Abstrak—Saat ini, penggunaan fuel cell semakin meningkat dari tahun  ketahun,  hal  tersebut  terjadi  karena  fuel  cell  memiliki efisiensi  tinggi,  dan  ramah  terhadap  lingkungan.  Akan  tetapi terdapat  permasalahan  terkait  kinerja  fuel  cell,  dan  biaya pembuatan  yang  relatif  mahal,  oleh  karena  itu  dilakukan pengembangan  pada  Membrane  Electrode  Assembly  (MEA) yang  merupakan  bagian  paling  vital  dan  mahal  pad  PEMFC, untuk  dapat  meningkatkan  pemanfaatan  Pt  dan  luas permukaan  elektrokimia  aktif.  Tujuan  penelitian  ini  adalah untuk  menganalisis  variasi  rasio  berat  nafion  dengan  karbon penyangga (N/C) yaitu 0,45, 0,6, dan 0,75  pada lapisan katalis MEA  terhadap  morfologi  dan  performa  PEMFC.  Metode deposisi yang digunakan pada penelitian ini adalah doctor blade method.  Berdasarkan  hasil  pengujian  SEM  sampel  lapisan katalis  dengan  rasio  berat  N/C  0,6  terbentuk  agregat  nafion pada katalis Pt-C dan nafion membentuk ikatan yang seragam dan  terhubung,  pada  pengujian  cyclic  voltammetry  didapat nilai  electrochemical  surface  area  sebesar  37  m 2 /g.  Dan  hasil pengujian  EIS,  dengan  nilai  Rct  terendah  yaitu  sebesar  91,59 Ω.cm 2 ,  serta  mendapatkan  nilai  power  density  tertinggi  pada pengujian polarisasi yaitu sebesar 6,75 mW.cm -2 .
Kata Kunci—Doctor Blade Method, Fuel cell, Katalis Pt-C, MEA, Rasio N/C.

## I. PENDAHULUAN
ENINGKATNYA  kebutuhan  energi  listrik  yang semakin  meningkat,  membuat  kebutuhan  akan  bahan baku fossil juga semakin meningkat, sedangkan bahan baku fossil semakin berkurang dari tahun ke tahun. Menurut EIA (Energy Information Association) konsumsi listrik dari fossil pada  tahun  2020 yaitu  sebesar  54,133  Trillion  BTU.  Untuk mengatasi  permintaan  akan  energi  listrik  yang  tinggi sedangkan  sumber  bahan  baku  semakin  berkurang  yaitu menggunakan energi terbarukan, salah satunya yaitu fuel cell , dimana  bahan  baku  yang  diperlukan  hanya  berupa  gas hidrogen yang dihasilkan melalui proses elektrolisis air.
Tingkat  penggunaan fuel  cell khususnya  dalam  bidang transportasi  mengalami  peningkatan,  berdasarkan  analisis yang  dilakukan  perusahaan  marketing  analysis,  diprediksi pada  tahun  2028  penggunaan fuel  cell mengalami peningkatan sebesar 932,6 ribu unit dengan laju pertumbuhan majemuk  tahunan  sebesar  69,7%,  akan  tetapi  material platinum  yang  digunakan  sebagai  katalis  sangat  langkah sehingga membuat harga fuel cell relatif tinggi dibandingkan mesin konvensional. Untuk meningkatkan performa fuel cell tanpa harus meningkatkan pemuatan Pt dalam lapisan katalis, beberapa  penelitian  sebelumnya  menjelaskan  bahwa peningkatan  performa fuel  cell dapat  dilakukan  dengan
mengoptimalkan  pemanfaatan  Pt  dan  struktur  pada  lapisan katalis  atau  bahkan  mengurangi  pemuatan  Pt  untuk mengurangi biaya produksi.
