Pembangunan membran komposit nafion/kulit telur bagi aplikasi sel fuel metanol langsung

Abstract

Kebolehpasaran sistem sel fuel metanol langsung di pasaran telah menjadi perbualan ramai pihak yang mengimpikan kehadiran tenaga bersih yang mampu bersaing dengan sumber sedia ada yang berasal dari petroleum. Namun, kos penghasilan yang terlalu tinggi serta masalah pindah-silang metanol terutamanya dalam penggunaan membran Nafion yang telah diperakui sebagai membran terbaik dalam sistem sel fuel membantutkan idea pengkomersilan tersebut. Dalam kajian ini, sumber alternatif diperkenalkan untuk mengatasi permasalahan berikut di mana serbuk kulit telur (ES) telah dipilih sebagai bahan pengisi dalam membran Nafion. Kulit telur dipilih berdasarkan faktor-faktor seperti murah, mudah didapati dan tinggi kandungan kalsium karbonat. Objektif utama kajian ini adalah untuk membangunkan membran komposit Nafion/kulit telur yang mempunyai prestasi yang tinggi bagi operasi sel fuel metanol langsung. Kulit telur diproses menjadi serbuk dan dihantar untuk pencirian fizikal dan kimia sebelum dicampurkan ke dalam larutan Nafion untuk dijadikan membran komposit melalui kaedah tuangan larutan. Membran komposit kemudian dianalisis menggunakan mikroskop elektron imbasan (SEM/EDX), spektroskopi infra merah jelmaan Fourier (FTIR), termogravimetri (TGA), teknik pembelauan sinar-X( XRD) dan kekuatan mekanikal. Parameter penghasilan membran komposit kemudiannya dioptimumkan menggunakan reka bentuk komposit pusat (CCD) dalam kaedah gerak balas permukaan (RSM). Prestasi membran komposit disahkan melalui ujian sel tunggal sel fuel metanol langsung (DMFC). Keputusan kajian menunjukkan bahawa membran komposit mempunyai prestasi yang lebih baik berbanding membran Nafion komersil dengan nilai selektiviti 28.73 × 104 S s cm-3. Setelah pengoptimuman membran dijalankan, membran komposit yang dihasilkan dengan nilai 3wt % serbuk kulit telur (O-N/E-3) dan menggunakan suhu penyepulindapan 140 °C menunjukkan prestasi yang terbaik dengan nilai ketumpatan kuasa sebanyak 22.0 mW cm-2. Nilai ini adalah 12.87 % lebih tinggi berbanding prestasi membran Nafion komposit yang sama (N/E-3) sebelum dioptimumkan iaitu pada nilai 19.34 mW cm-2 dan 40.44 % lebih tinggi daripada ketumpatan kuasa membran Nafion 117 (14.60 mW cm-2). Keputusan yang diperolehi mengesahkan potensi penggunaan serbuk kulit telur dalam membran komposit bagi aplikasi DMFC. Dapatan kajian ini turut menunnjukkan impak yang positif dalam peningkatan prestasi teknologi DMFC dengan nilai ketumpatan kuasa yang lebih tinggi disamping dapat menangani isu alam sekitar dengan memanfaatkan penggunaan sisa terbuang.