SEKILAS ELEKTRO

 PEMBAHASAN

1 Pengertian

Baterai ditemukan oleh  Alesandro Volta pada tahun 1800-an. Istilah baterai sendiri berasal dari bahasa Inggris dan dikemukakan pertama kali oleh Benjamin Franklin yaitu “battery” yang berarti “deretan”, namun di kehidupan sehari-hari baterai sering diartikan sebagai sebuah sel kering (a single dry cell).

Baterai adalah  kumpulan dari beberapa sel listrik yang digunakan untuk menyimpan energi kimia untuk selanjutnya diubah menjadi energi listrik. Sel listrik terdiri dari elektroda dan elektrolit, di mana elektroda positif adalah katoda dan elektroda negatif adalah anoda. Baterai menggunakan prinsip elektrokimia sebagai dasar dari kerja baterai untuk mengonversi energi kimia menjadi energi listrik. Di dalam baterai terjadi reaksi reduksi-oksidasi atau reaksi redoks yang merupakan reaksi inti dimana elektron bergerak dan menghasilkan emf (gaya gerak listrik).

Awalnya baterai banyak menggunakan elektrolit yang berupa cairan kimia dan menggunakan bahan gelas sebagai tempatnya. Sehingga, pada saat tersebut penggunaan baterai sangat terbatas dan rawan kerusakan. Namun, pada akhir abad ke sembilan belas penemuan baterai kering dengan elektrolit berbahan pasta menyebabkan penggunaan baterai menjadi lebih fleksibel dan praktis. Saat ini penggunaan baterai sangatlah luas, dari baterai kancing untuk arloji, baterai AA untuk senter, Lithium-Ion untuk handphone, hingga Aki untuk kendaraan bermotor.

2 Prinsip Kerja Baterai

Baterai terdiri dari dua bagian. Bagian pertama yaitu bagian positif yang terdiri dari kation dan katoda, dimana katoda (elektroda positif) sebagai tempat pergerakan kation(ion positif). Bagian kedua yaitu bagian negatif yang terdiri dari anion dan anoda, dimana anoda (elektroda negatif) sebagai tempat pergerakan anion(ion negatif). Baterai juga mempunyai elektrolit yang merupakan bahan kimia sebagai sumber energi. Baterai ada yang menggunakan dua jenis elektrolit dan juga ada yang menggunakan satu jenis elektrolit. Katoda dan Anoda sebagai kutub-kutub dari baterai tidak berhubungan secara langsung satu sama lain, melainkan dihubungkan oleh elektrolit. Di dalam baterai tersebut  terjadi reaksi redoks, di mana reaksi reduksi terjadi pada kation di katoda dan reaksi oksidasi terjadi pada anion di anoda. Dari reaksi inilah timbul pergerakan elektron yang menyebabkan adanya gaya-gerak listrik.

Perbedaan ggl antara katoda dan anoda disebut sebagai tegangan kutub. Tegangan kutub baterai pada kondisi rangkaian terbuka memiliki nilai yang sama dengan ggl dari baterai. Namun, tegangan kutub baterai pada kondisi rangkaian tertutup adalah lebih kecil dibandingkan pada kondisi rangkaian terbuka yang dikarenakan “hambatan dalam” dari baterai. Dimana besar hambatan dalam baterai dapat dirumuskan sebagai berikut :

    R_{i   =}     E  - V_t / I  

Keterangan:       R_i                  = hambatan dalam baterai (Ω)

                          E              = ggl (volt)

                          V_t            = tegangan kutub (volt)

                          I               = arus (amper)

Sedangkan daya yang dapat disuplai baterai merupakan hasil kali dari Kapasitas baterai dengan Tegangan kutub dari baterai tersebut. Contohnya bateri Lithium ion yang memiliki tegangan 3,6 volt dan kapasitas 2000 mAh memiliki daya 7,2 Wh.

Luas dan jarak antar elektroda dalam baterai mempengaruhi tahanan dalam baterai, sedangkan ggl baterai dipengaruhi oleh kuat-lemahnya elektrolit.

 3 Klasifikasi Baterai

Berdasar penggunaannya, baterai dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

a.       Baterai Primer

Adalah baterai yang hanya dapat digunakan sekali, setelah habis tidak dapat dicharge kembali. Baterai primer dapat langsung digunakan setelah diproduksi. Baterai primer memiliki densitas energi yang relatif lebih besar dari pada baterai sekunder namun hanya dirancang untuk peralatan-peralatan dengan konsumsi arus listrik yang rendah saja. 