Proton  Exchange  Membrane  Fuel  cell merupakan perangkat elektrokimia yang mengubah gas reaktan melalui reaksi elektrokimia menjadi energi listrik dan panas dengan efisiensi  yang  tinggi  [1].  Komponen  penyusun  PEMFC meliputi,  pelat  akhir,  pelat  isolator  listrik,  pengumpul  arus anoda,  gasket,  GDL  anoda,  MEA  [2].  Kunci  utama  untuk meningkatkan performa sebuah PEMFC yaitu terdapat pada membrane electrode assembly (MEA) fuel cell . MEA terdiri dari  elektroda  anoda,  membran  elektrolit,  dan  elektroda katoda dimana reaksi elektrokimia terjadi [3]. Elektroda pada MEA  disusun  dari  beberapa  komponen  yaitu gas  diffusion layer ( carbon paper), microporous layer dan lapisan katalis. Lapisan katalis berdasarkan jenis pengikat partikel katalis dan karbon  dibedakan  menjadi  dua  yaitu  pengikat  dengan  sifat hidrofobik ( Polytetrafluoro Ethylene) dan hidrofilik ( perfluorosulfonate acid/Nafion ). The Perfluorosulfonic Acid (PFSA)  Polymer banyak  digunakan  sebagai binder dan ionomer dikarenakan memiliki sifat konduktivitas proton dan kestabilan  kimia  yang  tinggi  sehingga  dapat  membantu peningkatan  performa PEMFC. Polimer  PFSA  terdiri  dari rantai  utama  poli-  (tetrafluoroetilen)  (PTFE)  yang  bersifat hidrofobik dan rantai samping hidrofilik yang diakhiri dengan gugus  asam  sulfonat,  struktur  PFSA  diilustrasikan  pada Gambar 1 [5]. Tulang punggung PTFE memberikan kekuatan mekanis dengan terlibat dalam pembentukan struktur kristal, sedangkan gugus asam sulfonat rantai samping memfasilitasi transpor  proton  dengan  terlibat  dalam  pembentukan  jalur transpor ion [4] . Lapisan katalis pada Proton Exchange Membrane Fuel cell (PEMFC) membentuk  struktur  berpori  yang  terdiri  dari nanopartikel  platinum  yang  didukung  nanomaterial  carbon, dan  lapisan  ionomer  tipis  yang  melapisi  nanopartikel platinum  dan  karbon.  Terdapat  tiga  macam  spesi  yang berpartisipasi  dalam  reaksi  elektrokimia  yaitu  gas  reaktan, elektron  dan  proton,  sehingga  reaksi  tersebut  dapat berlangsung. Elektron berdifusi melalui padatan penghantar listrik  yaitu  kertas  karbon  dan  karbon  penyangga  katalis menuju katalis Pt, sedangkan untuk proton berdifusi menuju katalis  Pt  melalui  lapisan  nafion  yang  terbentuk  diantara partikel  Pt  dan  karbon.  Sedangkan  gas  reaktan  berdifusi menuju  katalis  Pt  melewati  pori  –  pori  yang  terbentuk diantara  agregat  katalis  Pt/C  dengan  nafion  ionomer. Aktivitas  difusi  gas,elektron  dan  proton  dapat  dilihat  pada

## Analisis Pengaruh Variasi Rasio Berat Nafion/Karbon pada Lapisan Katalis Membrane Electrode Assembly terhadap Performa Elektrokimia PEM Fuel Cell (PEMFC)
Muhamad Akbar Wicaksono, Lukman Noerochim, dan Agung Purniawan Departemen Teknik Material dan Metalurgi , Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail: lukmanits@gmail.com
M
Gambar 1 yang merupakan gambar skematik struktur lapisan katalis [6].
Struktur, ukuran dan distribusi sebaran pori dalam lapisan katalis perlu diperhatikan untuk menghasilkan aliran air, gas reaktan, proton dan elektron yang efektif sehingga membantu meningkatkan  performa fuel  cell [7] . Nafion  ( PFSA) memfasilitasi  pengangkutan  proton  yang  diperlukan  untuk reaksi  ORR,  Nafion juga  memfasilitasi  akses  gas  reaktan menuju  lokasi  katalis  dan  pengangkutan  air  keluar  dari tempat  terjadinya  reaksi  elektrokimia.  Tegangan  dan kepadatan daya rendah yang diamati dalam kurva polarisasi sel bahan bakar dalam kepadatan arus yang rendah dan tinggi sering  kali  disebabkan  oleh  keterbatasan  dalam  kinetika elektrokimia  dan  transportasi  massa  yang  buruk  di  dalam lapisan  katalis.  Demikian  juga,  kehilangan  ohmik  yang
diamati  dalam  densitas  arus  sedang,  biasanya  dikaitkan dengan  resistansi  proton  membran,  dan  dapat  juga disebabkan oleh konduktivitas proton yang buruk dari Nafion ionomer  dalam  lapisan  katalis.  Semua  kehilangan  ini  dapat diperburuk atau dikurangi dengan sifat dan distribusi nafion ionomer. Distribusi nafion ionomer yang tidak merata sangat mungkin terjadi pada lapisan katalis sehingga mempengaruhi pengangkutan gas reaktan, air dan proton.
