- Sel bahan bakar PEM baru memiliki daya empat kali lipat dari desain konvensional.
- Antarmuka bahan baru meningkatkan transmisi proton secara lebih efisien, mengatasi tantangan tradisional.
- Teknologi ini penting untuk sistem dirgantara, sesuai dengan kebutuhan energi.
- Industri hidrogen China berkembang, tetapi tantangan efisiensi biaya masih perlu diatasi di masa depan.
Sekelompok ilmuwan China telah mengembangkan jenis baru sel bahan bakar membran pertukaran proton (PEM) yang memiliki daya keluaran empat kali lipat dari desain konvensional. Terobosan ini berpotensi meningkatkan kegunaan sistem energi hidrogen dalam aplikasi otomotif dan dirgantara. Teknologi ini mengatasi salah satu tantangan utama sel bahan bakar hidrogen, yaitu kecepatan proton melewati lapisan katalis yang bertanggung jawab untuk menghasilkan listrik. Para peneliti telah merancang antarmuka bahan baru untuk memungkinkan transmisi proton yang lebih efisien di dalam sel. Li Jie, asisten profesor di Universitas Teknologi Beijing, menyatakan bahwa teknologi baru ini memungkinkan "susunan daya sel bahan bakar kendaraan menjadi lebih kecil, lebih ringan, dan kendaraan dapat mencapai keluaran berkelanjutan yang lebih kuat serta jangkauan yang lebih jauh."
Sel bahan bakar PEM dengan jalur cepat proton biasanya beroperasi pada kisaran suhu 60 hingga 80 derajat Celsius dan mengubah sekitar 50% hingga 60% energi yang tersimpan dalam hidrogen menjadi listrik. Di dalam sel, molekul hidrogen melepaskan elektron dan proton di anoda. Proton melewati membran elektrolit, sementara elektron mengalir melalui sirkuit eksternal untuk menghasilkan listrik. Di katoda, proton dan elektron bergabung dengan oksigen untuk membentuk air. Lapisan katalis telah lama menjadi tantangan. Bahan seperti Nafion dapat menyelimuti katalis pada skala nano dengan rapat, menghambat transmisi proton yang cepat ke situs reaksi.
Antarmuka Bahan Baru Meningkatkan Transmisi Proton
Tim dari Universitas Teknologi Beijing telah mengembangkan antarmuka asam Brønsted-basa Lewis yang menyediakan situs transfer proton tambahan. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa difusi proton meningkat sepuluh kali lipat, dan konduktivitas proton meningkat 6,5 kali lipat. Energi aktivasi juga berkurang lebih dari setengahnya.
Empat Kali Lipat Daya Dalam kondisi operasi standar, sel bahan bakar baru ini mencapai daya 0,75 watt per sentimeter persegi pada 0,7 volt, sekitar empat kali lipat dari desain konvensional. Sistem ini menunjukkan daya 6,9 kilowatt per gram platinum, sebuah indikator penting mengingat biaya tinggi platinum sebagai katalis sel bahan bakar. Setelah 30.000 siklus pengujian tekanan percepatan, sistem baru mempertahankan 63% dari daya puncak awalnya, sementara sistem konvensional hanya mempertahankan 30% dalam kondisi yang sama. Para peneliti menunjukkan bahwa komposit ini dapat diproduksi pada skala yang sebenarnya.
"Di laboratorium, mereka saat ini dapat membuat sekitar 100 gram dalam tiga hari, yang cukup untuk mendukung 10 susunan daya 100 kilowatt." Kata Li Jie.
Penerapan Teknologi di Dirgantara
Kemungkinan di luar jalan raya Teknologi ini mungkin memiliki keunggulan dalam aplikasi yang sangat mempertimbangkan batasan berat, ruang, dan kepadatan daya. Para peneliti menekankan bahwa teknologi ini penting untuk sistem dirgantara yang menggunakan oksigen cair, karena transmisi proton yang efisien dapat secara signifikan mempengaruhi kinerja keseluruhan sel bahan bakar. "Teknologi kami memecahkan masalah bagaimana menghasilkan listrik dengan efisiensi dan kepadatan daya yang lebih tinggi dalam volume susunan yang lebih kecil. Ini sesuai dengan kebutuhan sistem energi dirgantara." Kata Li Jie. Terobosan ini terjadi bersamaan dengan ekspansi industri hidrogen China. Pada akhir 2025, kapasitas produksi hidrogen China akan melebihi 51 juta ton per tahun.
China juga menguasai 53% proyek hidrogen terbarukan yang dihasilkan melalui elektrolisis air.
Mengukur skala masih menjadi tantangan berikutnya Pada akhir 2025, jumlah kendaraan sel bahan bakar di China sekitar 32.000 unit. Pada Maret 2026, tiga kementerian pemerintah pusat menetapkan target mencapai 100.000 kendaraan sel bahan bakar pada tahun 2030 dan mendorong harga hidrogen turun menjadi RMB¥25 (sekitar HK$28) per kilogram. Teknologi baru ini masih perlu membuktikan bahwa itu dapat diproduksi pada skala industri dengan cara yang hemat biaya, sambil mempertahankan keamanan dan keandalan jangka panjang. "Kendaraan sel bahan bakar tidak perlu meniru kendaraan listrik baterai."
Kendaraan listrik baterai cocok untuk perjalanan jarak pendek, sementara sel bahan bakar cocok untuk truk berat, transportasi jarak jauh, dan situasi yang membutuhkan pengisian cepat dan jangkauan panjang." Kata Li Jie. "Selanjutnya, tim akan membangun dan menguji susunan sel bahan bakar kinerja tinggi untuk skenario berbeda. Kami juga akan memperluas bahan dan teknologi terkait dan mengubahnya menjadi produk nyata." Hasil penelitian tim telah diterbitkan dalam jurnal Science.
Item Spesifikasi Daya Keluaran 0,75 watt per sentimeter persegi Daya per Gram Platinum 6,9 kilowatt Peningkatan Difusi Proton Sepuluh kali lipat Peningkatan Konduktivitas Proton 6,5 kali lipat Tingkat Retensi Daya Puncak Awal 63%
Dampak Potensial Sel Bahan Bakar Hidrogen Generasi Baru
Terobosan dalam teknologi sel bahan bakar hidrogen generasi baru ini menunjukkan potensi peningkatan daya dan efisiensi, terutama dalam bidang otomotif dan dirgantara. Dengan ekspansi cepat industri hidrogen China, keberhasilan penerapan teknologi ini akan membantu mendorong adopsi kendaraan hidrogen dan mungkin mengubah cara penggunaan energi dalam transportasi berat. Namun, tantangan utama masa depan adalah mencapai produksi skala industri dan mempertahankan efisiensi biaya.