Contoh baterai primer :

v  Baterai Alkalin

v  Baterai Seng Karbon

Berikut merupakan tabel spesifikasi baterai primer

Baterai	Tegangan (volt)	Energi Densitas (MJ/Kg)	Keterangan
Seng-karbon	1,5	0,13	tidak mahal
Alkalin	1,5	0,4-0,59	tidak mahal
Lithium	3	0,83-1,01	mahal
Seng-udara	1,35-1,65	1,59	biasa digunakan untuk alat pendengaran
Perak-oksida	1,55	0,47	sangat mahal

b.      Baterai Sekunder

Baterai sekunder merupakan baterai yang dapat digunakan kembali setelah habis. Baterai sekunder dapat diisi kembali dengan cara mengalirkan arus listrik (charge)  pada baterai tersebut. Dalam penggunan reaksi yang terjadi adalah reaksi redoks, dan dalam pengisian, reaksi yang terjadi adalah reaksi elektrolisa.

Contoh umum baterai sekunder adalah baterai Asam-timbal (Aki).  Karena ukurannya yang relatif besar, aki dapat mensuplai energi listrik yang cukup besar pula. Namun Aki hanya dapat digunakan  dalam posisi yang tetap karena aki tidak memiliki pelindung kusus dan memiliki ventilasi.

v  Contoh Baterai sekunder laiinnya yaitu Lithium-ion dan Nickel-cadmium

Berikut merupakan tabel spesifikasi baterai sekunder

Baterai	Tegangan (volt)	Energi Densitas (MJ/Kg)	Keterangan
Nikel-Kadmium	1,2	0,14	tidak mahal
Asam-Timbal	2,1	0,14	mahal
NiMH	1,2	0,36	tidak mahal
Nikel seng	1,6	0,36	mahal
Lithium-Ion	3,6	0,46	sangat mahal

Berdasarkan elektrolitnya baterai dapat dibagi menjadi:

a.       Baterai Kering

Baterai kering memiliki elektrolit berbentuk pasta yang agak padat dan sulit mengalami pergerakan sehingga dapat dioperasikan dalam berbagai posisi. Oleh karena itu baterai kering banyak digunakan untuk peralatan yang mudah dibawa-bawa. Meskipun memiliki nama baterai kering, baterai ini tetap memiliki kelembapan sebagai penghantar arus listrik.

Contoh Umum baterai kering adalah baterai seng karbon. Baterai seng karbon menggunakan seng sebagai anoda dan karbon sebagai katodanya. Contoh lain dari baterai kering yaitu baterai Alkalin dan baterai seng klorida.

b.      Baterai Basah

Baterai basah adalah baterai yang menggunakan elektrolit berbentuk cairan. Baterai basah banyak digunakan pada saat awal pengembangan baterai. Kini baterai basah kebanyakan hanya dibuat dan digunakan untuk kebutuhan laboratorium saja. Contohnya: Sel Leclanche, Sel Grove, Sel Bunsen, Sel Chromic acid, Sel Clark and Sel Weston

Tabel Ukuran Sel

Baterai	Kapasitas (m.Ah)	Tegangan (v)	Massa (gr)	Tinggi (mm)	Panjang (mm)	Lebar (mm)	Diameter (mm)
9V	625	9	45,6	48,5	26,5	17,5	kubus
N	1000	1,5	9	30,2	silinder	-	12
AA	1250	1,5	11,5	44,5	Silinder	-	10,5
AAA	2890	1,5	23	50,5	Silinder	-	14,5
C	8350	1,5	66,2	50	Silinder	-	26,2
D	20500	1,5	148	61,5	silinder		34,2

2.4 Contoh-contoh Baterai

·         Asam-Timbal

Pelat positif sel penyimpan asam-timbal adalah timbal-peroksida,PbO₂, dan pelat negatif adalah Pb murni (Lead = Pb = timbal). Asam sulfat encer, H₂SO₄ diguna­kan sebagai elektrolit. Jika sel mencatu arus ke beban atau mengosongkan, terjadi reaksi kimia yang membentuk timbal-sulfat, PbSO4, pada kedua pelat terbentuk air dalam elektrolit. Setelah sejumlah energi tertentu diambil dari sel, kedua pelat telah diubah menjadi bahan yang sama, dan sel tidak lagi menghasilkan ggl.

Untuk mengisi sel, arus dilakukan melalui sel dalam arah berlawanan. Hal ini membalik proses kimia dan membentuk kembali pelat positif timbal-peroksida dan pelat negatif timbal murni dan pada saat yang bersamaan mengembalikan elektrolit ke kondisi awalnya. Reaksi kimia dapat dinyatakan sebagai berikut:

PbO₂  +  Pb  +  2H₂SO₄                        ↔   PbSO₄  +  PbSO₄  +  2H₂O

·         Seng-Karbon

Yang paling banyak digunakan dan mungkin paling dikenal dari baterai kering ya­itu tipe Leclanche serba guna yang bisa dikenal sebagai baterai karbon-seng. Rancang­an dasar dari baterai ini sebagian besar tak berubah selama setengah abad lebih. Pembungkus tabung seng antibocor baterai Leclanche juga berfungsi sebagai elek­trode negatif. Di dalam tabung seng terdapat bahan penyerap atau agar-agar yang dijenuhkan dengan elektrolit yaitu seng klorida dan ammonium klorida. Elektrode positif adalah campuran dari mangan dioksida dan bubuk karbon yang mengeli­lingi batang karbon yang berfungsi sebagai pengumpul arus. Campuran berfungsi sebagai bahan berpolarisasi yang mencegah pembentukan gelembung hydrogen pada batang karbon selama pengosongan arus pada baterai.

