Abstrak —Membran komposit PVA/Kitosan untuk aplikasi Direct  Methanol  Fuel  Cell  (DMFC)  dari  PVA,  Kitosan  dan Grafin  Oksida  yang  terikat  silang  asam  sulfat  telah  berhasil disintesis. Perbandingan volume PVA dan kitosan adalah 1:5, 2:4,  3:3,  4:2,  5:1  dengan  massa  Grafin  Oksida  sebesar  1,5% berat membran. Penambahan komposisi kitosan meningkatkan nilai tensile  strength ,  namun  menurunkan  nilai break elongation .  Penambahan  PVA  menyebabkan  suhu  degradasi meningkat.  Persentase water  uptake dan methanol  uptake meningkat seiring bertambahnya komposisi PVA. Penambahan komposisi kitosan membutuhkan waktu perendaman lebih lama agar  diperoleh  konduktivitas  proton  lebih  besar.  Nilai konduktivitas  proton  tertinggi  adalah  8,35  ×  10 -3 Scm -1 (PVA/Kitosan 3:3, waktu perendaman 30 menit).
Kata  Kunci —Membran;  Kitosan;  PVA;  Grafin  Oksida;  Asam Sulfat; DMFC; Konduktivitas proton.

## I. PENDAHULUAN
Untuk menunjang kehidupan manusia, saat ini banyak digunakan  alat-alat  elektronik  dan  kendaraan.  Untuk menggerakkannya dibutuhkan energi dari bahan bakar. Bahan bakar yang paling banyak digunakan adalah bahan bakar fosil. Selain  tidak  dapat  diperbaharui,  proses  pembakaran  bahan bakar  fosil  menghasilkan  produk  berupa  hidrokarbon  (HC), nitrogen  oksida  (NO x ),  karbon  monoksida  (CO),  dan  sulfur dioksida  (SO 2 )  yang  merugikan  manusia.  Oleh  karena  itu, dibutuhkan  energi  terbarukan  yang  dapat  diperbaharui  dan ramah lingkungan[1].
Salah  satu  sumber  energi  terbarukan  yang  saat  ini sedang dikembangkan adalah sel bahan bakar ( fuel cell ), karena sel  bahan  bakar  mampu  mengkonversi  energi  kimia  hidrogen menjadi  energi  listrik  dan  air  sebagai  hasil  sampingnya  [2]. Salah  satu keunggulan dari sel bahan bakar adalah  gas buang yang mengandung racun sangat sedikit bahkan dapat mencapai tidak  ada.  Selain  itu,  bahan  bakar  yang  digunakan  adalah hidrogen, yang dapat diperoleh dari bermacam-macam sumber [3].
Sel  bahan  bakar  terdapat  beberapa  macam,  yang dibedakan  berdasarkan  sumber  bahan  bakar  hidrogen  yang digunakan,  salah  satunya  adalah Direct  Methanol  Fuel  Cell (DMFC).  DMFC  merupakan  sel  bahan  bakar  dengan  sumber
bahan  bakar  berupa  metanol.  Metanol  kemudian  akan dikonversi  menjadi  hidrogen  untuk  dapat  dielektrolisis  dan menghasilkan energi listrik. Selain memiliki suhu operasi yang rendah,  DMFC  juga  memiliki  beberapa  kelebihan  sehingga dapat dikatakan sebagai sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan, antara lain tidak memerlukan energi listrik dalam mengoperasikan, memiliki sistem pengisian bahan bakar yang praktis, dan dirancang untuk bekerja dalam jangka waktu yang lama  [4].  Akan  tetapi  kinerja  dari  DMFC  masih  memiliki kekurangan, antara lain pada membran penukar proton (PEM) yang  digunakan.  PEM  yang  baik  adalah  membran  yang memiliki  konduktivitas  proton  yang  tinggi,  dan  tidak  cepat rusak.  Pada  saat  ini,  salah  satu  membran  yang  banyak digunakan  yaitu  membran  asam  perfluorosulfonik  atau  yang biasa disebut dengan Nafion.
Nafion  sudah  cukup  baik  dalam  hal  konduktivitas proton, akan tetapi Nafion masih kurang optimal jika digunakan sebagai membran penukar proton. Nafion mampu memisahkan reaktan dan penghantar proton hingga 0,1  Scm -1 . Akan tetapi, Nafion  hanya  tahan  hingga  suhu  80  °C,  hal  ini  akan berpengaruh  terhadap  kestabilan  komponen.  Namun,  masalah utama dari Nafion adalah permeabilitas metanolnya yang masih besar yaitu sebesar 4,9 x10 -6 cm/s. Hal ini menyebakan efisiensi sel bahan bakar akan menurun dan membran akan cepat rusak. Selain itu, harga Nafion yang masih relatif mahal juga menjadi masalah  untuk  dapat  mengkomersialkan  DMFC  secara  luas. Pada  aplikasi  sel  bahan  bakar  untuk  otomotif,  harga  Nafion sendiri  bisa  mencapai  20%  dari  harga  MEAnya  sendiri  [5]. Oleh  karena  itu,  perlu  dilakukan  penelitian  terhadap  bahan pengganti yang lebih baik dari Nafion.
Penelitian  membran  polimer  yang  telah  banyak dikembangkan saat ini menggunakan kitosan sebagai material utamanya. Kitosan termasuk polimer alami yang keberadaannya melimpah di alam. Kitosan bersifat hidrofobik. Kitosan  memiliki  kemampuan  membentuk  lapisan  tipis  dan memiliki sifat optis aktif [6]. Selain itu, kitosan bersifat mudah terbiodegrasi,  tidak  beracun  dan  ramah  lingkungan.  Akan tetapi, kitosan memiliki keterbatasan dalam hal reaktifitas [7]. Oleh  karena  itu,  biasanya  kitosan  dikombinasikan  dengan bahan lain untuk meningkatkan kualitas dan kereaktifannya.
Polivinil  alkohol  (PVA)  merupakan  senyawa  yang sering  dikombinasikan  dengan  kitosan.  Sebagai  polimer

