Metode Menyimpan Hidrogen Dalam Carbon Nanotube
Berdasarkan metode penyimpanannya, secara umum adsorpsi hidrogen dalam CNT terbagi menjadi dua kategori, yaitu penyimpanan hidrogen fase gas dan penyimpanan hidrogen elektrokimia.Â
Dalam teknik penyimpanan hidrogen fase gas, sampel makroskopis nanotube terkena gas hidrogen murni pada berbagai kondisi suhu dan tekanan kesetimbangan. Jumlah hidrogen yang diserap oleh nanotube kemudian diukur secara gravimetri menggunakan keseimbangan mikro.Â
Adapun metode yang lebih populer untuk menentukan jumlah hidrogen yang tersimpan yaitu dengan menggunakan peralatan volumetrik tipe Sieverts secara volumetrik, yaitu teknik yang melibatkan pemaparan tabung nano karbon terhadap gas hidrogen dalam volume yang diketahui dan menentukan kapasitas penyimpanan dari perubahan volume bebas sistem pada pemaparan. Dengan jumlah sampel yang lebih kecil, kapasitas penyimpanan gravimetri juga dapat ditentukan menggunakan desorpsi terprogram suhu atau analisis termogravimetri.Â
Selanjutnya, metode kedua untuk menyimpan hidrogen dalam tabung nano karbon adalah dengan elektrokimia. Untuk melakukan hal ini, sel elektrokimia dibuat dengan carbon nanotube (CNT) sebagai elektroda kerja, Pt sebagai elektroda lawan, dan elektrolit yang sesuai. Pada sistem seperti ini, hidrogen akan disimpan dalam elektroda CNT melalui reduksi air pada potensial yang sesuai. Penyimpanan yang setara dengan kapasitas pelepasan 110 mAh/g dapat diperoleh pada saat hidrogen disimpan secara elektrokimia. Meskipun carbon nanotube murni menunjukkan kapasitas penyimpanan hidrogen yang luar biasa pada suhu kriogenik, tetapi kapasitas penyimpanannya berkurang hingga < 1,0% berat pada suhu kamar.
Nah, berdasarkan penjelasan di atas, penyimpanan hidrogen elektrokimia dibandingkan dengan metode penyimpanan hidrogen lainnya sangat menjanjikan, 'kan? Hal ini karena pada metode elektrokimia dapat dilakukan pada suhu dan tekanan rendah serta dengan tingkat reversibilitas yang tinggi (hidrogen yang tersedia yang disimpan dengan cara ini dalam bahan dapat membangun superkapasitor dengan kapasitansi spesifik yang sangat tinggi).
Penelitian dan Pengembangan CNT Sebagai Media Penyimpanan Hidrogen
Penelitian dan pengembangan carbon nanotubes (CNT) sebagai media penyimpanan hidrogen telah menjadi fokus utama dalam teknologi energi alternatif. CNT memiliki struktur unik yang berbentuk tabung dengan diameter nanometer, memberikan karakteristik fisik dan kimia yang sangat menguntungkan untuk aplikasi penyimpanan hidrogen. Keunggulan utama CNT terletak pada kapasitas penyerapannya yang tinggi dan kestabilan termalnya yang luar biasa. Selain itu, struktur berongga dari CNT memungkinkan hidrogen disimpan dengan kepadatan tinggi melalui adsorpsi fisis dan kimia. Adsorpsi fisis terjadi pada permukaan luar dan dalam CNT melalui gaya van der Waals, sementara adsorpsi kimia melibatkan pembentukan ikatan kovalen antara atom hidrogen dan karbon pada dinding CNT.
Berbagai pendekatan telah diterapkan untuk meningkatkan kapasitas penyimpanan hidrogen dalam CNT. Modifikasi permukaan CNT dengan logam transisi seperti palladium dan platinum telah menunjukkan peningkatan signifikan dalam kapasitas penyimpanan melalui mekanisme spillover, di mana hidrogen pertama kali diadsorpsi pada logam dan kemudian disebarkan ke CNT. Selain itu, doping dengan elemen seperti boron atau nitrogen dapat mengubah sifat elektronik CNT, sehingga meningkatkan afinitas mereka terhadap hidrogen.
Namun, ada tantangan yang harus diatasi untuk memaksimalkan potensi CNT sebagai media penyimpanan hidrogen. Salah satu tantangan utama adalah mencapai kapasitas penyimpanan yang cukup pada suhu dan tekanan yang dapat diterima untuk aplikasi praktis. Banyak penelitian sedang berlangsung untuk mengembangkan teknik sintesis dan modifikasi yang dapat menghasilkan CNT dengan struktur yang lebih teratur dan permukaan yang lebih reaktif.
Kemajuan dalam teknologi ini memiliki potensi untuk merevolusi industri energi, mengingat hidrogen adalah sumber energi bersih yang dapat digunakan untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil dan mengurangi emisi karbon. Dengan peningkatan kapasitas penyimpanan hidrogen dalam CNT, diharapkan hidrogen dapat digunakan secara lebih luas sebagai bahan bakar alternatif dalam berbagai aplikasi, termasuk kendaraan listrik dan penyimpanan energi skala besar. Penelitian dan pengembangan dalam bidang ini terus berlanjut, dan setiap langkah maju membawa kita lebih dekat ke pemanfaatan yang lebih efisien dan praktis dari hidrogen sebagai sumber energi yang bersih dan terbarukan.
