Kegunaan Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

Sel bahan bakar (fuel cell) ditemukan lebih dari seabad yang lalu dan telah digunakan di hampir setiap misi luar angkasa NASA sejak 1960-an.

Fuel Cell adalah perangkat elektro-kimia untuk menghasilkan listrik. Dasar struktur fisik fuel cell adalah lapisan elektrolit yang diapit anoda dan katoda.

Fuel cell berpotensi mengganti mesin pembakaran internal dan menyediakan energi pada pengisian bahan bakar. Sebagai aplikasi energi portable yang hemat, bersih, dan relatif fleksibel.

SOFC dapat digunakan untuk berbagai aplikasi

• Pembangkit listrik untuk satelit
• Memberi daya pada kendaraan sel bahan bakar seperti mobil, bus, atau kapal
• Menghasilkan daya cadangan primer atau darurat untuk bangunan.

Selama beberapa dekade, para ahli menganggap SOFC memiliki efisiensi listriknya sangat tinggi. Selain itu, biaya pengoperasian yang rendah.

Kemungkinan SOFC akan muncul sebagai segmen sel bahan bakar yang tumbuh paling cepat beberapa tahun ke depan.

Bahan pembuatan Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

SOFC menggunakan senyawa keramik keras dari logam oksida sebagai elektrolit. Material keramik bersifat ion-conducting sebagai elektrolit dengan dua fase operasi yaitu gas dan padatan. Elektrolit ini dapat menjadi media penghantar proton (H+) atau ion oksida (O2-).

Bentuk SOFC terdiri dari lapisan elektroda dan elektrolit yang berperan memisahkan unsur H+ dan O2- dan menghasilkan panas tinggi. Mereka diproduksi dalam geometri planar atau tubular.

Komponen sel struktural dapat berupa elektroda atau elektrolit seperti Yttria Stabilized Zirconia (YSZ. Elektrolit yang relatif tebal  bertindak sebagai pendukung (>100 m), menyebabkan suhu operasi di atas 900 °C. 

SOFC menggunakan bahan bakar hidrokarbon untuk menghasilkan listrik. Contohnya seperti gas alam, metana, dan propana. 

Saat ini, penelitian berusaha untuk mengurangi suhu operasi SOFC hingga 500-750 °C. Tujuannya untuk menghindari banyak ketidaknyamanan yang terkait dengan suhu operasi yang tinggi.

Cara kerja SOFC

Sebelumnya listrik adalah pergerakan elektron, dan semua elemen memiliki jumlah elektron yang bervariasi.

SOFC memanfaatkan pergerakan elektron dan menghasilkan listrik dalam beberapa langkah dasar.

1. Bahan Bakar seperti Gas alam melewati proses steam-reforming yang menghasilkan H2, CO, CO2 dan H2O. Akan ada beberapa gas alam yang belum direformasi yang tersisa dalam campuran juga.
2. Campuran elemen dari reformer masuk ke sel bahan bakar (hidrogen) di sisi anoda. Sedangkan udara (oksigen) masuk ke dalam sel bahan bakar pada sisi katoda. 
3. Oksigen bergabung dengan elektron bebas untuk membentuk ion oksida di katoda. Ion oksida dengan elektron bebas bergerak dari katoda ke anoda melalui elektrolit.
4. Ion oksida bereaksi di anoda dengan hidrogen membentuk uap air dan karbon monoksida (CO) membentuk karbon dioksida (CO2).  

Pada fase keempat, pergerakan elektron menuju katoda melalui sirkuit listrik eksternal, menghasilkan listrik.

Manfaat SOFC?

Manfaat sel bahan bakar oksida padat bervariasi tergantung pada pengaplikasiannya.

1. Efisiensi tinggi memberikan manfaat lingkungan dan finansial. 
2. Desain modular menghadirkan skalabilitas yang menguntungkan para pelaku bisnis