������

Kebutuhan energi global yang terus meningkat mendorong pengembangan teknologi konversi energi yang efisien dan berkelanjutan. Salah satu teknologi yang banyak dikembangkan adalah fuel cell, yaitu perangkat elektrokimia yang mampu mengonversi energi kimia secara langsung menjadi energi listrik dengan efisiensi tinggi dan emisi yang rendah (Wang et al., 2016; Ahmed et al., 2020; Derbeli et al., 2020; Olabi et al., 2021). Di antara berbagai jenis fuel cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) merupakan salah satu teknologi konversi energi yang banyak dikembangkan karena memiliki efisiensi tinggi, densitas daya yang besar, dan emisi yang rendah (Wang et al., 2017; Yang et al., 2021). Kinerja PEMFC dipengaruhi oleh membran elektrolit yang berfungsi sebagai media transport proton sekaligus pemisah antara kompartemen anoda dan katoda. Hingga saat ini, Nafion® masih menjadi membran komersial yang paling banyak digunakan karena memiliki konduktivitas proton yang baik dan stabilitas kimia yang tinggi. Namun, penggunaannya masih dibatasi oleh biaya produksi yang relatif mahal, penurunan konduktivitas proton pada kondisi suhu tinggi dan kelembapan rendah, serta tingginya permeabilitas terhadap metanol (Baroutaji et al., 2016; Zakaria et al., 2019; Karimi et al., 2019). Oleh karena itu, pengembangan material membran alternatif yang lebih ekonomis dan berkelanjutan masih menjadi fokus penelitian di bidang PEMFC (Owusu et al., 2016).

Selulosa asetat (CA) merupakan polimer alami yang potensial sebagai material membran karena bersifat biodegradable dan mudah dimodifikasi (Candido, 2019 dan Kusworo et al., 2018). Namun, penggunaan CA murni sebagai membran PEMFC masih menghadapi beberapa keterbatasan, terutama konduktivitas proton yang rendah, stabilitas termal yang terbatas, serta kecenderungan mengalami pembengkakan (swelling) akibat penyerapan air yang tinggi (Etemadi et al., 2018; Laksono et al., 2016). Berbagai strategi telah dilakukan untuk mengatasi keterbatasan tersebut, salah satunya melalui penambahan filler anorganik seperti graphene oxide (GO). Graphene oxide merupakan turunan graphene yang kaya akan gugus fungsi oksigen, seperti –OH, –COOH, dan epoksi, yang memungkinkan terbentuknya ikatan hidrogen kuat dengan matriks polimer. GO memiliki luas permukaan besar, sifat hidrofilik, serta kemampuan konduksi proton yang baik. Selain itu, GO juga memiliki stabilitas termal yang tinggi, sehingga berpotensi sebagai filler dalam membran PEMFC untuk meningkatkan konduktivitas proton sekaligus meningkatkan sifat mekanik dan stabilitas material (Yadav et al., 2018; Shi et al., 2019; dan Chee et al., 2015).

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan membran komposit selulosa asetat–graphene oxide (CA–GO) dan mengevaluasi pengaruh penambahan GO terhadap sifat fisik, mekanik, dan elektrokimia membran untuk aplikasi PEMFC. Membran difabrikasi melalui metode inversi fasa dengan variasi konsentrasi GO sebesar 0–2%, kemudian dikarakterisasi berdasarkan swelling ratio, kekuatan tarik, modulus Young, kapasitas pertukaran ion (IEC), permeabilitas metanol, dan konduktivitas proton. Membran dengan komposisi optimum selanjutnya dianalisis menggunakan FTIR dan SEM untuk mengkaji interaksi antara CA dan GO serta karakteristik morfologinya.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan GO memengaruhi karakteristik fisik, mekanik, dan elektrokimia membran CA, yang disebabkan oleh interaksi antarmuka kuat antara CA dan GO sehingga membentuk struktur membran lebih rapat dan mampu menekan permeasi metanol (methanol crossover). Membran CA–GO dengan konsentrasi GO sebesar 2% menunjukkan kinerja optimum dengan Modulus Young 1,344 MPa, swelling ratio 7%, kapasitas pertukaran ion (IEC) 0,147 meq/g, permeabilitas metanol 1,2 × 10⁻³ kg/m²·s, serta konduktivitas proton 1,59 × 10⁻⁴ S/cm. Analisis FTIR menunjukkan adanya interaksi antara gugus fungsi CA dan GO yang ditandai oleh pembentukan ikatan hidrogen, sedangkan SEM menunjukkan morfologi permukaan yang heterogen. Meskipun konduktivitas protonnya masih lebih rendah dibandingkan Nafion®, kombinasi kinerja yang baik, keberlanjutan material, dan efisiensi biaya menjadikan membran CA–GO sebagai alternatif yang menjanjikan untuk aplikasi PEMFC, sehingga pengembangan selanjutnya perlu difokuskan pada peningkatan dispersi dan fungsionalisasi GO pada skala nano guna mengoptimalkan transport proton.

Penulis: Siti Wafiroh, S.Si. M.Si.

Informasi lebih lengkap dapat dilihat pada tulisan kami:

Haryanto, R., Ayuningtyas, S., Pudjiastuti, P., & Wafiroh^*, S. (2026). Production and characterization of cellulose acetate–graphene oxide composite membrane as proton exchange membrane fuel cell. Indonesian Journal of Chemistry, 26(3), 933–947.