Penelitian pengaruh rasio berat nafion/ karbon pada lapisan katalis MEA terhadap performa elektrokimia PEM Fuel cell ini  memiliki beberapa  referensi dari penelitian  sebelumnya. Penelitian  sebelumnya  memiliki  beberapa  kesamaan diantaranya  parameter  penelitian,  metode  penelitian  dan material yang digunakan. Seperti yang dilakukan oleh Alink Robert, dkk yaitu studi parametrik lengkap dilakukan untuk mengetahui  pengaruh  kandugan  ionomer,  pemuatan  katalis, dan jenis katalis terhadap transport oksigen dan proton pada lapisan  katalis  sel  PEMFC  [8].  Pada  penelitian  tersebut menunjukkan perbedaan pada kepadatan arus yang dihasilkan dengan jumlah kandungan nafion yang berbeda. Sebelumnya pada tahun 2018 penelitian dilakukan oleh Lee, dkk dengan melakukan  pembuatan  lapisan  katalis  dengan  variasi nafion/karbon    yang  berbeda  dan  penambahan  pelarut organik,  hasil  penelitian  tersebut  menunjukkan  bahwa pengaruh jumlah nafion mempengaruhi performa elektrokimia  yang  dihasilkan  dan  penambahan  pelarut organik  juga  mempengaruhi  struktur  lapisan  katalis  yang dihasilkan sehingga mempengaruhi performa elektrokimianya,  dimana  tinta  katalis  dengan  pelarut  air memiliki  nilai  ECSA,  dan  kepadatan  arus  paling  tinggi dibandingkan sampel lain [9]. Pada tahun sebelumnya yaitu pada tahun 2012 penelitian yang dilakukan Young Jung, dkk
Gambar 1. Transpor proton, elektrom dan gas  reaktan pada elektroda PEMFC.
Gambar 2. Hasil deposisi tinta katalis pada substrat teflon.
Gambar 3. MEA katalis Pt-C.
Gambar 4. Single Cell Fuel Cell .
Gambar 5. Hasil pengujian SEM rasio N/C 0,45 dengan perbesaran (a) 10.000x  (b) 50.000x.
Gambar 6. Hasil pengujian SEM rasio N/C 0,6 dengan perbesaran (c) 10.000x  (d) 50.000x.
Gambar 7. Hasil pengujian SEM rasio 0,75 dengan perbesaran (e) 10.000x  (f) 50.000x.
memiliki  kesamaan  dengan  penelitian  lee,  dimana  lapisan katalis dengan rasio N/C 0.5 dan rasio pelarut dengan karbon 12  memiliki  hasil  ECSA  terbaik  dan  pemanfaatn  Pt  yang tinggi  [10].  Selanjutnya  penelitian  yang  dilakukan  oleh Yudianti,dkk  pada  tahun  2013  melakukan  pembuatan  GDL dengan  variasi  rasio  N/C    dan  pemuatan  Pt  yang  berbeda untuk  setiap  sampel  [7].  Yudianti  mengamati  morfologi struktur lapisan katalis yang terbentuk dengan bertambahnya jumlah  nafion  dan  pemuatan  Pt.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  penambahan  nafion  ionomer  dapat meningkatkan  ukuran  agregat  yang  terbentuk,  sehingga ukuran mikropori yang terbentuk juga meningkat. Sedangkan pemuatan Pt tidak selalu berbanding lurus dengan hasil ECSA
dan Pt aktif yang tinggi, terdapat batas optimal pemuatan Pt untuk menghasilkan kinerja elektrokatalis yang tinggi.

## II. METODOLOGI
Dalam  ulasan  ini  dibahas  pengaruh  penambahan  jumlah nafion  pada  lapisan  katalis membrane  electrode  assembly terhadap performa elektrokimia PEMFC.

## A. Material
Adapun material yang diulas pada penelitian ini yaitu tinta katalis yang terdiri dari katalis Pt-C, larutan Nafion 1100 EW, dan  beberapa  larutan  pelarut  yaitu isopropyl alcohol  (IPA), Deionized  Water  , dan Ethylene  Glycol, sedangkan  material MEA lainnya yaitu membran Nafion 115, dan carbon paper Avcarb (GDS1120).