## Pengaruh Komposisi PVA/Kitosan terhadap Perilaku Membran Komposit PVA/Kitosan/Grafin Oksida yang Terikat Silang Asam Sulfat
Johan Julian dan Eko Santoso
Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : eko.es39@gmail.com
sendiri,  PVA  memiliki  titik  leleh  228-256  °C,  sehingga memungkinkan untuk beroperasi pada suhu yang tinggi. Selain itu,  PVA  juga  sangat  mudah  mengembang  jika  berinteraksi dengan  air  karena  gugus  aktif  PVA  berupa  OH,  sehingga bersifat hidrofilik. Akan tetapi, PVA baru akan larut dalam air pada  suhu  90  °C.  Gugus  keton  pada  PVA  juga  dapat membentuk ikatan asetal dengan gugus hidrosil dari rantai lain, sehingga molekul cabangnya membentuk ikatsilang ( crosslink ) [6].  Dengan  dikombinasikannya  kitosan/PVA,  maka  akan menghasilkan  polimer  aktif  yang  sedikit  bersifat  semipolar. Selain  itu  juga  meningkatkan  sifat  mekaniknya.  Seperti penelitian yang dilakukan oleh Indah F. Farha [8] kitosan 100% memiliki  sifat  mekanik  yang  baik,  namun  dengan  ditambah PVA,  maka  sifat  mekaniknya  meningkat.  Hal  ini  dibuktikan dengan  campuran  kitosan/PVA  75%:25%  lebih  baik dibandingkan campuran 100%:0%. Hal serupa juga terjadi pada campuran  50%:50%  dan  25%:75%  yang  terus  menurun.  Ini menunjukkan bahwa semakin banyak PVA yang ditambahkan akan  menurunkan  kualitas  mekanik  kitosan/PVA.  Untuk  nilai fluksnya  juga  menunjukkan  perilaku  yang  sama  dengan  sifat mekaniknya.  Oleh  sebab  itu,  perlu  diketahui  komposisi kitosan:PVA yang sesuai agar menunjukan nilai optimumnya.
Selvy [9]  melakukan penelitian dengan  membuat variasi membran kitosan/PVA dengan variasi grafin oksida (GO) yang diikat  silang  dengan  asam  sulfat.  Membran  kitosan/PVA  3:3 ditambahkan dengan variasi GO 0%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2% berat membran. Hasilnya yang paling besar permeabilitas protonnya, dan paling rendah metanol uptake dan water uptake nya adalah variasi GO 1,5%. Karena variasi GO yang paling optimal sudah ditemukan,  maka  penelitian  ini  dilakukan  untuk  menentukan perbandingan  komposisi  kitosan/PVA  yang  paling  optimal dengan  penambahan  GO  sebesar  1,5%  berat  membran  yang diikat silang dengan asam sulfat.

