Baterai

Pengertian Baterai

Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik di mana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik, dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, yaitu pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel. Tiap sel baterai ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia. Sel baterai yang dapat diisi (dimuati) kembali oleh arus listrik disebut sel sekunder, sedangkan sel baterai yang tidak dapat dimuati kembali oleh arus listrik disebut sel baterai primer.

Prinsip Kerja Baterai

1. Proses discharge pada sel berlangsung menurut skema Gambar 1(a). Bila sel dihubungkan dengan beban maka, elektron mengalir dari anoda melalui beban ke katoda, kemudian ion-ion negatif mengalir ke anoda dan ion-ion positif mengalir ke katoda. Arus listrik dapat mengalir disebabkan adanya elektron yang bergerak ke dan/atau dari elektroda sel melalui reaksi ion antara molekul elektroda  dengan molekul elektrolit sehingga memberikan jalan bagi elektron untuk mengalir.
2. Pada proses pengisian menurut skema Gambar 1(b). dibawah ini adalah bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda dan proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:

(a) Proses pengosongan (discharge)                   (b) Proses pengisian (charge)

Gambar 1 Proses pengosongan dan pengisian

1. Aliran elektron menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power suplai ke katoda.
2. Ion-ion negatif rnengalir dari katoda ke anoda
3. Ion-ion positif mengalir dari anoda ke katoda

Arah aliran elektron dan arus listrik dapat dilihat pada Gambar 2(a) dan Gambar 2(b) berikut:

(a) Proses pengosongan (discharge)                   (b) Proses pengisian (charge)

Gambar 2 Arah aliran elektron dan arus listrik pada baterai

Jadi reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari saat pengosongan (discharging).

Prinsip Kerja Baterai Asam - Timah.

Bila sel baterai tidak dibebani, maka setiap molekul cairan elektrolit Asam sulfat (H₂SO₄) dalam sel tersebut pecah menjadi dua yaitu ion hydrogen yang bermuatan positif (2H⁺) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (SO₄^-)

Proses pengosongan

Bila baterai dibebani, maka tiap ion negatif sulfat (SO₄^-) akan bereaksi dengan plat timah murni (Pb) sebagai katoda menjadi timah sulfat (PbSO₄) sambil melepaskan dua elektron. Sedangkan sepasang ion hidrogen (2H⁺ ) akan bereaksi dengan plat timah peroksida (PbO₂) sebagai anoda menjadi timah sulfat (PbSO₄) sambil mengambil dua elektron dan bersenyawa dengan satu atom oksigen untuk membentuk air (H₂O). Pengambilan dan pemberian elektron dalam proses kimia ini akan menyebabkan timbulnya beda potensial listrik antara kutub-kutub sel baterai.

Proses tersebut terjadi secara simultan dengan reaksinya dapat dinyatakan:

dimana :

PbO₂ = Timah peroxida (katub positif / anoda)

Pb = Timah murni (kutub negatif/katoda)

2H₂SO₄= Asam sulfat (elektrolit)

PbSO₄ = Timah sulfat (kutub positif dan negatif setelah proses pengosongan)

H₂O= Air yang terjadi setelah pengosongan

Jadi pada proses pengosongan baterai akan terbentuk timah sulfat (PbSO4) pada kutub positif dan negatif, sehingga mengurangi reaktifitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi timah, sehingga tegangan baterai antara kutub-kutubnya menjadi lemah.

Proses Pengisian

Proses ini adalah kebalikan dari proses pengosongan dimana arus listrik dialirkan yang arahnya berlawanan, dengan arus yang terjadi pada saat pengosongan. Pada proses ini setiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hidrogen (2H⁺) yang dekat plat negatif bersatu dengan ion negatif Sulfat (SO₄^--) pada plat negatif untuk membentuk asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang bebas bersatu dengan tiap atom Pb pada plat positif membentuk timah peroxida (PbO2).

Proses reaksi kima yang terjadi adalah sebagai berikut :

Prinsip Kerja Baterai Alkali

Baterai Alkali menggunakan potasium Hydroxide sebagai elektrolit, selama proses pengosongan (Discharging) dan pengisian (Charging) dari sel baterai alkali secara praktis tidak ada perubahan berat jenis cairan elektrolit. Fungsi utama cairan elektrolit pada baterai alkali adalah bertindak sebagai konduktor untuk memindahkan ion-ion hydroxida dari satu elektroda keelektroda lainnya tergantung pada prosesnya, pengosongan atau pengisian, sedangkan selama proses pengisian dan pengosongan komposisi kimia material aktif pelat-pelat baterai akan berobah. Proses reaksi kimia saat pengosongan dan pengisian pada elektroda-elektroda sel baterai alkali sebagai berikut.

Untuk baterai Nickel-Cadmium

dimana :

2NiOOH = Incomplate nickelic - hydroxide (Plat positif atau anoda)

Cd = Cadmium (Plat negatif atau katoda)

2Ni (OH)₂ = Nickelous hydroxide (Plat positif)

Cd (OH)₂ = Cadmium hydroxide (Plat negatif)

Untuk Baterai nickle - Iron

dimana :

2NiOOH = Incomplatenickelic – hydroxide (Plat positif)

Fe = Iron (Plat negatif)

2Ni (OH)₂ = Nickelous hydroxide (Plat positif)

Fe (OH)₂ = Ferrous hydroxide (Plat negatif)

Referensi :

1. Kuphaldt, Tony R., Lessons In Electric Circuits, Volume I – DC, Fifth Edition, 2004.
2. Aslimeri, dkk., Teknik Transmisi Tenaga Listrik JILID 1, 2008.