B. Tahapan Penelitian
Adapun  beberapa  tahapan  proses  yang  dilakukan  untuk mengetahui pengaruh rasio nafion/karbon terhadap performa elektrokimia  lapisan  katalis single  cell  fuel  cell yaitu, pembuatan  tinta  katalis  dengan  melakukan  pencampuran katalis  Pt-C,  Nafion  dan  pelarut  menggunakan ultrasonic bath selama  60  menit.  Selanjutnya  tahapan  deposisi  tinta katalis  menggunakan coater  blade pada  permukaan  kertas teflon, setelah itu dilakukan pengeringan. Tahap selanjutnya dilakukan transfer lapisan katalis menuju membran elektrolit menggunakan metode decal transfer dengan menggunakan mesin hot press sebagai alat transfer lapisan katalis. Setelah
Gambar  8. Cyclic  Voltamogramm MEA  N/C  0.45,  N/C  0.6 dan  N/C
0.75.
Gambar 9. Diagram Nilai ECSA MEA N/C 0.45, N/C 0.6, dan N/C 0.75.
Gambar 10. Nyquist Plot lapisan katalis dengan variasi rasio berat N/C.
Gambar 11. Kurva I-V elektroda katoda dengan variasi rasio berat N/C.
Gambar 12. Kurva Power Densty untuk sampel N/C :0,45; 0,6; 0,75.
lapisan  katalis  tertransfer  sempurna  penyusunan  MEA dilakukan  dengan  penambahan  GDL  setiap  masing-masing sisi. Tahapan terakhir penyusunan MEA single cell fuel cell dengan komponen bipolar plate, current collector, dan end plate menjadi single cell fuel cell.

## C. Variabel Pembahasan
Variabel  pembahasan  ditentukan  berdasarkan  rasio  berat nafion/karbon terhadap morfologi dan performa elektrokimia lapisan katalis. Variabel rasio berat yang digunakan yaitu N/C 0,45, N/C 0,6, dan N/C  0,75. Morfologi permukaan lapisan katalis  didapatkan  dari  hasil  pengujian Scanning  Electron Microscope, sedangkan  performa  elektrokimia  didapatkan dari  hasil  pengujian Cyclic  Voltametry,  Electrochemical Impedance Spectroscopy, dan DC Electronic Load.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Ulasan  ini  membahas  hasil  pengujian Scanning  Electron Microscope untuk mengetahui morfologi lapisan katalis, dan pengujian Electrochemical Impedance Spectroscopy, Cyclic Voltametry dan DC  Electronic  Load untuk  mengetahui performa elektrokimia fuel cell.

## A. Deposisi Lapisan Katalis Pt-C dan Fabrikasi MEA PEMFC
Berdasarkan pengamatan secara visual hasil deposisi tinta katalis  Pt-C  menggunakan coater  blade pada  substrat menunjukkan  lapisan  katalis  dengan  ketebalan  permukaan yang rata  seperti yang ditunjukkan  pada Gambar  2. Setelah itu  dilakukan  penyusunan  MEA  menggunakan hot  press dengan tekanan 6 mPa dan temperatur 120 °C.
Berdasarkan  hasil  MEA  setelah  dilakukan  pengepresan menggunakan hot press, lapisan katalis tertransfer sempurna ke membran elektrolit seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. dan siap dilakukan penyusunan single cell fuel cell seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

## B. Pengujian SEM Permukaan Lapisan Katalis Pt-C
Pengujian  SEM  dilakukan  untuk  mengetahui  morfologi permukaan  lapisan  katalis  Pt-C  akibat  variasi  rasio  berat nafion/karbon dengan beberapa kali perbesaran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5, 6 dan 7.
Berdasarkan  gambar  hasil  pengujian  SEM  dilakukan perhitungan  ukuran  aglomerat  dan  persentase  pori  yang terbentuk  setiap  sampel  MEA  menggunakan  software imageJ,  hasil  perhitungan  ukuran  aglomerat  dan  persentase pori dapat dilihat pada Tabel 1.
