama kali menemukan fuel cell (H2SO4+elektroda platina, H2 dan O2)
1896	William Jaques	mengembangkan fuel cell pertama untuk penggunaan rumah tangga
1900	Waltern Nernst	pertama kali menggunakan zirconia sebagai elektrolit padatan
1921	Emil Baur	mengkostruksikan pertama kali molten carbonate fuel cell
1930-an	Francis Thomas Bacon	meneliti alkaline electrolyte fuel cells
1930-an	Emil Baur	experimen H. Preis dengan solid oxide electrolytes
1955	W. Thomas Grubb	merubah desain asli fuel cell dengan menggunakan Sulphonated polystyrene ion exchange membrane sebagai elektrolit
1962		Penelitian dalam teknologi solid oxide dimulai untuk percepatan pada Amerika Serikat dan Belanda; Allis-Chalmers perusahaan manufaktur mendemonstrasikan 15 kW fuel cell pada traktor
Sumber		The Birth of The Fuel Cell 1835-1845, Ulf Bossell, Switzerland, 2000 and Fuel Cell, Power for 21 at century, US Dept of Energy, 2004, p7.

Pengertian Dasar Katalis

Penelitian awal katalis dimulai tahun 1823 oleh Dulong P. L. Dan Thenard melalui dekomposisi NH₃ dengan logam-logam, yang kemudian ditulis sesuai urutan keaktifannya: Fe, Cu, Ag, Au, dan Pt. Tahun 1825 M. Faraday melakukan sintesis ammonia dengan katalis Pt. P. Phillips (1831) mengajukan paten proses pembuatan H₂SO₄ melalui oksidasi SO₂ dengan udara menggunakan Pt. Penelitian lebih lanjut oleh M. Faraday (1834) melalui oksidasi H₂ dengan O₂, N₂O, NO dengan Pt, menyimpulkan bahwa reaksi dapat berlangsung bila digunakan Pt yang bersih.

Beberapa tahun kemudian, J. J. Berzelius (1836) melakukan studi extensif tentang katalis. Pada saat itu orang belum mengetahui tentang molekul. Dalam suatu jurnal, ia menyatakan: “Many bodies…have the property of exerting on other bodies an action which is very different from chemical affinity. By mean of this action they produce decomposition in bodies, and form new compounds into the composition of which they don’t enter. This New power, hitherto unknown, is common both in organic and inorganic nature…I shall…call it catalytic power. I shall also call catalysis for the decomposition of bodies by this force”.[1] Pernyataan tersebut yang kemudian menjadi definisi pertama katalis.

Penelitian selanjutnya oleh Paul sabatier (1897) melalui konsep pembentukan senyawa aktif hasil interaksi katalis-reaktan, menyatakan bahwa katalis mengantarkan reaktan melalui jalan baru yang lebih mudah untuk berubah menjadi produk. W. Ostwald (1901) melalui studi kinetik dan prinsip termodinamika, mendefinisikan katalis sebagai zat yang bila dilibatkan dalam reaksi dapat mempercepat reaksi dan tidak tergabung dalam produk reaksi. Ide lain dalam literatur datang dari Jean-Baptiste Perrin (1919), yang mengemukakan bahwa katalis mampu mentransfer energi ke reaktan, sehingga mengaktifkan molekul-molekul.

Pada dasarnya, seluruh argumen yang dikemukakan oleh Dulong P. L. Dan Thenard, M. Faraday, P. Phillips, J. J. Berzelius, Paul sabatier, W. Ostwald, maupun Jean-Baptiste Perrin adalah benar. Selain definisi yang disebutkan di atas, definisi lain tentang katalis diantaranya:

1. katalis mempercepat reaksi yang menurut termodinamika dapat berlangsung.

2. katalis mempercepat reaksi mencapai kesetimbangan, tetapi tidak mengubah kesetimbangan.

3. Untuk reaksi paralel, katalis tertentu hanya mempercepat satu reaksi saja.

Teori-teori tersebut ditegakkan berdasarkan kenyataan bahwa katalis membentuk ikatan dengan reaktan (bereaksi membentuk senyawa-antara aktif). Kekuatan ikatan tersebut harus pas, yang berarti tidak terlalu lemah agar senyawa antara tidak terlepas menjadi reaktan kembali, dan tidak terlalu kuat agar senyawa antara dapat bereaksi lebih lanjut menjadi produk. Untuk suatu reaktan, kekuatan ikatan tersebut dipengaruhi oleh sifat geometri dan sifat elektronik katalis.

Perkembangan teori katalis yang telah dikemukakan di atas juga sejalan dengan perkembangan teknologi dalam pembuatan katalis. Sejak tahun 2000, riset material skala nanometer memasuki babak yang paling progesif. Hasil akhir riset tersebut adalah mengubah teknologi yang ada, yang umumnya berbasis pada material skala mikrometer menjadi teknologi berbasis pada material skala nanometer. Penemuan baru dalam bidang ini menyebabkan aplikasi-aplikasi baru mulai tampak di berbagai bidang, salah satunya dalam pengembangan katalis, yang dikenal sebagai nanokatalis. Dengan luas permukaan katalis yang besar, reaksi pembentukan produk dari reaktan akan lebih cepat. Luas permukaan katalis yang besar dapat diciptakan dengan membuat ukuran katalis dalam skala nanometer.

---

[1] J.J. Berzelius (1836) Edinburgh New Philosophical Journal, XXI, 223