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## 1) Karakterisasi Grafit Oksida dengan FTIR
Karakterisasi  gugus  fungsi  terhadap  grafin  oksida dilakukan menggunakan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Analisis  dilakukan  pada  panjang  gelombang  500-4500  cm -1 . Terlebih  dahulu  serbuk  grafin  oksida  dipreparasi  dengan digerus dan ditambah dengan KBr kemudian dibentuk pelet

## 2) Proses Melarutkan Grafit Oksida dalam Air
Serbuk  GO  dilarutkan  dalam  aqua  DM  (0,1%)  (m/v) menggunakan ultrasonic bath dengan daya 120 W selama 6 jam sampai  seluruh  GO  terdispersi.  Massa  GO  yang  digunakan yaitu 1,5% berat membran.
3) Sintesis Membran PVA/kitosan/grafin oksida
Serbuk PVA dan kitosan ditimbang dengan perbandingan volume PVA:kitosan = 1:5. 2:4, 3:3 4:2, 5:1. Perbandingan volume pada percobaan ini disajikan pada tabel 3.1.
Tabel.1 Perbandingan Komposisi PVA:Kitosan
Perbandingan Volume PVA:Kitosan PVA Kitosan Larutan PVA (mL) PVA padat (g) Larutan Kitosan (mL) Kitosan padat (g) 1:5 0,53 0,615 2,66 2,744 2:4 1,06 1,230 2,13 2,195 3:3 1,6 1,845 1,6 1,646 4:2 2,13 2,460 1,06 1,098 5:1 2,66 3,076 0,53 0,549
Untuk  selanjutnya  perbandingan  massa  PVA/Kitosan  1:5 disebut tipe 1, 2:4 disebut tipe 2, 3:3 disebut tipe 3, 4:2 disebut tipe 4 dan 5:1 disebut tipe 5. Dan kemudian ditambahkan grafin oksida  sebanyak  1,5%  dari  massa  PVA/Kitosan.  PVA dilarutkan dalam aqua DM (4%) (m/v) dan kitosan dilarutkan dalam  asam  asetat  2%  pada  suhu  70  °C  diikuti  pengadukan sampai  larut.  Setelah  masing-masing  PVA  dan  kitosan  larut, larutan  PVA  dicampur  dengan  dispersi  GO,  diaduk  dengan menggunakan  magnetik  strirer  dan  dipanaskan  selama  15 menit. Larutan kitosan dimasukkan kedalam larutan PVA/GO dan diaduk selama 3 jam pada suhu 70  °C. Larutan membran komposit PVA/Kitosan/GO dituang ke dalam cetakan membran yang  terbuat  dari  akrilik  dengan  ukuran  16  x  8  cm.  Larutan membran  komposit  dikeringkan  pada  suhu  ruang  sampai pelarutnya menguap dan membran terkelupas dari cetakan [10].

## 4) Proses Mengikat Silang Membran Komposit dengan Asam Sulfat
Membran  komposit  yang  sudah  kering  direndam  dalam larutan asam sulfat 0,5 M selama 90 menit dalam suhu  ruang. Setelah  selesai,  membran  dibilas  dengan  aqua  DM  untuk menghilangkan  asam  yang  masih  menempel,  kemudian membran dikeringkan pada suhu ruang sampai kering.

## 5) Uji Kuat Tarik
Stabilitas  mekanika  membran  diukur  menggunakan Strograph VG 10-E. Membran yang akan diuji terlebih dahulu dipotong membentuk ukuran sesuai Standar Nasional Indonesia (SNI). Ketebalan membran yaitu 0,1 mm. Kecepatan regangan yang  digunakan  yaitu  10  mm/menit  dengan  kuat  tarik  100 N. Pengukuran dilakukan pada suhu ruang.

## 6) Uji Ketahanan Termal
Dekomposis termal dari membran diuji menggunakan alat Thermogravimetric Analyzer (TGA) yang dilengakapi dengan Differential Scanning Calorimetry (DSC). Membran yang akan diuji  dipotong  dengan  massa  5-10  mg  terlebih  dahulu.  Uji dimulai dari suhu 25 °C dan suhu maksimum yang digunakan yaitu 450°C dengan  kecepatan analisis 5°C/  menit. Pengujian ini menggunakan nitrogen sebagai atmosfernya.
7) Uji Water Uptake dan Methanol Uptake
Water uptake dan methanol uptake dilakukan dengan cara mengukur  perbedaan  berat  membran  sebelum  dan  sesudah direndam dalam air atau metanol. Berat kering (W kering ) diukur dari  membran  yang  dikeringkan  selama  24  jam  pada  suhu ruang.  Berat  basah  (W basah )  diukur  dari  membran  yang
direndam  pada  air  atau  metanol  5  M  selama  24  jam. Perhitungan water  uptake dan methanol  uptake seperti  pada Persamaan (1).
% Water Uptake / Methanol Uptake = Wwet−Wdry 𝑊𝑑𝑟𝑦 x100% (1)