Berdasarkan  hasil  perhitungan  ukuran  aglomerat  sampel MEA  dengan  rasio  N/C  0,45,  N/C  0,6  dan  N/C  0,75 menunjukkan  kenaikan  ukuran  aglomerat  yang  terbentuk sesuai  dengan  penelitian  yang  dilakukan  Holia,  dkk  yaitu terbentuknya agregat yang semakin besar ketika bertambahnya  jumlah  nafion,  hal  itu  terjadi  dikarenakan nafion  membentuk  lapisan  tipis  pada  permukaan  katalis akibat  interaksi  molekular  antara  nafion  ionomer  dengan pelarut  pada  kondisi  koloid  yang  akan  membentuk strukturmikro berupa agregat katalis [7]
Sedangkan  persentase  pori  yang  terbentuk  berdasarkan perhitungan  menggunakan  software  imageJ  mengalami penurunan  nilai  persentase  dengan  bertambahnya  jumlah nafion dalam lapisan katalis sesuai dengan penelitian yang
dilakukan  oleh  Lee,  dkk  yaitu  lapisan  katalis  dengan penambahan  nafion  ionomer  sebesar  35%  memiliki  hasil performa  yang  lebih  rendah  dibandingkan  penambahan nafion  dibawah  35  %,  hal  tersebut  terjadi  karena  lapisan nafion menutup jalur mass transport (pori) [11].

## C. Pengujian Cyclic Voltametry
Pengujian  CV  pada  penelitian  ini  bertujuan  untuk mengetahui  area  elektrokimia  aktif  dan Pt  utilization pada lapisan  katalis  elektroda  katoda,  yang  didapatkan  dari perhitungan  daerah  hydrogen  adsorption  pada cyclic voltammogram seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Berdasarkan  perhitungan nilai  ECSA  pada  penelitian  ini mengalami peningkatan dari lapisan katalis N/C 0,45 sebesar 35,04  m 2 /g  kemudian  dilajutkan  dengan  lapisan  katalis dengan  N/C  0,6  sebesar  37  m 2 /g  selanjutntya  mengalami penurunan  drastis  pada  rasio  N/C  0,75  yaitu  sebesar  29,34 m 2 /g,  seperti  yang  ditunjukkan  pada  diagram  Gambar  9. Kejadian  ini  memiliki  kesamaan  dengan  penelitian  yang dilakukan  Kim  pada  tahun  2009  yaitu  mengalami  kenaikan nilai ECSA dan penurunan drastis setelah penambahan 35 wt. %  nafion.  Hal  yang  sama  juga  terjadi  pada  penelitian  yang dilakukan Robert, dkk pada tahun 2020 dimana nilai ECSA meningkatkan  dengan  bertambahnya  rasio  N/C  dari  0,29; 0,56 dan terakhir 0,71, setelah itu mengalami penurunan nilai ECSA [8]. Perilaku ini dapat dijelaskan oleh resistansi ionik di dalam lapisan katalis, ketika resistansi ionik lapisan katalis mengalami kenaikan signifikan dan disertai dengan distribusi nafion  yang  terbentuk  buruk,  keseluruhan  antarmuka katalis/ionomer (ECSA), tidak dapat sepenuhnya digunakan sebagai  situs  elektrokimia  aktif.  Hal  ini  dikarenakan  gas reaktan  seperti  O 2 dan  ion  H + terhambat  untuk  mengakses situs  reaktif  [12].  Hal tersebut  kompatibel  dengan  hasil pengujian  SEM,  dimana  lapisan  katalis  dengan  rasio  N/C 0,75  memiliki  ukuran  aglomerat  lebih  besar  dibandingkan rasio  N/C  0,6,  dan  berakibat  pada  persentase  pori  yang
Tabel 1. Perbandingan nilai ukuran aglomerat dan presentase pori spesimen
MEA Spesimen Ukuran Aglomerat (nm) Presentase Pori (%) MEA N/C 0,45 79,3 37,87 MEA N/C 0,6 85,78 27,06 MEA N/C 0,75 91,87 19,9 Tabel 2. Perbandingan nilai ECSA dan Pt Utilization MEA N/C 0,45 N/C 0,6 N/C 0,75 ECSA (m 2 /g) 35,04 37 29,39 Pt Utilization 75,17% 80,4% 63,04% Tabel 3.
Perbandingan nilai R ohm dan Rct MEA dengan N/C 0,45, N/C 0,6,
N/C 0,75 Variasi Rasio Berat Naion/Carbon Support Catalyst Ohmic Resistance (R Ω ) Ω  cm 2
Charge Transfer Resistance (Rct) Ω . cm 2 0,45 10,4 95,55 0,6 8,9 91,59 0,75 8,2 103,6
terbentuk lebih sedikit, sehingga menghambat mass transport dan konduksi proton pada lapisan katalis.
