Simulasi Dinamika Pada Fuel Cell Berbahan Bakar Glukosa

Abstract

Model matematika satu dimensi untuk anoda dan katoda telah dikembangkan untuk mensimulasikan kinerja sel bahan bakar glukosa langsung berbasis membran penukar anion dengan pengaruh berbagai variasi parameter, seperti konsentrasi glukosa, suhu, dan ukuran elektroda. Model ini mempertimbangkan nilai overpotential aktivasi, overpotential ohmik, dan overpotential konsentrasi untuk menghitung output tegangan nyata (Vout) dan output daya (Pout) yang dihasilkan oleh sistem. Persamaan-persamaan ini diselesaikan dengan menggunakan teknik numerik, seperti metode Runge-Kutta orde 4 dan teknik shooting dengan Octave. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi suhu, konsentrasi glukosa, dan ukuran elektroda berpengaruh pada nilai output tegangan nyata dan output daya sistem. Adapun dalam penelitian ini, kondisi operasi yang efisien dapat dicapai dengan suhu yang lebih rendah (suhu ruangan, 300 K), konsentrasi glukosa yang lebih besar (0,9 M), dan ukuran elektroda yang lebih kecil (1 cm2). Hal ini dikarenakan, pada kondisi operasi di suhu yang lebih rendah, konsentrasi glukosa yang lebih besar, dan ukuran elektroda yang lebih kecil mempunyai nilai overpotential yang lebih kecil dibandingkan dengan kondisi operasi lainnya. Model dan simulasi matematis diperlukan sebagai alat untuk membuat desain yang optimal untuk meningkatkan efisiensi sistem.

A one-dimensional mathematical model for the anode and cathode has been developed to simulate the performance of an anion exchange membrane-based direct glucose fuel cell with the influence of various parameter variations, such as glucose concentration, temperature, and electrode size. The model considers the activation overpotential, ohmic overpotential, and concentration overpotential values to calculate the output actual cell potential (Vout) and power output (Pout) generated by the fuel cell system. These equations are solved using numerical techniques such as the 4th-order Runge-Kutta and shooting method with Octave. The results showed that the variation in temperature, glucose concentration, and electrode size affected the overpotential value, actual cell potential value, and power output. As in this study, efficient operating conditions can be achieved with lower temperature (room temperature, 300 K), bigger glucose concentration (0,9 M), and smaller electrode size (1 cm2). This is because operating conditions at lower temperatures, bigger glucose concentrations, and smaller electrode sizes have smaller overpotential values compared to other operating conditions. Mathematical models and simulations are needed as tools to optimize the design and arrangement of the power system of fuel cells, which is very important to improve the efficiency of the system.