Syarat umum suatu material elektrolit diantaranya adalah: (1) konduktivitas ionik (ion oksida) yang tinggi; (2) konduktivitas elektronik yang rendah; (3) stabilitas kimia yang baik terutama pada lingkungan oksidasi maupun reduksi; (4) sifat mekanik yang baik; dan (5) stabilitas termal yang baik dan sesuai dengan komponen penyusun lainnya seperti katoda maupun anoda [Jacobson, A.J., 2009]. Material yang digunakan sebagai elektrolit untuk SOFC pada dasarnya merupakan material konduktor ion oksida, dimana arus mengalir akibat dari pergerakan ion oksida melalui kisi-kisi kristal. Pergerakan ini merupakan akibat dari loncatan ion oksida yang teraksivasi oleh suhu, bergerak dari satu posisi kisi kristal ke posisi tetangganya. Agar terjadi pergerakan tersebut, kristal harus mengandung posisi-posisi yang tidak terisi yang ekivalen dengan posisi-posisi yang terisi oleh ion oksida. Disamping itu, energi yang terlibat saat proses migrasi ion oksida dari posisi semula ke posisi kekosongan haruslah kecil, umumnya lebih rendah dari 1 eV [Ismunandar, 2006].
Berdasarkan strukturnya, secara umum elektrolit terbagi ke dalam 4 jenis, yakni: (1) elektrolit berstruktur fluorit, sebagai contoh zirkonia (ZnO2) terdoping, ceria (CeO2) terdoping, dan bismut (Bi2O3) terdoping; (2) elektrolit berstruktur perovskit dan struktur lapisan, sebagai contoh turunan dari lantanum galat (LaGaO3), turunan dari Bi4V2O11 atau seringkali disingkat BIMeVOX, dan brownmilerit; (3) elektrolit lantanum molibdenat (La2Mo2O9) atau seringkali disingkat LAMOX; dan (4) elektrolit berstruktur apatit, sebagai contoh silikat (La9.33+x(SiO4)6O2+3x/2) dan germanat (La9.33+x(GeO4)6O2+3x/2) [Jacobson, A.J., 2009]. Gambar di bawah ini memperlihatkan struktur dari masing-masing jenis elektrolit di atas.
Namun, hanya beberapa saja yang saat ini dikembangkan untuk elektrolit SOFC, mengingat sejumlah syarat umum elektrolit yang cocok untuk SOFC. Salah satu syarat elektrolit yang menyebabkan keterbatasan tersebut adalah sifat kecocokan koefisien ekspansi termal elektrolit dengan material elektroda dan material pendukung lainnya serta kereaktifannya baik pada saat proses operasional maupun proses fabrikasi SOFC. Material yang berpotensi untuk digunakan sebagai elektrolit adalah zirkonia dan ceria yang berstruktur fluorit dan LaGaO3 yang berstruktur perovskit.
Dari ketiga sistem elektrolit tersebut yakni zirkonia terstabilkan itria (YSZ), lantanum galat terdoping stronsium dan magnesium (LSGM), dan ceria terdoping gadolinium atau samarium (GDC atau SDC), masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. YSZ memiliki performa konduktivitas yang sangat baik dan memiliki sifat mekanik yang baik pada suhu operasional tinggi. Namun, YSZ sangat reaktif dengan material elektroda yang mengandung ion lantanum dan pada suhu tinggi bereaksi membentuk lapisan La2Zr2O7 yang bersifat resistif. LSGM memiliki konduktivitas ionik yang lebih tinggi dibandingkan dengan YSZ dan lebih cocok dengan katoda berbasis lantanum. Namun di sisi anoda yang merupakan campuran LSGM-NiO, LSGM dengan NiO yang disebabkan oleh reaktivitas dari NiO terhadap LSGM. Ceria terdoping dengan logam tanah jarang memiliki konduktivitas tinggi pada suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan YSZ. Ceria terdoping lebih stabil dibandingkan oksida bismut terdoping tetapi pada kondisi reduksi (pO2 sekitar 1x10-19 atm), Ce4+ tereduksi menjadi Ce3+. Reduksi ini menghasilkan sifat konduktivitas elektronik yang berdampak pada penurunan efisiensi sel [Jacobson, A.J., 2009].
0 comments:
Post a Comment