Abstrak -Metal  hydride  merupakan  media  penyimpanan hidrogen  yang  aman  dan  efisien  untuk  aplikasi  kendaraan. Paduan  magnesium  merupakan salah satu  kandidat  bahan yang menjanjikan  sebagai  material  ini.  Dalam  penelitian  ini,  serbuk magnesium  dan  nikel  dengan  komposisi  penambahan  Ni  (x=29, 31,  33  dan  35  at%)  disintesa  dengan  metode mechanical  milling pada atmosfer argon (Ar) 3 bar selama 10 jam dengan BPR 1:10. Proses mechanical  milling belum  mampu  membentuk  paduan intermetalik  Mg-Ni.  Kemudian  dilanjutkan  proses  perlakuan panas    pada  temperatur  385 ˚ C  dalam  atmosfir  argon  3  bar  satu jam.  Belum  terbentuk  fasa  intermetalik  pada  proses  perlakuan panas.  Dilanjutkan  dengan  proses  hidriding  pada  keseluruhan sampel  dengan  perlakuan  panas  300 ˚ C  atmosfer  hydrogen  (H 2 ) selama  satu  jam.  Proses  hidriding  belum  mampu  membentuk fasa  metal  hydride  untuk  keseluruhan  variasi  penambahan  Ni. Sintesis  dilanjutkan  dengan  proses  annealing,  dimana  terbentuk fasa  intermetalik  untuk  keseluruhan  variasi  penambahan. Dilanjutkan  proses  hidriding  siklik  kedua  untuk  melihat pembentukan  metal  hydride,  dan  dipatkan  pembentukan  metal hidrid terdapat pada komposisi penambahan 31 at% Ni.
Kata  Kunci - Hydrogen  storage , Mechanical  Milling,  Mg 2 Ni , Perlakuan panas.

## I. PENDAHULUAN
idrogen merupakan kandidat ideal sebagai sumber energi yang  dapat  digunakan  baik  untuk  aplikasi  bergerak maupun  statis,  serta  dapat  mencegah  efek  buruk  yang ditimbulkan terhadap lingkungan, dan mengurangi ketergantungan  impor  minyak  negara-negara  tanpa  sumber daya  alam  [1].  Dibutuhkan  energy  alternatif  untuk meminimalisir  dampak  negatif  yang  ditimbulkan  dari  energi terdahulu.
Hydrogen  storage merupakan  salah  satu  kunci  dalam pengembangan  sumber  energi  hidrogen  (H 2 )  komersil. Magnesium (Mg) merupakan bahan yang menjanjikan sebagai media hydrogen  storage .  Magnesium  (Mg)  murni  dapat menyerap  hidrogen  (H 2 )  untuk  membentuk  MgH 2 dengan kandungan  mencapai  7,6%  massanya  [2].    Namun,  proses hidrogenasi  dan  dehidrogenasi  dari  magnesium  (Mg)  murni masih  terlalu  lambat  serta  membutuhkan  temperatur  yang tinggi (350-400˚C) pada tekanan lebih dari 3 Mpa [3].
Banyak  usaha  telah  dilakukan  untuk  mengimprovisasi  sifat MgH 2 dengan memadukaan magnesium (Mg) dengan unsur
logam  lain.  Mg 2 Ni  menjadi  hal  yang  menarik  untuk dikembangkan  sebagai  material hydrogen  storage yang menjanjikan  karena  mampu  membentuk  hidrida  Mg 2 NiH 4 dengan  kapasitas  penyerapan  hidrogen  (H 2 )  mencapai  3,6% massanya  dan  dapat  menyerap  dan  melepas  hidrogen  pada temperatur  dan  tekanan  yang  tidak  terlalu  tinggi  jika dibandingkan  dengan  material  lain.  Namun,  kinetika penyerapan dan pelepasan hidrogen yang masih sangat lambat menghambat  penerapan  Mg 2 Ni  untuk  diaplikasikan  [4]. Penelitian  ini  akan  difokuskan  pada  efek  penambahan  nikel untuk  pembentukan  paduan  intermetalik  Mg 2 Ni  dengan metode mechanical  milling dan  perlakuan  panas  pada temperatur  385  C  dan  600  C sehingga  diharapkan  mampu memberikan sifat absorbsi hidrogen (H 2 ) yang lebih baik.