## 8) Uji Konduktivitas Proton
Konduktivitas  proton  pada  membran  diukur  menggunakan metode Electrochemical  Impedance  Spectroscopy (EIS). Sebelum dilakukan pengukuran konduktivitas proton, terlebih dahulu  dilakukan  pengukuran  konduktivitas  bahan.  Membran terlebih dahulu direndam dalam aqua DM selama variasi waktu yang telah ditentukan. Variasi waktu yang digunakan adalah 1 menit, 1,5 menit, 2 menit, 3 menit, 5 menit, 15 menit, 30 menit, 60 menit, 90 menit, dan 120 menit. Pengukuran konduktivitas proton dilakukan dengan menggunakan potensiostat yang telah dihubungkan dengan elektroda platina pada dua buah PCB dan konduktivitas membran diukur menggunakan dua probe seperti Gambar  1.  Membran  yang  akan  diukur  konduktivitasnya, diletakkan  diantara  kedua  PCB.  Pengukuran  dilakukan  pada frekuensi  1  ×  10 -1 Hz  hingga  1  ×  10 5 Hz,  arus  listrik  1mA, amplitudo  1  x  10 -5 A  pada  suhu  25°C.  Nilai  konduktivitas proton dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.
𝜎 = 𝑑 𝑅 ×𝐿×𝑠
(2)
Gambar 1 Skema alat pengukuran konduktivitas membran

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Karakterisasi Grafit Oksida dengan FTIR
Grafit oksida pada penelitian ini telah disintesis dan dilaporkan hasilnya [9]. Karakterisasi FTIR dilakukan untuk membuktikan bahwa grafit oksida  tidak  mengalami perubahan  selama  masa penyimpanan. Pada Gambar 2ditunjukkan spektra FTIR untuk grafit (a), grafit oksida (Selvy, 2015) (b), grafit oksida. Gambar 2 (c) terdapat puncak pada bilangan gelombang 3404 cm -1 yang menunjukan ciri puncak serapan dari gugus (C-OH) stretching , gugus  (C=C) stretching pada  bilangan  gelombang  1627  cm -1 , gugus  (C=O) stretching pada bilangan  gelombang  1708  cm -1 . Hasil  ini  sesuai  dengan  karakterisasi  yang  pernah  dilakukan oleh  Selvy  [9]  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2  (b)  yaitu,
terdapat puncak serapan karakteristik dari gugus hidroksil (C- OH) stretching pada  bilangan  gelombang  3402  cm -1 ,  gugus karbonil  (C=O)  vibrasi stretching pada  bilangan  gelombang 1724  cm -1 ,  gugus  (C=C) stretching pada  bilangan  gelombang 1640 cm -1 . Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa padatan yang telah  disintesis  pada  penelitian  terdahulu  [9]  masih  dapat digunakan  karena  karakteristik  gugus  fungsinya  masih  sama dan tidak mengalami perubahan. Selain itu, grafit oksida juga telah  mengalami perubahan dari grafit. Spektrum FTIR untuk grafit  hanya  muncul  puncak  serapan  gugus  (C=C) stretching pada  bilangan  gelombang  1500  cm -1 .  Hal  ini  menunjukan perubahan  dengan  adanya  gugus  (C-OH)  yang  ada  pada spektrum  FTIR  untuk  grafit  oksida.  Dapat  dipastikan  bahwa oksidasi grafit menjadi grafit oksida telah berhasil disintesis.
Gambar 2 Spektrum FTIR (a) Grafit (b) Grafit Oksida (Selvy, 2015), (c) Grafit Oksida

## B. Proses Mengikat Silang Membran Komposit PVA/Kitosan/Grafin Oksida dengan Asam Sulfat
Proses  mengikat  silang  dilakukan  dengan  cara  membran komposit Kitosan/PVA/GO yang telah kering dan mengelupas dari  cetakan  membran  direndam  dalam  asam  sulfat  0,5M selama  90  menit  dalam  suhu  ruang.  Membran  komposit  yang telah direndam tampak menjadi lebih lentur dan membesar dari ukuran  awal.  Setelah  90  menit,  membran  dibilas  dengan menggunakan  aqua  DM  dan  dikeringkan  pada  kondisi  ruang. Membran  yang  telah  diikat  silang  kembali  menyusut  dan ukurannya  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  ukuran  membran komposit  sebelum  dilakukan  ikat  silang.  Jarak  antar  molekul kitosan menjadi lebih dekat karena antar molekul kitosan telah terikat  dengan  asam  sulfat.  Membran  komposit  diikat  silang dengan menggunakan asam sulfat diharapkan dapat menambah gugus  fungsi  yang  memiliki  banyak pasangan elektron bebas. Gugus  amina  pada  kitosan  membentuk  ikatan  dengan  asam sulfat.
PCB
Kawat Platina
Kabel tembaga
Gambar 3 Struktur Kitosan Terikat Silang dengan Asam Sulfat
Hal  ini  bertujuan  agar  membran  komposit  menjadi  lebih selektif untuk memisahkan proton dan elektron, meningkatkan konduktivitas proton, memperkecil saluran ion agar persentase water  uptake dan methanol  uptake menjadi  semakin kecil.Membran PVA/Kitosan yang terikat silang dengan asam sulfat  dapat  mengurangi  persen water  uptake dan methanol uptake .  Hal  ini  disebabkan  gugus  amina  yang  reaktif  pada kitosan telah mereaksi dengan asam sulfat [11].