Tantangan Pada Pengembangan Berkelanjutan
Pengembangan Carbon Nanotubes (CNT) untuk penyimpanan hidrogen memiliki beberapa tantangan utama yang perlu diatasi agar teknologi ini bisa diterapkan secara luas dan efisien. Berikut adalah beberapa tantangan tersebut beserta referensinya
- Kapasitas Penyimpanan yang Efektif
Mencapai kapasitas penyimpanan hidrogen yang tinggi pada kondisi operasi yang praktis (tekanan dan suhu moderat) tetap menjadi tantangan utama. Banyak studi menunjukkan bahwa kapasitas penyimpanan hidrogen di CNT pada suhu dan tekanan kamar masih belum memenuhi target yang diinginkan untuk aplikasi komersial.
- Dispersi dan Penyusunan CNT
Pengendalian dispersi dan penyusunan Carbon NanoTubes dalam matriks material sangat penting untuk meningkatkan kapasitas penyimpanan hidrogen. Penyusunan yang buruk dapat mengurangi efektivitas interaksi antara hidrogen dan CNT.
- Metode Sintesis dan Skala Produksi
Produksi Carbon Nanotubes dengan kualitas tinggi dan dalam jumlah besar dengan biaya yang ekonomis masih menjadi tantangan. Metode sintesis seperti Chemical Vapor Deposition (CVD) memerlukan kontrol yang ketat terhadap kondisi reaksi untuk menghasilkan CNT dengan sifat yang diinginkan.
- Keamanan dan Stabilitas
Keamanan dan stabilitas material CNT selama siklus penyimpanan dan pelepasan hidrogen harus dipastikan. Material harus mampu bertahan dalam kondisi operasi tanpa mengalami degradasi signifikan.
- Kinetika Adsorpsi dan Desorpsi
Kinetika adsorpsi dan desorpsi hidrogen pada CNT harus cepat dan efisien untuk aplikasi praktis. Tantangan ini mencakup peningkatan laju adsorpsi dan memastikan desorpsi hidrogen yang efektif pada kondisi yang aman.
DAFTAR PUSTAKA
Anzar, N., Hasan, R., Tyagi, M., Yadav, N., & Narang, J. (2020). Carbon nanotube-A review on Synthesis, Properties and plethora of applications in the field of biomedical science. Sensors International, 1, 100003.
Darkrim, F. L., Malbrunot, P., & Tartaglia, G. P. (2002). Review of hydrogen storage by adsorption in carbon nanotubes. International Journal of Hydrogen Energy, 27(2), 193-202.
Dillon, A. C., & Heben, M. J. (2001). Hydrogen storage using carbon adsorbents: past, present and future. Applied Physics A, 72(2), 133-142.
Froudakis, G. E. (2011). Hydrogen storage in nanotubes & nanostructures. Materials Today, 14(7-8), 324-328.
Liu, H., & Li, Y. (2020). Modified carbon nanotubes for hydrogen storage at moderate pressure and room temperature. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 28(8), 663-670.
Lobo, R., Ribeiro, J., & Inok, F. (2021). Hydrogen uptake and release in carbon nanotube electrocatalysts. Nanomaterials, 11(4), 975.
Monthioux, M., & Kuznetsov, V. L. (2006). "Who should be given the credit for the discovery of carbon nanotubes?" Carbon, 44(9), 1621-1623.
Panella, B., Hirscher, M., & Roth, S. (2005). Hydrogen adsorption in different carbon nanostructures. Carbon, 43(10), 2209-2214.
Saboori, A., Dadkhah, M., Fino, P., & Pavese, M. (2018). An overview of metal matrix nanocomposites reinforced with graphene nanoplatelets; mechanical, electrical and thermophysical properties. Metals, 8(6), 423.
Saputri, D. D., & Saraswati, T. E. (2021). Sintesis Carbon Nanotubes (CNT) Berbasis Bahan Alam Limbah Tempurung Kelapa dan Aplikasinya dalam Pembuatan Polimer Komposit Polimida-CNT: Review. In Proceeding of Chemistry Conferences 6(38), 55088-55138.
Singh, P., et al. (2019). Nanomaterials for Hydrogen Storage Applications: A Review. Nanomaterials, 9(1), 77.
Strbel, R., et al. (2006). Hydrogen storage by carbon materials. Journal of Power Sources, 159(2), 781-801.1s
Sun, X., Zhu, H., Wang, K., Wei, J., & Wu, D. (2009). Recent advances in hydrogen storage in metal-organic frameworks. Science in China Series B: Chemistry, 52(10), 1611-1617.
Tang, C., Man, C., Chen, Y., Yang, F., Luo, L., Liu, Z. F., ... & Wong, K. W. (2013). Realizing the storage of pressurized hydrogen in carbon nanotubes sealed with aqueous valves. Energy Technology, 1, 309.
Zhou, L., Zhou, Y., & Sun, Y. (2006). Enhancement of hydrogen storage on platinum-doped carbon nanotubes. International Journal of Hydrogen Energy, 31(10), 2348-2355.
Zhu, Y., et al. (2018). "Hydrogen storage in carbon materials: A review." Carbon, 136, 179-196.
