Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), Baterai Laptop tanpa Charger

Direct methanol fuel cell (DMFC) merupakan salah satu dari beberapa jenis sel bahan bakar yang menggunakan membran penukar proton (proton exchange membrane (PEM)) sebagai penghubung antara reaksi di katoda dan anoda. Sesuai namanya, membran ini menggunakan metanol sebagai sumber energi. Berbeda dengan sel bahan bakar hidrogen cair, asam posfat, maupun larutan alkaline, sel bahan bakar ini langsung memanfaatkan metanol untuk menghasilkan energi. Jadi metanol tidak perlu dirubah dahulu menjadi bentuk lain sebelum dapat menghasilkan energi. Inilah yang dimaksud dengan kata-kata ・I>direct・

Komponen dasar dari sel bahan bakar ini adalah dua buah elektroda (katoda dan anoda) yang dipisahkan oleh sebuah membran. Uniknya, katoda langsung bertindak sebagai katalis (elektrokatalis) yang mempercepat terjadinya reaksi perubahan metanol di anoda. Katalis yang biasanya digunakan adalah Platina (Pt).

skema DMFC

Seperti terlihat pada gambar, di sisi anoda metanol dan air diinjeksikan ke dalam batch reaksi dengan kecepatan konstan. Tumbukan dengan katalis membantu terjadi reaksi konversi metanol secara katalitik menjadi proton, CO₂ dan elektron. Gas CO₂ di keluarkan dari sistem sementara proton bergerak menyeberangi membran menuju katoda yang kemudian bereaksi dengan oksigen menghasilkan air. Tumpukan elektron di anoda menghasilkan beda potensial yang memaksa elektron dari reaksi konversi tersebut mengalir dalam sebuah sirkuit arus, dipakai sebagai arus searah oleh peralatan elektronik, kemudian sampai di katoda sehingga menyempurnakan reaksi pembentukan molekul air. Jelas terlihat di sini, limbah yang dihasilkan dari bahan bakar ini adalah air dan gas CO₂ dalam jumlah yang kecil.

Kelebihan lain dalam proses sel bahan bakar metanol ini adalah efisiensi energinya yang cukup tinggi (melebihi 60%) serta panas yang dihasilkan akibat proses reaksi sangat kecil sekali. Dua faktor ini sangat penting dalam pemakaian peralatan elektronik untuk jangka waktu yang lama. Panas yang kecil menjamin keamanan dan kenyamanan pengguna selama pemakaian.

Membran penukar proton dalam DMFC memegang fungsi utama dalam efisiensi energi sel. Membran yang umum digunakan adalah Nafion? ,dibuat oleh Dupont, pemegang merk dagang nilon dan teflon yang berpusat di Amerika. Perusahaan ini merupakan produsen bahan kimia terbesar kedua di dunia dengan 60.000 karyawan.


Nafion (asam poliperfluoro sulfonat ionomer)
Nafion tergolong dalam ionomer. Ionomer berarti polimer yang memiliki sifat-sifat ionik. Monomer dari senyawa ini terdiri atas kerangka fluorokarbon yang bersifat hidrofobik dan gugus terminal berupa sulfonat yang bersifat hidrofilik. Gugus sulfonat merupakan super asam, menjamin kelangsungan transfer proton dari anoda ke katoda sementara kation dan anion lainnya tidak diizinkan lewat.

Baru-baru ini yushan yan dkk. dari University of Californias Riverside berhasil memodifikasi membran Nafion mengggunakan metoda infiltrasi. Pori-pori membran yang semula berdiameter 40 nm diperkecil menjadi 10 nm dengan cara mengisikan nanopartikel zeolit beta sintetis ke dalam pori tersebut. Pengujian selanjutnya menunjukan peningkatan permeabilitas metanol dan konduktivitas yang signifikan (hingga 40%). Semakin permeabel membrannya berarti makin sulit metanol lewat sementara proton makin mudah menyeberang H⁺ yang dihasilkan makin banyak sehingga daya tahan baterai lebih lama.

Begitu banyak kelebihan yang ditawarkan oleh DMFC. Dari segi efisinesi energi dan daya tahan jelas sel ini memenuhi syarat dipakai sebagai baterai alat-alat elektronik portabel. Densitas energi dari baterai juga dapat diatur sedemikian rupa sehingg daya keluarannya sesuai dengan kebutuhan alat elektronik bersangkutan. Ukuran baterai untuk sel ini bisa dibuat sangat kecil sehingga tidak jauh berbeda dengan baterai konvensional yang telah ada sebelumnya seperti baterai ion litium.

Adanya penggunaan metanol sebagai sumber energi alternatif ikut membantu proses penghematan bahan bakar fosil. Metanol dapat diproduksi secara massal menggunakan metoda Fisher Tropsch. Secara teoritis metanol juga memungkinkan untuk disintesis secara langsung dari karbon dioksida dan air melalui proses elektrokimia.

Yang paling menarik tentu saja proses isi ulang baterai yang sangat singkat (hanya dalam hitungan menit saja). Berbeda dengan baterai yang umum sekarang, baterai DMFC tidak memerlukan arus listrik untuk pengisian ulang tetapi cukup mengisikan metanol ke dalam baterai menggunakan sebuah filler khusus. Sekejap saja baterai dapat langsung digunakan kembali jadi tidak perlu menunggu pengecasan berjam-jam, hemat listrik dan yang terpenting aman. Hebatkan!?

Saat ini DMFC sudah mulai diaplikasikan dalam berbagai bidang. Toshiba dan Samsung misalnya, telah merintis penggunaan baterai DMFC untuk produk-produk terbaru mereka. Bahkan Toshiba sudah berhasil membuat laptop berbaterai DMFC dan akan dipasarkan mulai akhir tahun 2007 ini. Konon baterai yang memakai 1 mL metanol 99,5% tersebut dapat bertahan selama 10 jam. Wah hemat banget!!. Negara-negara maju seperti Kanada, Amerika serikat dan Jepang diperkirakan akan segera menerapkan penggunaan baterai DMFC untuk instalasi sumber energi tertentu. Negara-negara ini mengeluarkan dana yang cukup besar untuk melakukan penelitian dan pengembangan teknologi DMFC termasuk produksi metanol itu sendiri. Diperkirakan dalam beberapa tahun yang akan datang DMFC sudah lazim digunakan pada semua jenis peralatan elektronik semisal pisau cukur, laptop, handphone, walkman, mesin pemotong rumput, kendaraan bermotor, kereta api ekspress bahkan sumber tenaga cadangan untuk rumah sakit, bandara, perumahan dan stasiun kereta api.

diundu dari http://www.chem-is-try.org/