## II. URAIAN PENELITIAN

## A. Bahan
Penelitian  ini  menggunakan  serbuk  Mg  (Merck)  dengan kemurnian  99,7%,  dan  serbuk  Ni  (Merck)  98%.  Benzene dengan kemurnian 90% digunakan sebagai PCA ketika proses mechanical  milling berlangsung.  Argon  (Ar)  dan  Hidrogen (H 2 ) high  purity digunakan  sebagai  atmosfer  dalam  proses mechanical milling , perlakuan panas, dan hidriding .
B. Peralatan
Alat Horizontal  Modification  Ball  Milling dengan kecepatan  400  rpm  digunakan  untuk  proses mechanical milling. Sedangkan  untuk  proses  perlakuan  panas dan hidrogenasi,  digunakan  tabung  hidrogen  yang  kemudian dipanaskan didalam horizontal furnace carbolite .

## C. Preparasi Sampel
Campuran  serbuk  dengan  komposisi  penambahan  nikel  = 29,  31,  33  dan  35  at%  disintesa  dengan  proses mechanical milling pada  atmosfer  Argon  (Ar)  bertekanan  3  bar  dengan kecepatan  400  rpm  selama  10  jam.  Selanjutnya,  dilakukan proses  perlakuan  panas  pada  temperature  385 ⁰ C.  Proses selanjutnya adalah hidriding pada temperatur 300 ⁰ C selama 1 jam pada atmosfir H 2. Proses selanjutnya, sampel di annealing pada  temperatur  600 ⁰ C  yang  kemudian  dilanjutkan  dengan proses  hidrogenase siklus kedua pada tekanan hidrogen (H 2 ) 5
Analisis Pengaruh Penambahan Nikel (Ni) terhadap Pembentukan Mg 2 Ni Hasil Mechanical Milling dan Pengaruh terhadap Hidrogenasi
I Dewa Made Bakti Pramana, dan Hariyati Purwaningsih.
Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : hariyati@mat-eng.its.ac.id
H
bar selama satu jam pada temperatur konstan 300°C.
D. Analisis
Untuk  mengetahui  fasa  paduan  dan  karakterisasi  paduan setelah mechanical  milling, perlakuan  panas dan  hidrogenasi, digunakan  alat  XRD Phillips  X’Pert  MPD  System  (X-Ray Diffraction) dengan CuKα sebesar 1.54056 Å dan range sudut sebesar  10°-90°. Software  High  Score  Plus digunakan  untuk menganalisis  hasil  XRD  secara  kualitatif.  Analisis  morfologi sebruk hasil sintesa dan hasil hidriding dianalisis menggunakan  SEM  ( Scanning  Electron  Microscope )  FEI INSPECT  S50.  Kemudian  pengujian  DSC/TGA  ( Differential Scanning  Calorimetry  /  Thermo  Gravimetrik  Analysis) dilakukan  pada  serbuk  hasil  perlakuan  panas  untuk mengetahui pembentukan paduan intermetalik Mg 2 Ni.

## III. DATA DAN PEMBAHASAN
Serbuk  hasil mechanical  milling diuji  sebanyak  0,5  gram untuk  pengujian  difraksi  sinar.  Gambar  1  menunjukan  pola difraksi  sinar-x  paduan  35,  33,  31  dan  29  at%  hasil mechanical  milling. Belum  ada  perubahan  fasa  yang  terjadi selama  proses reactive  ball  milling .  Pengamatan  terhadap perilaku  puncak  Mg(OH) 2 dimana  Mg(OH) 2 menghambat untuk terbentuknya paduan intermetalik Mg 2 Ni.
Gambar.  1.  Pola  difraksi  serbuk  komposisi  29,  31,  33  dan  35  at% setelah dilakukan proses mechanical milling
Tabel  1  menunjukan  ukuran  kristal  serbuk  pada  masing- masing komposisi paduan setelah proses reactive ball milling. Hasil  pengukuran  ukuran  kristal  serbuk  ini  diperoleh  dengan menggunakan rumus Debye Scharrer sebagai berikut :

## ……………………………(1)
Pada  persamaan  1,  D  adalah  ukuran  kristal  (Å),  λ  adalah panjang  gelombang  yang  digunakan  dalam  uji  XRD  yaitu 1.54056  Å,  B  adalah  lebar  setengah  puncak  (FWHM)  dalam radian, dan θ adalah posisi sudut terbentuknya puncak.