Lapisan  katalis  dengan  rasio  berat  N/C  0,6  merupakan rasio  yang  optimal  pada  penlitian  ini  dibandingkan  sampel lainnya,  hal  itu  terjadi  karena  distribusi    nafion  dapat mencakup  semua  katalis  dan  agglomerat  yang  saling terhubung,  sehingga  dapat  meningkatkan    konduktivitas proton pada lapisan katalis, dan menghasilkan electrochemical surface area dan Pt utilization yang tinggi [13].
Platinum  Utilization dapat  dihitung  dengan  nilai  ECSA, hasil  nilai  Pt  utilization  dapat  dilihat  pada  Tabel  2,  dimana MEA dengan N/C 0,6 memiliki nilai tertinggi.

## D. Pengujian Electrochemical Impedance Spectroscopy
Pengujian  EIS  pada  penelitian  ini  dilakukan  untuk mengetahui resistance yang terjadi pada MEA dengan variasi rasio  nafion  dengan  karbon  pada  lapisan  katalis, resistance yang  terjadi  meliputi ohmic  resistance (R Ω )  dan charge transfer  resistance  (Rct) ,  pengujian  dilakukan  pada  rentang frekuensi  1  MHz  –  100  mHz.  Berdasarkan  pengujian  EIS dihasilkan kurva Nyquist plot seperti yang ditunjukkan pada Gambar  10,  pada  kurva  nyquist  plot  terbentuk  perbedaan ukuran semicircle,  lapisan katalis  dengan N/C  0,6 memiliki semicircle paling kecil diantara sampel lainnya yang artinya memiliki nilai charge transfer resistance (Rct) yang rendah. Untuk  mengetahui  nilai  Rct  dilakukan  fitting  pada  kurva nyquist plot dengan ECM didapat hasil sebesar 91,59 Ω.cm 2 , sedangkan untuk lapisan katalis dengan N/C 0,75 mengalami kenaikan  Rct  secara  signifikan  yaitu  sebesar  103,6  Ω.cm 2 , hal tersebut memiliki kesamaan dengan penelitian yang  telah dilakukan  oleh  Yeong,dkk  pada  tahun  2013  yaitu  kenaikan nilai  Rct  dengan  bertambahnya  jumlah  nafion,  hal  tersebut terjadi karena pemuatan nafion pada permukaan katalis Pt-C terlalu  tinggi  sehingga  membentuk  agregat  dan  aglomerat yang  cukup  besar  sehingga  menghambat  laju  O 2 berdifusi menuju  permukaan  katalis  Pt,  serta  dapat  membuat  isolasi listrik  dikarenakan  sifat  nafion  yang  merupakan  material insulasi [12].
Akan tetapi lapisan katalis dengan kandungan nafion yang lebih rendah atau dengan N/C 0,45 memiliki nilai Rct lebih tinggi  dibandingkan  dengan  lapisan  katalis  N/C  0,6,  yaitu sebesar 95.55 Ω.cm 2 , nilai Rct yang lebih besar pada lapisan MEA  dengan  kandungan  Nafion  yang  lebih  rendah  juga terjadi pada penelitian Yeong, dkk, kejadian ini terjadi karena jumlah nafion pada lapisan katalis dengan jumlah nafion yang lebih rendah atau lapisan MEA N/C 0,45 pada penelitian ini, tidak  mencukupi  untuk  dapat  memberikan  akses  konduksi proton yang baik sehingga membuat difusi proton  ke partikel Pt  terhambat    di  dalam  lapisan  katalis  yang  berakibat  nilai charge transfer resistance meningkat [14]
Dari data pengujian EIS yang didapat pada penelitian ini yang  ditunjukkan  pada  tabel  3  menunjukkan  bahwa  lapisan katalis  pada  MEA  dengan  rasio  N/C  0,6  memiliki  hasil charge transfer resistance paling kecil didukung dengan nilai ECSA yang paling tinggi yang didapat pada pengujian CV. Sedangkan  nilai ohmic  resistance pada  penelitian  ini menunjukkan variasi hasil dalam kisaran sempit, hal tersebut dipengaruhi oleh proses fabrikasi, beban platinum katalis dan kondisi  percobaan  untuk  setiap  MEA  hampir  sama  dalam semua  percobaan,  sehingga  nilai  Rohm  dapat  dianggap konstan untuk semua MEA

## E. Pengujian DC Electronic Load
Pengujian DC-  Electronic  Load pada  penelitian  ini bertujuan untuk mendapatkan kurva I-V dimana pada kurva tersebut  menggambarkan  tiga  daerah  kehilangan  voltase, variasi pemuatan nafion  mempengaruhi daerah aktivasi dan konsentrasi  pada  kurva  I-V  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 11.
