Baterai,, komponen yang satu ini pastilah sudah akrab bagi kita. Bahkan kehidupan sehari-hari kita tidak pernah terlepas dari peran benda ajaib ini. Mulai dari baterai alkali, li-ion, nickel cadmium, accu, dll.
Ditinjau dari sifatnya, baterai dapat dikategorikan menjadi dua jenis, yaitu baterai primer dan baterai sekunder. Baterai primer adalah baterai yang tidak bisa dimuati lagi jika muatan listriknya sudah habis kita gunakan (unrechargedable battery) sedangkan baterai sekunder adalah baterai yang dapat diisi ulang/ dimuati lagi (rechargadable battery). Proses elektrokimia baterai sekunder bersifat reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Reversible artinya 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 baterai. Jadi dapat dikatakan bahwa reaksi kimia yang terjadi pada proses charging dan discharging saling berkebalikan.
Baterai juga merupakan salah satu komponen utama dalam kendaraan bermotor, baik alat berat, mobil atau motor, semua memerlukan baterai untuk dapat menghidupkan engine (mencatu arus pada dinamo starter kendaraan). Baterai mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik. Baterai untuk Alat Berat dan mobil biasanya mempunyai tegangan sebesar 12 Volt, sedangkan untuk motor ada tiga jenis yaitu, dengan tegangan 12 Volt, 9 volt dan ada juga yang bertegangan 6 Volt. Kesemuanya tentu saja merupakan baterai rechargedable. Di kendaraan bermotor, sistem pengisian baterai menggunakan alternator dan regulator tegangan yang akan mengisi baterai selama engine hidup.
Bila ditinjau dari elemennya, baterai dibagi menjadi baterai basah dan baterai kering.
Baterai basah
media penyimpan arus listrikjni merupakan jenis paling umum digunakan. baterai jenis ini masih perlu diberi air baterai yang dikenal dengan sebutan accu zuur. Selain baterai jenis ini, ada beberapa jenis baterai basah lainnya :
– Low Maintenance
Jenis ini bentuknya mirip dengan baterai basah biasa dan tetap punya lubang pengisian di atasnya. Bedanya, baterai ini sudah diisi air sejak dari pabrik. Untuk pengisian air baterai (bukan dengan accu zuur) bisa dilakukan dalam 6 bulan hingga 1 tahun.
– Maintenance Free
Baterai jenis ini tidak mempunyai lubang pengisian air, meski berisi cairan. Mirip jenis low maintenance, baterai ini juga sudah diisi air dari pabrik. Bahan perak yang dipakai buat elektroda membuat airnya tidak menguap. Kalaupun menguap akan dikembalikan lagi ke dalam. Keuntungannya adalah baterai jenis ini tidak butuh perawatan
Baterai Kering
Baterai jenis ini tidak memakai cairan, mirip seperti baterai telpon selular. Baterai ini tahan terhadap getaran dan suhu rcndah. Dimensinya yang kecil bisa menimbulkan keuntungan dan kerugian. Keuntungannya, tak banyak makan tempat. Sedangkan kerugiannya, tidak pas di dudukan baterai aslinya. baterai jenis ini samasekali tidak butuh perawatan, tetapi rentan-terhadap pengisian berlebih dan pemakaian arus yang sampai habis, karena bisa merusak sel-sel penyimpanan arusnya.
Kutub positif baterai menggunakan lempeng timbal peroksida dan kutub negatifnya menggunakan lempeng timbal sedangkan larutan elektrolitnya adalah larutan asam sulfat. Ketika baterai dipakai, terjadi reaksi kimia yang mengakibatkan endapan pada elektroda negatif (reduksi) dan elektroda positif (oksidasi). Akibatnya, dalam waktu tertentu antara kedua elektroda tidak ada beda potensial, artinya baterai menjadi kosong. Supaya baterai dapat dipakai lagi, harus diisi dengan cara mengalirkan arus listrik kearah yang berlawanan dengan arus listrik yang dikeluarkan baterai itu. Ketika baterai diisi akan terjadi pengumpulan muatan listrik. Pengumpulan jumlah muatan listrik dinyatakan dalam ampere jam disebut tenaga baterai. Pada kenyataannya, pemakaian baterai tidak dapat mengeluarkan seluruh energi yang tersimpan dalam baterai itu. Oleh karenanya, baterai mempunyai rendemen atau efisiensi.
Pada kesempatan yang lalu saya telah membahas mengenai cara atau prosedur melakukan pengisian baterai, maka pada kesempatan kali ini akan dibahas mengenai proses reaksi kimia pada proses pengosongan dan pengisian baterai itu sendiri yang bila diilustrasikan dalam animasi yang saya buat sebagai berikut:
Proses Pengosongan / discharge battery
Bila baterai dihubungkan dengan beban maka, elektron mengalir ke elektroda positif (PbO2) melalui beban dari elektroda negatif (Pb), kemudian ion-ion negatif mengalir ke elektroda positif dan ion-ion positif mengalir ke elektroda negatif. 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.
Reaksi kimia yang terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut:
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 (SO42-)
Bila baterai dibebani, maka tiap ion negatif sulfat (SO42-)akan bereaksi dengan plat timah murni (Pb) menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil melepaskan dua elektron. Sedangkan sepasang ion hidrogen (2H+ ) akan bereaksi dengan plat timah peroksida (PbO2) 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.
Reaksi ini akan berlangsung terus sampai isi (tenaga baterai) habis alias dalam keadaan discharge.
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
Pada saat baterai dalam keadaan discharge maka hampir semua asam melekat pada pelat-pelat dalam sel sehingga cairan eletrolit konsentrasinya sangat rendah dan hampir melulu hanya terdiri dari air (H2O), akibatnya berat jenis cairan menurun menjadi sekitar 1,1 kg/dm3 dan ini mendekati berat jenis air yang 1 kg/dm3. Sedangkan baterai yang masih berkapasitas penuh berat jenisnya sekitar 1,285 kg/dm3. Nah, dengan perbedaan berat jenis inilah kapasitas isi baterai bisa diketahui apakah masih penuh atau sudah berkurang yaitu dengan menggunakan alat hidrometer. Hidrometer ini merupakan salah satu alat yang wajib ada di bengkel baterai (bengkel yang menyediakan jasa setrum/cas baterai). Selain itu pada saat baterai dalam keadaan discharge maka 85% cairan elektrolit terdiri dari air (H2O) dimana air ini bisa membeku, cover baterai pecah dan pelat-pelat menjadi rusak.
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. Ion oksigen yang bebas bersatu dengan tiap atom Pb pada plat positif membentuk timah peroxida (PbO2). Sedangkan tiap pasang ion hidrogen (2H+) yang dekat plat negatif bersatu dengan ion negatif Sulfat (SO4–) pada plat negatif untuk membentuk asam sulfat. Akibatnya berat jenis cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar 1,285 (pada baterai yang terisi penuh).Proses reaksi kima yang terjadi adalah sebagai berikut :