Tabel 1.Analisis Data XRD Hasil Reactive Ball Milling Fasa 2 θ (°) FWHM D(Å) Milling 35 at% Ni Mg 36.675 0.237 743.2579 Ni 44.561 0.244 738.228 Milling 33 at% Ni Mg 36.701 0.182 1005.626 Ni 44.5872 0.253 709.5711 Milling 31 at% Ni Mg 36.702 0.25 700.8050 Ni 44.532 0.26 688.6522 Milling 29 at% Ni Mg 36.64 0.18 1018.834 Ni 44.5284 0.268 666.392
Proses mechanical  milling menghasilkan  reduksi  ukuran kristal  magnesium  dan  nikel.  Terlihat  pada  nilai  D  yang menurun seiring adanya proses mechanical milling .
Untuk  menganalisis  pengaruh  penambahan  nikel  terhadap perubahan  struktur  kristal,  maka  dilakukan  perhitungan terhadap  parameter  kisi  kristal  magnesium.  Perhitungan parameter  kisi  untuk  struktur  kristal  heksagonal  magnesium ini dapat dilakukan dengan persamaan berikut :
..…………..….................(2)
Dimana, d adalah  jarak  antar  bidang  kristal,  (hkl)  adalah index arah bidang kristal, dan (a dan c) adalah parameter kisi kristal. Nilai d diperoleh melalui hasil pengujian difraksi sinar- x, sedangkan nilai (hkl) didapat dari ICDD unsur magnesium.
Tabel 2.Analisis parameter kisi kristal magnesium pada paduan Mg 2-x Al x Ni (dalam Å)  setelah reactive ball milling Parameter Kisi 29 at% 31 at% 33 at% 35 at% a 3.20781 3.19781 3.19986 3.19628 c 5.20579 5.18911 5.20104 5.18092
Tabel  2  menunjukan  tidak  ada  perubahan  parameter  kisi kristal setelah mechanical milling. Ini mengindikasikan bahwa magnesium masih pada bentuk semula, tidak terjadi perubahan yang  signifikan  pada  proses mechanical  milling .  Serbuk  hasil mechanical milling dilanjutkan dengan proses perlakuan panas 385 ⁰ C selama 10 menit, 500 ⁰ C selama 1 jam, dan 600 ⁰ C tanpa adanya holding time.
Gambar.  2.    Pola  difraksi  serbuk  dengan  komposisi  penambahan nikel 35, 33, 31 dan 29 at% setelah dilakukan perlakuan panas 385 ⁰ C
Gambar  2  menujukan  pola  difraksi  sinar-x  setelah  proses perlakuan  panas pada  temperatur  385 ⁰ C.  Paduan  intermetalik Mg 2 Ni belum terbentuk sempurna. Terlihat pada hasil difraksi sinar-x  yang  masih  menyisakan  Mg(OH) 2 .  Pembentukan Mg 2 Ni ini juga diterhalang oleh Mg(OH) 2 .
Pengujian  hidriding  dilakukan  pada  sampel  hasil heat treatmet 385 ⁰ C untuk melihat pembentukan fasa metal hidrid. Pada  hasil  difraksi  sinar-x  tidak  terbentuk  fasa  metal  hidrid untuk  hasil  perlakuan  panas  385 ⁰ C  karena  adanya  Mg(OH) 2 yang menghambat proses penyerapan.
Gambar 3. Pola difraksi serbuk dengan komposisi penambahan nikel 35,  33,  31  dan  29  at%  setelah  dilakukan  hidriding  pada  sampel perlakuan panas 385 ⁰ C
Analisis  selanjutnya  adalah  proses  perlakuan  panas annealing pada  temperatur  600 ⁰ C.  Pada  hasil  difraksi  sinar-x terdapat puncak baru yang ditunjukan pada Gambar 4. Hal ini mengindikasikan  bahwa  energi  yang  diberikan  selama annealing 600 ⁰ C  memberikan  energi  yang  cukup  untuk pembentukan paduan intermetalik Mg 2 Ni. Hal ini bersesuaian dengan  penelitian  Ma  Nan-Gang  [5]  tentang  temperatur eksotermik  pembentukan  paduan  intermetalik  Mg 2 Ni  pada range temperature 510 ⁰ C.