Gambar  Pandangan tampak sebagian dari sel karbon-seng serbaguna.

Ggl yang dihasilkan oleh baterai ini berkisar antara 1,5 volt dengan reaksi kimia sebagai berikut:

Zn(s)+2NH₄⁺(aq)+2MnO₂(s) à Zn²⁺(aq)+Mn2O3(s)+2NH₃(aq)+H₂O(l)

·         Baterai Mercury

Baterai ini pertama diperkenalkan pada tahun 1940-an. Baterai ini banyak digunakan di bidang kesehatan.

Dengan reaksi kimia sebagai berikut: Zn+HgO(s)àZnO(s)+Hg(l)

·         Nikel-Kadmium

Dalam sel nikel-kadmium, bahan aktif terpenting dalam pelat positif adalah nikel hidroksida dan dalam pelat negatif adalah kadmium hidroksida. Elektrolit­nya adalah kalium hidroksida. Selama pengisian atau pengosongan praktis tidak ada perubahan berat-jenis elektrolit. Satu-satunya fungsi elektrolit adalah ber­peran sebagai konduktor untuk mengalihkan ion hidroksil (partikel bermuatan lis­trik) dari satu pelat ke pelat lainnya bergantung pada apakah sel itu sedang diisi atau dikosongkan.

Tegangan pengosongan rata-rata setiap sel dari baterai nikel-kadmium adalah 1,2 V. Tetapi tegangan setiap sel dapat mencapai 1,40 sampai 1,44 V jika sel tetap dijaga pada keadaan terisi penuh oleh alat pengisi. Sepuluh sel membentuk baterai 12 V yang biasanya diisi pada 14 V.

Baterai nikel-kadmium mempunyai karakteristik antara lain biaya pemelihara­annya rendah, umurnya panjang, dan andal pada kondisi kerja yang berat. Baterai ini dapat dibiarkan menganggur dalam waktu yang lama dalam setiap keadaan muatan tanpa menjadi aus. Ia tak akan beku sekalipun dalam kondisi kosong sama sekali. Sel tertutup dan baterai mempunyai harapan hidup lebih dari 300 sampai 500 kali pengisian dan pengosongan pada kondisi kerja normal. Harapan hidup sel-berlubang dalam kerja daur katanya lebih dari 2000 kali.

Dengan reaksi kimia:

2NiO(OH) + Cd + 2H₂O à 2NiO(OH)₂ + Cd(OH)₂

·         Lithium-Ion

Baterai ini memiliki tegangan yang besar dibandingkan baterai lainnya, yaitu berkisar 3,6v. Baterai Lithium-ion diproduksi dalam berbagai macam bentuk dan ukuran. Reaksi kimia dalam baterai yaitu:

LiCoO2  à  Li⁺  +  CoO₂

·         Baterai Lemon

Baterai lemon menggunakan seng sebagai anodanya dan kuningan tembaga sebagai katodanya. Baterai dengan sebuah lemon dapat menghasilkan tegangan hingga 0.84 volt.

2.5 Kelebihan dan Kekurangan Baterai

Baterai umumnya memiliki ukuran yang kecil dan dapat dioperasikan dalam berbagai posisi. Baterai memiliki daya simpan yang cukup lama dan merupakan pengkonversi energi kimia menjadi energi listrik yang paling mudah digunakan.

Pemeliharaan baterai yang tidak semestinya dapat menyebabkan letupan maupun kebocoran baterai. Zat kebocoran dari baterai inilah yang dapat membahayakan bila terkonsumsi atau terkena bagian tubuh yang sensitive. Baterai yang sudah tidak dapat digunakan lagi juga memerlukan pendaur ulang khusus baterai. 

2.6 Potensi Baterai di Indonesia

Tahun 2010 ini PEC (Panasonic Gobel Energy ) memindahkan (sebagian) fasilitas produksi baterai koin lithium di Osaka (Jepang) ke PECGI (PT Panasonic Gobel Energy Indonesia). Selain itu, di Indonesia juga terdapat pabrik baterai ABC milik PT. International Chemical Industry dan PT. Hari Terang Industry. Indonesia juga memiliki tambang nikel yang cukup besar di pulau Sulawesi yang mungkin dapat digunakan sebagai bahan pembuatan baterai nikel-kadmium.