Pengaruh Ukuran Butiran dan Suhu Sintering terhadap Konduktivitas Listrik dan Mirostruktur Keramik Yitria Stabilized Zirkonia sebagai Elektrolit Padat Fuel Cel

Abstract

One of fuel cell components are solid electrolyte, it has a stable crystal structure and is as conductor material. To obtain those properties, stabilized Zirconia (ZrO2) is be made by using additive of 11 % mole Y2O3. Particle size and sintering temperature is as variables) of experiment, There are two methods for powder preparation, such as: chemical solution method with ZrOCl2.8H2O and (CH3CO2)3Y.xH2O as raw materials, and conventional method with zrO2 and Y2O3 as raw materials. The result of powder preparation by using chemical solution method shows that crystall structure cubic - ZrO2 after calcination at 500ºC was formed and particle size is about 0.494 ?m, also powder preparation by using conventional method shows that crystall structure cubic - ZrO2 after calcination at 1000ºc was formed and particle size is about 5.28 ?m. Each of samples powder were formed by using pressing at 5 ton, and sintered at variation temperatures such as: 1100, 1200, 1300 and 1400ºC, and hold in 2 hours for each sintering temperature. Then after sintering all samples were characterized such as : density - porosity, electrical conductivity, and microstructure analysis with SEM and XRD. The characterization results show that the best of stabilized ZrO2 ceramic is obtained from powder with size 0.494 ?m and sintering at 1400ºc with characterization such as: density = 5.48 g/cm2, porosity = 0.34 % , electrical conductivity at 1000 ºC = 0.389 (Ohm cm)-1 . But stabilized zr02 ceramic from powder with size 5.28 ?m and after sintering until at 1400ºC is not yet sintered. Particle size and sintering temperature did not influent crystall structure of ZrO2, but can influent electrical conductivity.

Elektrolit padat merupakan salah satu komponen Fuel Cell bersifat konduktor dan berstruktur kristal stabil. Untuk mendapatkan sifat-sifat tersebut maka perlu dilakukan pembuatan keramik stabilized Zirconia (ZrO2) dengan aditif 11 % mole Y2O3. Ukuran butiran dan suhu sintering merupakan variabel penelitian. Ada dua metoda preparasi serbuk yang dilakukan yaitu : metoda kimia larutan (kopresipitasi) dari bahan baku : ZrOCl2.8H2O dan (CH3CO2)3Y, dan metoda konvensional (solid-solid mixing) dengan bahan baku : ZrO2 dan Y2O3. Hasil preparasi serbuk dengan kimia larutan pada suhu kalsinasi 500°C menghasilkan ukuran butir 0,494 ?m dengan struktur kristal kubik zrO2 , sedangkan dengan cara konvensional menghasilkan ukuran butir 5,28 ?m dengan struktur kristal kubik zrO2 pada suhu kalsinasi 1000oC. Masing-masing serbuk dicetak dengan tekanan 5 ton dan disintering pada berbagai variasi suhu yaitu 1100, 1200, 1300 dan 1400 ºC, dan masing-masing suhu ditahan 2 jam. Sampel yang telah di sintering dikarakterisasi meliputi : uji densitas - porositas, pengukuran konduktivitas listrik, dan analisa mikrostruktur dengan menggunakan SEM dan XRD. Hasil karaktedsasi yang diperoleh adalah stabilized ZrO2 dari serbuk 0,494 ?m memiliki sifat-sifat fisis terbaik setelah disintering pada suhu 1400°C, yaitu densitas = 5,48 g/cm3 , porositas = 0,34 % , konduktivitas listrik pada 1000°C=0,389 (Ohm cm)-1 . Sedangkan stabilized ZrO2 dari serbuk 5,28?m setelah disintering sampai suhu 1400°C belum mencapai sintering yang baik. Ukuran butiran dan suhu sintering tidak mempengaruhi struktur kristal ZrO2, akan tetapi mempengaruhi konduktivitas listrik.