Gambar 4. Pola difraksi serbuk dengan komposisi penambahan nikel 35,  33,  31  dan  29  at%  setelah  dilakukan annealing pada  sampel perlakuan panas 385 ⁰ C
Analisis selanjutnya adalah mengetahui proses penyerapan  hydrogen  dengan  temperature  300 ⁰ C  dalam atmosfer hydrogen  bertekanan 5 bar pada paduan Mg 2 Ni yang telah  terbentuk  dari  proses annealing. Pada  hasil  hidriding ditemukan  fasa  fasa  baru  yaitu  metal  hidrid  Mg 2 NiH 4 yang bersesuaian dengan ICDD 00-036-0916. Hasil ini bersesuaian dengan penelitian Liang G  bahwa Mg 2 Ni lebih baik menyerap hydrogen dibandingkan  dengan  paduan  intermetalik  lain  dari Mg-Ni [6].
Gambar  5  Pola  difraksi  sinar-x  untuk  keseluruhan  komposisi penambahan Ni setelah dihidriding (perlakuan panas 385)
Pada  Gambar  5  terlihat  terjadi  pembentukan  fasa  metal hydride  Mg 2 NiH 4 untuk  komposisi  penambahan  31  at%. Analisis  selanjutnya  dilakukan  pada  hasil  mikrografi  SEM. Hasil  pengamatan  SEM  setelah  proses mechanical  milling ditampilkan pada Gambar 1. Pada serbuk dengan penambahan nikel, ukuran magnesium hanya sedikit tereduksi menjadi rata- rata  200  µm.  Permukaan  magnesium  terlihat  lebih  kasar daripada  sebelumnya  akibat  adanya  partikel  nikel  yang menempel. Distribusi serbuk nikel disekitar serbuk magnesium  terlihat  berubah.  Hasil  pengamatan  SEM  ini bersesuaian  dengan  hasil  analisis  difraksi  sinar-x  yang dilakukan  sebelumnya.  Melalui  difraksi  sinar-x,  diketahui bahwa  serbuk  masih  terdiri  dari  unsur-unsur,  dalam  hal  ini adalah  magnesium  dan  nikel  yang  masih  berdiri  sendiri. Partikel  Magnesium  berbentuk spherical dan  partikel  nikel berbentuk seperti sponge .
Gambar.  6.    Mikrografi  SEM setelah  proses mechanical  milling a)
x=29, b) x=31, (c) x=33, (d) x=35
b a c d
Untuk hasil SEM setelah pengujian perlakuan panas 385 ⁰ C menunjukan  hasil  yang  serupa.  Partikel  magnesium  dan  nikel terlihat  masih  berdiri  sendiri  dan  masih  dapat  dibedakan  tiap tiap partikelnya.
Gambar. 7.  Mikrografi SEM setelah proses perlakuan panas 385 ⁰ C a) x=35, b) x=33, (c) x=31, (d) x=29
Untuk  hasil  SEM  setelah annealing dapat  dilihat  pada Gambar 8. Terlihat pada Gambar 8, Mg dan Ni sudah terlihat menyatu. Nikel yang awalnya terlihat hanya menempel sudah terlihat  seperti  meleleh  berikatan  dengan  permukaan magnesium.  Terjadi  peristiwa  cold  weld  antara  partikel  nikel dengan  partikel  magnesium  sehingga  morfologi  akhir  setelah proses annealing terlihat  partikel  sudah  berbentuk  beragam dan berongga pada permukaan.
Gambar  8  Mikrografi  SEM  perbesaran  (a)150x  dan  (b)600x  setelah proses annealing 600 ⁰ C.