## C. Uji Kuat Tarik
Uji  tarik  berfungsi  untuk  mengetahui  ketahanan  membran dari gaya luar yang diberikan. Dalam hal ini, uji tarik membran mengetahui  kemampuan  membran  menahan  gaya  yang diberikan  dan  elastisitas  membran  dalam  menahan  gaya sebelum membran putus.
Berdasarkan uji yang dilakukan, diperoleh data seperti yang disajikan  pada  Gambar  4.  Gambar  4  menunjukan  bahwa membran  tipe  5  yang  memiliki  elastisitas  paling  besar,  yaitu diketahui  dari  regangannya  sebesar  140,47%.  Sedangkan tegangan  yang  paling  besar  dimiliki  oleh  membran  tipe  1. Membran  tipe  5  bersifat  lebih  elastis  karena  komposisi  PVA yang  lebih  banyak  dibandingkan  dengan  kitosan.  Sedangkan tipe 1 tidak elastis karena komposisi kitosan yang lebih banyak. Sesuai  dengan  sifat  PVA  yang  memiliki  elastisitas  dan kestabilan  kimia  yang  baik  [12].  Sedangkan  kitosan  memiliki struktur  kimia  yang  teratur,  sehingga  bersifat  kaku  dan  susah untuk dibentuk [13].
Gambar 4 Hasil Uji Tarik
Membran  yang  dibuat  pada  penelitian  ini  diaplikasikan pada  DMFC.  Pada  DMFC,  membran  tidak  harus  memiliki
elastisitas  yang  tinggi,  namun  harus  memiliki  ketahanan mekanik yang besar untuk menahan tekanan dari kedua bahan bakar pada anoda dan katoda.

## D. Uji Ketahanan Termal
Uji  ketahanan  termal  dilakukan  untuk  mengetahui  sifat termal  dari  membran  komposit.  Teknik  uji  ketahanan  termal yang  digunakan  adalah  TGA/DTG.  Sampel  dipotong  kecil dengan massa sekitar 3-5mg. Kemudian sampel diukur suhunya pada suhu 25 °C hingga 450 °C dengan kenaikan 5 °C/menit. Atmosfir  yang  digunakan  selama  pengujian  adalah  nitrogen karena nitrogen yang bersifat inert dan tidak bereaksi.
Ketahanan  termal  membran  dapat  diketahui  dari  persen massa  yang  hilang.  Semakin  banyak  massa  yang  hilang  saat dilakukan  pemanasan,  maka  menunjukan  kestidakstabilan membran.  Ketahanan  termal  dari  membran  sangat  penting untuk  diketahui  karena  saat  beroperasi,  sistem  DMFC  akan menjadi  panas  dan  akan  berpengaruh  terhadap  semua komponen  yang ada pada sistem DMFC tersebut.Oleh karena itu dibutuhkan material yang memiliki ketahanan termal yang baik pada segala suhu.
Gambar 5 Grafik TGA suhu terhadap perubahan massa