Berdasarkan kurva  polarisasi  lapisan  katalis  dengan  N/C 0,45 menunjukkan gap yang menunjukkan kerugian ohmik, faktor yang memungkinkan mempengaruhi kejadian tersebut yaitu kandungan ionomer yang tidak dapat mencakup semua katalis, shingga membuat konduktivitas proton yang rendah. Sedangkan  lapisan  katalis  dengan  rasio  N/C  0,75  memiliki potensial yang tinggi pada kerapatan arus rendah, hal tersebut memiliki  kesamaan  dengan  penelitian  yang  telah  dilakukan oleh  Yeong  pada  tahun  2012  yaitu  dengan  bertambahnya nafion  menghasilkan  potensial  yang  tinggi  pada  kerapatan arus rendah. Akan tetapi lapisan katalis dengan N/C 0,75 pada kerapatan  arus  tinggi  (20  mA.cm -2 )  menghasilkan  potensial yang  rendah  bahkan  lebih  rendah  dibandingkan  dengan lapisan  katalis  dengan  NC  0,45.  Dari  hasil  kurva  polarisasi tersebut, menyatakan bahwa dengan kandungan ionomer atau rasio N/C yang tinggi menghasilkan kinerja yang lebih baik pada  kerapatan  arus  rendah  dikarenakan  kemampuannya untuk  membentuk  TPB,  tetapi  ketika  pada  kerapatan  arus tinggi,  potensial  yang  dihasilkan  mengalami  penurunan drastis  dikarenakan  interaksi  antara  H 2 O  dan  nafion  yang memiliki  sifat  hidrofilik  yang  menyebabkan  kemungkinan terjadinya water  flooding pada  struktur  lapisan  katalis, sehingga dapat menurunkan kemampuan mass transport atau menghambat difusi gas O 2 [12-15]
Dari  kurva  I-V  dapat  dihitung  power  density  dari  ketiga sampel,  seperti  yang  ditunjukkan  pada  Gambar 12.  MEA dengan rasio N/C: 0,6 memiliki power density terbesar yaitu 6.75  mW.cm -2 pada  kepadatan  arus  18.41  mA.cm -2 , sedangkan untuk MEA dengan rasio N/C 0,75 dan N/C 0,45 yaitu  sebesar  6.45  mW.cm -2 pada  kepadatan  arus  17.49 mA.cm -2 dan  6.22  mW.cm -2 pada  kepadatan  arus  17.75 mA.cm -2 . Dari pengujian single cell ini menunjukkan bahwa lapisan  katalis  dengan  N/C  0,6  merupakan  lapisan  katalis dengan penambahan nafion yang ideal didukung dengan data hasil pengujian elektrokimia lainya.

## IV. KESIMPULAN
Adapun  kesimpulan  yang  diperoleh  dalam  penelitian  ini yaitu  dengan  dengan  bertambanya  rasio  N/C  terbentuk aglomerat  dengan  diameter  yang  semakin  besar,  dan terbentuk  pori  dengan  nilai  persentase  yang  semakin  kecil. Sedangkan pengaruh penambahan rasio berat nafion/karbon dapat mempengaruhi nilai ECSA lapisan katalis, akan tetapi jika jumlah nafion dalam lapisan katalis terlalu tinggi dapat menurunkan  nilai  ECSA,  dan  Rct.  Sedangkan  penambahan nafion yang berlebih atau sedikit dapat mempengaruhi power density  yang  dihasilkan,  sehingga  pada  penelitian  ini  rasio berat nafion/karbon 0,6 memiliki performa elektrokimia yang ideal.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada PT. Pertamina yang telah membiayai penelitian yang bekerja sama dengan
Indonesia  dan  ITS  atas  riset  kerjasamanya  sehingga penelitian ini dapat terdanai, dan departemen Teknik Material dan  Metalurgi  atas  dukungan  penuh  terkait  penyedian Laboratorium Kimia Material, dan beberapa pihak yang telah membantu berjalannya penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  A.  Alaswad,  A.  Palumbo,  M.  Dassisti,  and  A.  G.  Olabi, Fuel  cell Technologies, Applications, and State of the Art. A Reference Guide. Elsevier Ltd., 2016.