Terlihat  pada  Gambar  8  bahwa  magnesium  dan  nikel  sudah mengalami  proses cold  weld dimana  partikel  nikel  meleleh dan  akhirnya  menempel  dengan  permukaan  magnesium. Partikel magnesium tertutupi oleh partikel nikel yang meleleh akibat annealing 600 ⁰ C.  Hal  ini  bersesuaian  dengan  hasil difraksi  sinar-x  pada  Gambar  4  dan  5  yang  mengindikasikan terbentuknya fasa intermetalik Mg 2 Ni dan MgNi 2
Gambar 9 Kurva DTG untuk seluruh komposisi penambahan Ni pada sampel 385 ⁰ C Grafik  DTA  ( Derivative  Thermo  Gravimetric )  yang merupakan  penurunan  pertama  terhadap  kurva  TGA menunjukan  perilaku  pelepasan  H 2 O  pada  range  temperature 333.33  oleh  masing-masing  paduan  ditunjukan  oleh  Gambar 13.  Terlihat  pada  kurva  bawah  terjadi  ketidakstabilan  fasa setelah  temperature  320 ⁰ C.  Hal  ini  mengarah  pada  reaksi endotermik.  Berdasarkan  Pfeiffer  Heriberto  magnesium hidroksida  (Mg(OH) 2 )  akan  mengalami  proses  hydroxilation pada  temperatur  300°C-400°C  pada  tekanan  atmosfir.  Dalam Penelitiannya, Heriberto mengatakan bahwa pada temperature 333.33 ⁰ C  terjadi  reaksi  endotermik  dalam  hal  ini  penyerapan panas dan lepasnya H 2 O (v) pada tekanan atmosfer [4]. Semakin tinggi  tekanan  yang  diberikan  maka  temperature  yang dibutuhkan  juga  semakin  tinggi  sesuai  penelitian  beliau. Sedangkan ketidakstabilan fasa juga terlihat pada temperature berkisar 520 ⁰ C yang mengarah pada reaksi eksotermik. Hal ini diperkuat  oleh  Ma  Nan-Gang  bahwa  reaksi  eksotermik  untuk bertranformasinya  Mg,  Ni  menjadi  Mg 2 Ni  berkisar  pada temperature 510 ⁰ C. [5]

## IV. KESIMPULAN
Hasil  penelitian  sintesa  paduan  dengan  variasi  penambahan nikel  35,  33,  31  dan  29  at%    dengan  metode mechanical milling dan perlakuan panas yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan, yaitu:
1. Sintesa mechanical milling pada lingkungan argon (Ar) 3  bar  antara  serbuk  magnesium  dan  nikel  dengan komposisi penambahan nikel 29, 31, 33 dan 35 at% Ni belum  menghasilkan  hasil  yang  maksimal  untuk pembentukan paduan intermetalik Mg 2 Ni,
2. Sintesa mechanical  milling yang  dilanjutkan  dengan perlakuan  panas pada  temperature  385 ⁰ C  belum menghasilkan transformasi fasa Mg 2 Ni.
3. Sintesa  perlakuan  panas 385 ⁰ C  dilanjutkan  dengan annealing temperature 600 ⁰ C menghasilkan pembentukan paduan intermetalik Mg 2 Ni pada keseluruhan variasi penambahan nikel.
4. Proses  hidriding  mampu  menghasilkan  pembentukan fasa metal hidrid pada komposisi 31 at%.
b a c d a b

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B.  Sakintuna,  “ Metal  Hydride  Materials  for  Solid  Hydrogen  Storage ”, International Journal of Hydrogen Energi 32 (2007) 1121-1140.
[2] R.  Stanford  et  al,  ” Modified  Magnesium  Based  Hydrogen  Storage Alloys ”, U.S Patent Document (2001)
[3] N.V.  Mushnikov,  “ Kinetics  of  Interaction  of  Mg-Based  Mechanically Activated Alloys with Hydrogen ”, Phys. Met. Metal 102 (2006) 421–31
[4] Pfeiffer Heriberto, “ Thermal Analysis  of the Mg(OH) 2 dehydroxidation Process  at  High  Temperature”,  Thermochimica  Acta 525  (2011)  180- 182
[5] Ma  Nan-Gang,  “ Formation  of  Mg 2 Ni  nanofibres  in  a  Mg-Based  metal matrix composite ”. Phylosophical Magazine vol 84 (2004) 3771-3784 [6] G. Liang et al, “ Nanocrystalline Metal Hydrides ”. Journal of Alloys and
Compounds (1997) 253-254 :70-79