Preparasi Membran Elektrolit Polisulfon Tersulfonasi Yang Mengandung Karbon Nanodots Terfungsionalisasi Untuk Aplikasi DMFC

Permana, Dian (2025) Preparasi Membran Elektrolit Polisulfon Tersulfonasi Yang Mengandung Karbon Nanodots Terfungsionalisasi Untuk Aplikasi DMFC. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7004211006-Disertation.pdf Restricted to Repository staff only Download (17MB) | Request a copy

Abstract

Membran komposit telah berhasil difabrikasi dari matriks polisulfon tersulfonasi (SPS) dan filler karbon nanodot (CND) sebagai bahan alternatif membran elektrolit untuk aplikasi direct methanol fuel cell (DMFC). Pada penelitian ini, filler CND disintesis dari limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Pada tahap awal, CND dilakukan fungsionalisasi pada permukaannya menggunakan polidopamin (PDA) untuk meningkatkan interaksi antara matriks dan filler. Filler CND-PDA selanjutnya dicampurkan dengan SPS dalam larutan DMAc dan dicetak menjadi membran menggunakan metode inversi fasa jenis NIPS. Membran komposit dengan CND tanpa modifikasi dan membran SPS murni juga dibuat sebagai pembanding. Analisa struktur dan sifat termal dilakukan menggunakan FTIR, XRD, TGA; sedangkan morfologi dan sifat hidrofilisitas membrane dilakukan menggunakan SEM dan water contact angel. Uji kemampuan membran dilakukan untuk mengetahui potensinya sebagai membran elektrolit meliputi water uptake, methanol uptake, kapasitas penukar ion, konduktivitas proton, permeabilitas metanol, dan selektifitas. Membran komposit yang diperoleh kemudian diuji performanya menggunakan single cell DMFC performance test untuk mengetahui energi yang dihasilkan. Fungsionalisasi permukaan CND menggunakan PDA menjadikan filler CND-PDA memiliki jumlah gugus hidroksil lebih banyak dibandingkan tanpa modifikasi. Keberadaan gugus tersebut mendukung terjadinya interaksi yang lebih baik antara matriks dan filler sehingga diperoleh membran SPS/CND-PDA memiliki morfologi dan topografi yang lebih baik serta ketahanan termal yang lebih baik. Hasil analisis water uptake dan water contact angle menunjukkan sifat moderat dari membran SPS/CND-PDA dengan fasa ruah air yang baik, didukung dengan adanya interaksi yang baik pada struktur membran memberikan peluang besar jalur lintasan proton sehingga dihasilkan konduktifitas proton yang tinggi mencapai 22,87 mS.cm-1 untuk membran SPS/CND-PDA-2. Membran SPS/CND-PDA juga menunjukkan sifat terbaik dalam menghalangi pergerakan metanol, dengan nilai permeabilitas metanol terendah 7,0063 x10-7cm2.s-1 pada membran SPS/CND-PDA-2. Uji performa DMFC untuk membran SPS/CND-PDA diperoleh energi power density sebesar 42,07 mW/cm2. Semua hasil karakterisasi dan uji kemampuan membrane yang dicapai pada penelitian ini menunjukkan bahwa membran dengan filler CND-PDA sangat berpotensi sebagai alternatif membran untuk performa tinggi pada aplikasi DMFC.
=================================================================================================================================
Composite membranes have been successfully fabricated from a sulfonated polysulfone (SPS) matrix and carbon nanodot (CND) filler as an alternative electrolyte membrane material for direct methanol fuel cell (DMFC) applications. In this study, CND filler was synthesized from empty palm oil fruit bunch (TKKS) waste. At the initial stage, the surface of CND was functionalized using polydopamine (PDA) to enhance the interaction between the matrix and the filler. The CND-PDA filler was then mixed with SPS in a DMAc solution and cast into membranes using the NIPS phase inversion method. Composite membranes with unmodified CND and pure SPS membranes were also fabricated as comparisons. Structural and thermal property analyses were conducted using FTIR, XRD, and TGA, while membrane morphology and hydrophilicity were examined using SEM and water contact angle measurements. Membrane performance tests were carried out to evaluate its potential as an electrolyte membrane, including water uptake, methanol uptake, ion exchange capacity, proton conductivity, methanol permeability, and selectivity. The resulting composite membranes were further tested for performance using a single-cell DMFC performance test to determine the generated energy. The functionalization of the CND surface with PDA resulted in a higher number of hydroxyl groups compared to the unmodified CND. The presence of these groups facilitated better interaction between the matrix and the filler, leading to SPS/CND-PDA membranes with improved morphology, topography, and thermal stability. Water uptake and water contact angle analysis demonstrated the moderate hydrophilicity of the SPS/CND-PDA membrane, with good bulk water phase properties. This, combined with strong internal interactions within the membrane structure, provided effective proton transport pathways, resulting in high proton conductivity of up to 22.87 mS.cm⁻¹ for the SPS/CND-PDA-2 membrane. Additionally, the SPS/CND-PDA membrane exhibited excellent methanol barrier properties, with the lowest methanol permeability value of 7.0063 × 10⁻⁷ cm².s⁻¹ observed in the SPS/CND-PDA-2 membrane. The DMFC performance test for the SPS/CND-PDA membrane showed a power density of 42.07 mW/cm². All characterization and membrane performance test results obtained in this study indicate that the CND-PDA-filled membrane holds great potential as an alternative high-performance membrane for DMFC applications.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	DMFC, karbon nanodot, polisulfon, polidopamin, membran elektrolit
Subjects:	T Technology > TP Chemical technology > TP1140 Polymers T Technology > TP Chemical technology > TP159.M4 Membranes (Technology)
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Dian Permana
Date Deposited:	18 Jul 2025 03:27
Last Modified:	18 Jul 2025 03:27
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/119991

Actions (login required)

View Item