## Gambar 6 Grafik Hasil DTG
Data  TGA  dapat  diperkuat  dengan  data  DTG.  TGA menyajikan  data  untuk  perubahan  suhu  terhadap  perubahan massa.
1 2 3 4 5 0 20 40 60 80 100 0 50 100 150 Yie ld T en sile (Mp a) Break elongation (%) 0 100
200 300 400 500 600 Δ H Suhu (°C) a. Tipe 1 b. Tipe 2 c. Tipe 3 d. Tipe 4 e. Tipe 5 c d e b a b e  a d c
Tabel 2 Tabel Hasil DTG Suhu Degradasi Pertama Tipe Membran Perbandingan Volume PVA/Kitosan Suhu Degradasi Tahap Pertama (°C) 1 1:5 200,19 2 2:4 199,78 3 3:3 204,30 4 4:2 208,82 5 5:1 168,45
Dari gambar 5 dapat diketahui bahwa membran tipe 2 yang memiliki ketahanan termal paling baik. Penurunan massa membran tipe dua sebesar 37,8592% dari massa total membran awal.  Penurunan  massa  ini  yang  paling  kecil  dibandingkan dengan  membran  tipe  yang  lain.  Membran  tipe  2  mengalami satu  kali  penurunan  massa  yang  signifikan.  Penurunan  massa terjadi  pada  suhu  126,09  °C.  Penurunan  massa  yang  paling besar dialami oleh membran tipe 5. Berbeda dengan membran tipe 2, membran tipe 5 mengalami 2 kali penurunan massa yang signifikan. Penurunan pertama terjadi pada suhu 168,45 °C dan penurunan kedua terjadi pada suhu 431,39 °C.
Dari data DTG, diketahui bahwa membran tipe 5 mengalami degradasi terlebih dahulu dibandingkan dengan  membran tipe yang  lain.  Membran  tipe  5  memulai  degradasinya  pada  suhu 168,45 °C. Membran tipe 4 yang memiliki suhu degradasi tahap pertama  paling  tinggi,  yaitu  208,82  °C.  Membran  mengalami dua  tahap  degradasi.  Menurut  El-Hefian  [14],  dekomposisi membran  komposit  PVA/kitosan  mengalami  satu  tahap degradasi.  Disebabkan  karena  adanya  interaksi  ikatan  antara PVA  dan  kitosan  yang  membuat  membran  memiliki  ketahan termal  yang  lebih  stabil.  Pada  percobaan  ini,  dimungkinkan tahap degradasi yang pertama disebabkan karena dekomposisi struktur  polimer  dan  tahap  degradasi  yang  kedua  disebabkan karena  rusaknya  rantai  inti  polimer.  Secara  umum  tampak bahwa  semakin  banyak  komposisi  PVA,  semakin  meningkat suhu  degradasinya.  Hal  ini  disebabkan  karena  PVA  murni memiliki  ketahanan  termal  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan kitosan.

## E. Uji Water Uptake dan Methanol Uptake
Uji water  uptake dan methanol  uptake dilakukan  untuk mengetahui  kemampuan  membran  untuk  menyerap  air  atau metanol. Uji ini penting dilakukan karena dapat mempengaruhi kinerja membran jika membran berubah dari kondisi awalnya. Penyimpanan air atau metanol akan mempengaruhi konduktivitas  proton  dan  lama  kinerja  membran.  Membran kering ditimbang dan direndam dengan aqua DM atau metanol 5%  selama  24  jam.  Setelah  itu  membran  dibersihkan  dan ditimbang  massanya.  Massa  setelah  direndam  dan  sebelum direndam  dibandingkan  dengan  menggunakan  persamaan  dan dinyatakan  dalam  persen water  uptake dan methanol  uptake . Pengujian water  uptake dan methanol  uptake masing-masing dilakukan sebanyak tiga kali dan diambil rata-ratanya.
Tabel 3 Hasil Water uptake dan Methanol Uptake Tipe Membran Perbandingan Volume PVA:kitosan Water Uptake (%) Methanol Uptake (%) 1 1:5 15,856 33,759 2 2:4 23,543 26,275 3 3:3 32,846 31,793 4 4:2 30,043 42,188 5 5:1 56,288 59,814
Dari  data  yang  disajikan  pada  Tabel  3,  diketahui  bahwa membran  komposit  PVA/Kitosan/GO  yang  paling  sedikit mengalami penambahan massa untuk water uptake yaitu tipe 1 dengan  nilai  15,856%.  Membran  tipe  5  memiliki  persentase water uptake yang paling besar yaitu 56,288%. Membran dapat bekerja  menghantarkan  proton  jika  berada  dalam  keadaan terhidrasi. Akan tetapi membran juga akan mengalami swelling jika terlalu banyak air atau metanol yang melewatinya. Hal ini akan berpengaruh terhadap kinerja dari sel bahan bakar tersebut karena  air  atau  metanol  yang  melaluinya  dapat  memperbesar saluran ion pada membran.
Pada  uji methanol  uptake ,  membran  komposit  yang mengalami penambahan massa paling sedikit adalah membran tipe  2  sebesar  26,275%.  Sedangkan  membran  komposit  yang mengalami penambahan massa paling banyak adalah membran dengan  komposisi  PVA/Kitosan  5:1  sebesar  59,814%. Banyaknya  metanol  yang  masuk  ke  dalam  membran  akan berpengaruh  juga  pada  kinerja  sel  bahan  bakar  karena  dan metanol akan mengganggu reaksi oksidasi pada katoda.
Peningkatan persentase water uptake dan methanol uptake disebabkan  karena  sifat  membran,  baik  dari  sifat  bahan penyusunnya  maupun  asam  sulfat  sebagai  agen  pengikat silangnya.  Persentase water  uptake dan methanol  uptake semakin meningkat seiring penambahan komposisi PVA dalam membran. Hal ini disebabkan karena PVA bersifat mudah larut dalam  air,  sedangkan  kitosan  bersifat  tidak  larut  dalam  air. Semakin  banyak  persentase  komposisi  PVA  pada  membran, maka  persentase water  uptake dan methanol  uptake semakin meningkat.
Dari  grafik  diatas  diketahui  bahwa water  uptake dan methanol  uptake memiliki  pola  yang  hampir  sama  yaitu, semakin  meningkat  ke  membran  tipe  5.  Metanol  dan  air memiliki  sifat  kepolaran  yang  hampir  sama.  Membran  tipe  5 memiliki  komposisi  PVA/Kitosan  5:1.  PVA  memiliki  sifat hidrofilik  dan  mudah  larut  dalam  air,  sehingga  sangat  mudah untuk menyerap air. Sedangkan kitosan hanya larut dalam asam lemah dan bersifat hidrofobik.
Gambar 7 Grafik Water Uptake dan Methanol Uptake
Semakin besar persentase water uptake dan metanol uptake , maka  dapat  mengganggu  sistem  DMFC. Water  uptake dan methanol  uptake dapat berpengaruh  pada  reaksi  oksidasi  atau reduksi pada anoda maupun katoda. Hal ini dapat mengurangi efisiensi  dari  kinerja  DMFC.  Selain  itu  juga  memperbesar saluran  ion  yang  dapat  mengurangi  permeabilitas  elektron. Membran  menjadi  kurang  selektif  dalam  memisahkan  proton dan elektron.