[2]  Z. Zheng, R. Petrone, M.C. Péra, D. Hissel, M. Becherif, C. Pianese, N.  Yousfi  Steiner,  M.  Sorrentino,  "A  review  on  non-model  based diagnosis  methodologies  for  PEM  fuel  cell  stacks  and  systems," International  Journal  of  Hydrogen  Energy,  vol  38,  pp.  8914-8926, 2013, doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.04.007.
[3]  R.  R.  Rashapov,  J.  Unno,  and  J.  T.  Gostick,  “Characterization  of PEMFC gas diffusion layer porosity,” J. Electrochem. Soc. , vol. 162, no. 6, pp. F603–F612, 2015, doi: 10.1149/2.0921506jes.
[4]  S. H. Shin et al. , “Improving the mechanical durability of short-side- chain perfluorinated polymer electrolyte membranes by annealing and physical  reinforcement,” ACS  Omega ,  vol.  4,  no.  November,  pp. 19153–19163, 2019, doi: 10.1021/acsomega.9b02436.
[5]  S.  Litster  and  G.  McLean,  “PEM fuel  cell electrodes,” J.  Power Sources , vol. 130, no. 1–2, pp. 61–76, 2004, doi: 10.1016/j.jpowsour.2003.12.055.
[6]  Frano Barbir, PEM Fuel cells: Theory and Practice (2nd ed) . Elsevier Inc, 2005, doi: 10.1016/B978-012078142-3/50013-6.
[7]  H.  Onggo  and  A.  Syampurwadi,  “Pembuatan  gas  diffusion  electrode dengan teknik screen printing : pengaruh microporous layer terhadap strukturmikro  dan  kinerja  elektrokatalis  bahan  dan  alat,”  no.  April 2012, pp. 253–258, 2013.
[8]  R.  Alink et  al. ,  “Full  parametric  study  of  the  influence  of  ionomer content, catalyst loading and catalyst type on oxygen and ion transport in PEM fuel cell catalyst layers,” Molecules , vol. 25, no. 7, 2020, doi: 10.3390/molecules25071523.
[9]  M.  R.  Lee et  al. ,  “Effects  of  ionomer  carbon  ratio  and  ionomer dispersity on the performance and durability of meas,” Fuel cells , vol. 18, no. 2, pp. 129–136, 2018, doi: 10.1002/fuce.201700178.
[10]  C.  Y.  Jung,  W.  J.  Kim,  and  S.  C.  Yi,  “Optimization  of  catalyst  ink composition for the preparation of a membrane electrode assembly in a proton exchange membrane fuel cell using the decal transfer,” Int. J.
Hydrogen  Energy ,  vol.  37,  no.  23,  pp.  18446–18454,  2012,  doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.09.013.
[11]  K. H. Kim et al. , “The effects of Nafion® ionomer content in PEMFC MEAs  prepared  by  a  catalyst-coated  membrane  (CCM)  spraying method,” Int. J. Hydrogen Energy , vol. 35, no. 5, pp. 2119–2126, 2010, doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.11.058.
[12]  C.  Y.  Ahn,  J.  Y.  Cheon,  S.  H.  Joo,  and  J.  Kim,  “Effects  of  ionomer content on Pt catalyst/ordered mesoporous carbon support in polymer electrolyte membrane fuel cell s,” J. Power Sources , vol. 222, pp. 477– 482, 2013, doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.012.
[13]  R. Friedmann and T. Van Nguyen, “Optimization of the microstructure of  the  cathode  catalyst  layer  of  a  pemfc  for  two-phase  flow,” J. Electrochem.  Soc. ,  vol.  157,  no.  2,  p.  B260,  2010,  doi: 10.1149/1.3264628.
[14]  M.  S.-M.  Leandro  Gonzalez  Rodriguez,  Roberto  Campana  Prada, “Study of the influence of Nafion / C composition on electrochemical performance  of  PEM  single  cells  with  ultra-low  platinum  load,” Hydrog. Energy , no. xxxx, p. 12, 2020, doi:
10.1016/j.ijhydene.2020.03.114.
[15]  K. Wuttikid, N. Worayos, and K. Punyawudho, “Analysis of catalyst ink  compositions  for  fabricating  membrane  electrode  assemblies  in PEM fuel cell s,” Chiang Mai Univ. J. Nat. Sci. , vol. 16, no. 4, pp. 275– 281, 2017, doi: 10.12982/CMUJNS.2017.0022.