Oleh : Prof. Ir. Dr. Siti kartom Kamarudin, Siti Hasanah Osman & Dr. Norazuwana Shaari
Institut Sel Fuel, Universiti Kebangsaan Malaysia
Sel fuel kini dikenali dengan penampilannya sebagai peranti moden berteknologi tinggi, walaupun ia sebenarnya telah mula dikaji oleh saintis sejak lebih 150 tahun lalu. Sel fuel pada mulanya diterokai sebagai pengetahuan baru pada tahun 1800-an tetapi pada tahun 1900-an ia telah menerima tumpuan dalam kajian dan pembangunan secara meluas. Sejarah pertama berkaitan dengan perkembangan sel fuel digambarkan dalam Rajah 1.
William Robert Grove merupakan seorang peguam dan ahli fizik Wales yang hidup pada tahun 1811 hingga 1896, mendapat kemasyhuran pada tahun 1838 kerana mencipta bateri sel basah berprestasi tinggi. “Sel Grove,” seperti yang diketahui, telah menghasilkan kira-kira 12-amp arus pada kira-kira 1.8-volt menggunakan elektrod platinum yang terendam dalam asid nitrik dan elektrod zink dalam zink sulfat. Grove menunjukkan bahawa arus berterusan akan mengalir merentasi dua elektrod platinum jika satu hujung setiap elektrod diletakkan dalam bekas asid sulfurik dan hujung satu lagi dimasukkan ke dalam bekas yang mengandungi oksigen dan hidrogen secara berasingan. Kaedah ini telah menghasilkan tenaga elektrik dengan memecahkan air menjadi hidrogen dan oksigen yang telah dilaporkan pada tahun 1800 oleh saintis British William Nicholson dan Anthony Carlisle. Grove berhujah bahawa penciptaan elektrik dan air dengan menggabungkan gas adalah “satu langkah pembaharuan yang telah dilaporkan sebelum ini.” Grove membuat kesimpulan bahawa dengan menyambungkan banyak set elektrod ini dalam litar bersiri, berkemungkinan “mempengaruhi penceraian air melalui komposisinya.” Dengan sel fuel pertama, yang dipanggilnya “bateri gas,” merupakan pencapaian besar pada ketika itu.
Ludwig Mond (1839–1909), seorang ahli kimia menghabiskan sebahagian besar kerjayanya mencipta teknologi kimia industri seperti pengeluaran soda dan penapisan nikel. Mond dan rakannya Carl Langer (d. 1935) menulis tentang eksperimen sel fuel menggunakan “Mond-gas” yang diperbuat daripada arang batu pada tahun 1889. Setelah mengukur luas permukaan elektrod, mereka mencapai 6-amp setiap kaki persegi pada 73 volt. Elektrod platinum dengan lubang kecil digunakan dalam sel Mond dan Langer.
Sel fuel terus menjadi perhatian oleh para penyelidik dengan menyelesaikan pelbagai masalah. Seorang sarjana British menyedari masalah ketika Eropah menuju ke Perang Dunia Kedua. Pada akhir 1930-an, Francis Thomas Bacon (1904-1992) mula mengkaji sel fuel elektrolit alkali. Dia mencipta sel fuel pada tahun 1939 yang berfungsi dengan elektrod kasa nikel dan tekanan sehingga 3000 psi. Sepanjang peperangan ini, beliau berfikir untuk mencari sumber kuasa yang berdaya maju untuk kapal selam Tentera Laut Diraja sebagai ganti kepada bateri simpanan berbahaya yang ketika itu digunakan, jadi beliau mula bekerja di King’s College. Selepas itu, dia ditugaskan untuk bekerja sebagai pengesan bunyi dalam air, dan penyelidikan sel fuelnya ditangguhkan. Bacon pergi ke Cambridge selepas perang, dan kejayaannya dalam kajian sel fuel alkali memuncak dengan demonstrasi berskala besar selama dua puluh tahun terkehadapan. Bagi Perbadanan Pembangunan Penyelidikan Kebangsaan Britain, beliau menunjukkan sel alkali pada tahun 1958 menggunakan timbunan elektrod dengan diameter 10 inci. Dalam eksperimennya dengan elektrolit alkali, Bacon memilih kalium hidroksida (KOH) berbanding elektrolit asid yang telah digunakan sejak zaman Grove. KOH kurang menghakis elektrod dan berfungsi seperti asid. Walaupun mahal, sel fuel Bacon sangat boleh dipercayai sehingga Pratt & Whitney mula berminat dengannya. Kerja Bacon untuk sel fuel dalam kapal angkasa Apollo telah dilesenkan oleh firma itu.
Walaupun sel fuel tidak digunakan semasa perang, penyelidikan Bacon dan lain-lain menjangkakan kebangkitan semula minat terhadap sel fuel akan berlaku selepas itu. Persoalan yang masih perlu dijawab ialah bagaimana perang besar-besaran dapat mempengaruhi minat terhadap sel fuel pasca perang. Tambahan lagi, reka bentuk berdasarkan jenis elektrolit yang berbeza telah meluaskan julat aplikasi yang berpotensi pada tahun 1950-an dan 60-an. Hakikatnya terdapat perselisihan dan perdebatan mengenai sel fuel. Penciptaan bateri gas pada abad ke-19 merangsang kajian dan ujian teori. Walaupun percubaan dijalankan berulang kali, tiada alat yang praktikal yang muncul walaupun pemahaman dan pengetahuan tentang sains asas semakin maju pada ketika itu. Teori Fizik bagi sel fuel masih dikaji, walaupun penyelidikan semasa lebih menumpukan kepada penciptaan bahan yang lebih baik dan reka bentuk yang lebih berkesan daripada memikirkan prinsip asas sains. Sel fuel dijangka memainkan peranan besar dalam ekonomi hidrogen, menawarkan kecekapan tenaga yang dipertingkatkan dengan sifar atau sangat rendah pelepasan gas rumah hijau.
Kredit Foto : act-news