## F. Uji Konduktivitas Proton
Konduktivitas  proton  memegang  peranan  yang  sangat penting dalam menentukan efektivitas kinerja DMFC. Semakin besar konduktivitas protonnya maka akan semakin baik kualitas membran penghantar proton. Konduktivitas proton menunjukan efisiensi dari reaksi sel yang terjadi pada sistem sel bahan bakar.
Konduktivitas  membran  untuk  tipe  1  semakin  berkurang seiring bertambahnya waktu perendaman membran dalam aqua DM  seperti  yang  disajikan  dalam  data  terlampir.  Berbeda halnya  dengan  membran  tipe  5,  konduktivitas  membrannya semakin  bertambah  seiring  dengan  bertambahnya  waktu perendaman. Hal ini  menunjukkan bahwa pada  membran  tipe 1,  molekul  air  belum  tersebar  secara  merata  dalam  membran pada  menit  awal.  Hal  ini  disebabkan  banyaknya  komposisi kitosan  yang  bersifat  hidrofobik  pada  membran  sehingga diperlukan sedikit waktu agar molekul air dapat tersebar secara merata.  Sedangkan  pada  membran  tipe  5,  lebih  banyak komposisi  PVA  yang  bersifat  hidrofilik,  sehingga  lebih  cepat bagi molekul air untuk masuk ke dalam membran dan menyebar secara merata. Semakin lama waktu perendaman membran tipe 5, konduktivitasnya semakin menurun karena membran tipe 5 telah  mengalami swelling akibatnya  konduktivitas  membran tipe 5 menjadi tidak dapat terbaca dengan baik dan menunjukan hasil konduktivitas yang semakin besar nilainya.
Gambar 8 Grafik konduktivitas proton semua variasi membran
Setelah  diperoleh  nilai  konduktivitas  untuk  masing-masing membran,  maka  dapat  ditentukan  konduktivitas  protonnya. Dengan  menggunakan  Persamaan  (2),  nilai  konduktivitas proton  disajikan  pada  Gambar  8.  Dari  grafik  tersebut  tampak bahwa  untuk  masing-masing  membran  memiliki  pola  yang berbeda-beda. Ada yang konduktivitas proton terbesar terletak pada menit-menit awal, ada yang konduktivitas proton terletak pada  kisaran  15  menit  hingga  60  menit.  Ada  juga  yang konduktivitas protonnya optimum di atas 60 menit. Akan tetapi menit yang memiliki rata-rata konduktivitas proton cukup besar untuk semua membran adalah pada menit ke 30.

## IV. KESIMPULAN/RINGKASAN
Berdasarkam  hasilpenelitian  dan  pembahasan  yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa pengaruh komposisi PVA/Kitosan terhadap perilaku membran komposit PVA/Kitosan/GO  yang  terikat  silang  asam  sulfat  sebagai berikut :
1. Pada uji mekanik, semakin banyak komposisi kitosan di dalam membran kompositsemakin besar tegangan, dan  semakin  banyak  komposisi  PVA  semakin besarregangan.
2. Penambahan PVA menyebabkan suhu dekomposisi/ketahanan  termalmembran  komposit meningkat.
3. Semakin  banyak  komposisi  PVA  dalam  membran komposit  PVA/Kitosan  yang  terikat  silang  asam sulfat  menyebabkan nilai water uptake dan methanol uptake meningkat.
4. Membran  dengan  komposisi  kitosan  lebih  banyak membutuhkan  waktu  perendaman  lebih  lama  untuk nilai konduktivitas proton yang lebih besar.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  berterima  kasih  kepada  tim  penelitian  membran elektrolit, Laboratorium Kimia Material dan Energi dan Jurusan Kimia FMIPA ITS, serta semua pihak yang ikut membantu.
0 20 40 60 80 0 1 2 3 4 5 6 Perbed aa n M ass a (% ) Tipe Membran Methanol Uptake (a) Water Uptake (b) a b 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0 50 100 150 Kon d u kt iv ita s p ro to n (Sc m -1 ) Waktu perendaman (menit)
Tipe 1 (a) Tipe 2 (b) Tipe 3 (c) Tipe 4 (d) Tipe 5 (e) a b e c d

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Astra, I Made. (2010). “Energi dan Dampaknya Terhadap Lingkungan”.  Jurnal  Meteorologi  dan  Geofisika,  11(2),
131-139.
[2] Turner, John A., (1999). “A Realizable Renewable Energy Future”. Journal of Science, 285(1), 687-689.
[3] Suhada,  Hendrata.  (2001).  “Fuel  Cell  sebagai  Penghasil Energi Abad 21” Jurnal Teknik Mesin, 3(2), 92-100.
[4] Kamarudin,  S.K.,  Achmad,  F.,  Daud,  W.R.W.,  (2009), “Overview on the application of direct methanol fuel cell (DMFC)  for  portable  electronic  devices”,  International Journal of Hydrogen Energy, 34, 6902-6916.
[5] Dewi,  Eniya  Listiani,  2009,  “Sintesis  dan  Karakteristik Nanokomposit  Membran  ABS  Tersulfonasi  sebagai Material Polielektrolit”, Jurnal Nanosains dan Teknologi, 2(01), 27-31
[6] Noezar,  I.,  Praptowidodo,  V.S.,  Agustin,  Sin  P.  Dewita, Reni,  (2008),  “Membran  PVA-Chitosan  Crosslinked
Untuk Pemisahan Campuran
Etanol-Air Secara
Pervaporasi”.  Jurnal  Teknik  Kimia  Indonesia,  7(1),  724- 730
[7] Kusumawati,  Nita.  (2009).  “Pemanfaatan  Limbah  Kulit Udang  Sebagai  Bahan  Baku  Pembuatan  Membran Ultrafiltrasi”, Inotek, 13(2), 113-120
[8] Farha,  Indah  F.,  Kusumawati,  Nita,  (2012),  “Pembuatan
Membran  Komposit  Kitosan-PVA  dan  Pemanfaatannya pada Pemisahan Limbah Pewarna Rhodamin-B”, Prosiding Seminar Nasional Kimia Unesa
[9] Selvy Malita Munarsetya Maksum dan Eko Santoso, 2015, “Pengaruh  Komposisi  Terhadap  Perilaku  Membran Komposit PVA/Kitosan/Grafin Oksida yang Terikat Silang Asam Sulfat”, Jurnal Sains dan Seni ITS, 4(2), 2337-3520
[10] Yang,  J.  M.,  &  Wang,  S.  A.  (2015).  “Preparation  of graphene-based poly
(vinyl
alcohol)/chitosan nanocomposites  membrane  for  alkaline  solid  electrolytes membrane”. Journal of Membrane Science , 477 , 49-57.
[11] Nugroho,  Dwi,  Susatyo,  Eko  Budi,  Prasetya,  Agung  Tri,
(2014),  “Sintesis  Membran  Kitosan/PVA  Terikat  Silang untuk  Menurunkan  Kadar  Zat  Warna Remazol  Red ”,
Indonesian Journal of Chemical Science, 3(1), 28-35
[12] Nguyen,  Hang,  (2011),  “Polyvinyl  Alcohol-funtionalized Multiwalled  Carbon  Nanotubes  for  Proton  Exchange Membrane  Fuel  Cells,  Script,  Worcester  Polytechnic Institute
[13] Vaghari et al. (2013). “ Recent advances in Application of Chitosan  in  Fuel  Cell”,  Sustainable  Chemical  Processes, 1(16), 1-12
[14] El-Hefian,  Esam  A.et  al.  (2010),  “The  Preparation  and Characterization  of  Chitosan/  Poly  (Vinyl  Alcohol) Blended Films”, E-Journal of Chemistry, 7(4). 1212-1219