Tasmo NPM

Ringkasan Tugas Akhir
Nama
: Tasmo
NPM
: 0806326443
Nama Pembimbing
: Dr. Bambang Soegijono
Judul
: Studi Material Elektroda Baterai Lead Acid Selama
Pengosongan dan Pengisian Muatan
Title
: Study of Lead Acid Battery Electrode Materials During
Discharge and Charge
ABSTRAK
Telah dilakukan pengujian pengosongan dan pengisian muatan selama
enam jam terhadaap material elektroda baterai lead acid. Selama pengosongan
muatan dilakukan pengukuran terhadap pH larutan elektrolit, tegangan dan kuat
arus listrik setiap setengah jam. X-Ray Diffractometer (XRD) digunakan untuk
melihat struktur dan perubahan senyawa pada material elektroda positif dan
elektroda negatif setiap dua jam pengujian pengosongan muatan. Program Match
dan GSAS digunakan untuk menganalisis senyawa yang terbentuk selama
pengujian pengosongan muatan. Hasil menunjukkan bahwa material elektroda
negatif yang terdiri dari timbal murni (Pb) dan elektroda positif yang terdiri dari
timbal dioksida (PbO2, plattnerite) telah dikonversi menjadi timbal sulfat (PbSO4,
anglesite). Semakin lama pengujian pengosongan muatan, timbal sulfat yang
terbentuk semakin banyak, timbal murni dan timbal dioksida pada masing-masing
elektroda semakin berkurang. Hasil pengukuran menunjukan semakin lama
pengujian pengosongan muatan, pH larutan elektrolit semakin meningkat,
tegangan listrik dan kuat arus listrik semakin berkurang.
Kata Kunci
: Lead acid; elektroda; charge; discharge; perubahan senywa
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
ABSTRACT
Experiment of discharging and charging has been done for six hours on the
lead acid battery materials. During discharging, the voltage, currents and pH of
the electrolytes has been measured every thirty minutes. X-Ray Diffractometer
(XRD) is used to determine the structure and the compound change in the positive
and negative electrode every two hours. Match and GSAS program is used to
acquire information about the compound formed during discharging. The results
showed that the negative electrode materials of lead (Pb) and positive electrode
materials of Lead dioxide (PbO2, plattnerite) has been converted into Lead
Sulphate (PbSO4, anglesite). As the duration of the discharging increased, the lead
sulphate formed was increased while the Lead and Lead dioxide from each
electrodes decreased. The results also showed that longer duration of discharging,
resulted in increasing of pH causing decreasing of the voltage and currents of the
electrolytes.
Keywords : Lead Acid; electrode; charge; discharge; compound change
Pendahuluan
Penyimpanan energi merupakan proses cukup penting dalam kehidupan
sehari-hari. Salah satu tata cara penyimpanan energi listrik ini dalam bentuk
baterai. Pada saat sekarang ini meskipun sudah cukup banyak jenis-jenis baterai,
pada baterai jenis timbal-asam (lead-acid) masih dominan di pasar [Garche,
2001].
Baterai lead acid adalah sebuah peralatan yang dapat mengubah energi
kimia yang terkandung dalam material aktif menjadi energi listrik. Baterai terdiri
dari beberapa sel yang disusun secara seri menjadi sebuah baterai. Sel merupakan
elemen dasar elektrokima yang digunakan untuk menyimpan energi [Kiehne,
2003].
Baterai lead acid modern merupakan pengembangan lebih lanjut dari
penemuan Gaston Plante pada tahun 1859. Elektroda negatif merupakan timbal
lunak, elektroda positif merupakan timbal dioksida pada penyangga timbal, dan
larutan elektrolit merupakan asam sulfat. Ketika pembuangan muatan (discharge),
permukaan material kedua elektoda dikonversi menjadi timbal sulfat, dan
elektrolit makin menjadi encer. Garche pada tahun 2001 menunjukkan bahwa
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
proses semacam ini masih terus menerus digunakan dan masih dapat dipercaya.
Namun demikian, perubahan konsentrasi masing-masing konstituen baterai masih
terbuka untuk diselidiki untuk mendapatkan kinerja baterai yang lebih optimum
[Hikam, dkk 2006].
Dari penjelasan di atas, peneliti mengambil fokus penelitian pada studi
material elektroda baterai lead acid selama proses pengosongan muatan
(discharge) dan pengisian muatan (charge). Elektroda baterai lead acid terdiri dari
timbal murni (Pb) sebagai elektroda negatif (katoda) dan timbal dioksida (PbO2)
sebagai elektroda positif (anoda). Penelitian ini diharapkan bermanfaat sebagai
acuan untuk mengetahui studi material elektroda positif dan elektroda negatif
guna meningkatkan kualitas dan efisiensi baterai lead acid.
Baterai
Baterai adalah sebuah peralatan yang dapat mengubah energi kimia yang
terkandung dalam material aktif menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari
beberapa sel yang disusun secara seri menjadi sebuah baterai. Sel merupakan
elemen dasar elektrokimia yang digunakan untuk menyimpan energi. Baterai
terdiri dari dua jenis, yaitu baterai primer dan baterai sekunder [Kiehne, 2003].
Baterai primer merupakan baterai yang hanya dapat digunakan sekali dan
tidak dapat diisi ulang. Baterai ini hanya dapat digunakan sekali saja karena reaksi
kimia yang ada di dalam material aktifnya tidak dapat dikembalikan. Contoh dari
baterai primer ini adalah baterai zinc-carbon, baterai alkalin, dll. Baterai primer
memiliki keunggulan dalam harga dan memiliki kerapatan energy yang tinggi
[Kiehne, 2003].
Baterai sekunder adalah baterai yang dapat diisi ulang. Baterai sekunder
dapat diisi ulang karena reaksi kimia di dalam material aktifnya dapat diputar
kembali. Kelebihan dari baterai sekunder adalah harganya yang lebih efisien
untuk penggunaan jangka panjang. Beberapa contoh baterai sekunder adalah
baterai lead-acid, baterai NiCd, baterai NiMH, dll [Kiehne, 2003]. Dalam
penulisan ini jenis baterai yang akan dibahas lebih dalam adalah baterai lead-acid.
Baterai Lead Acid
Dewasa ini, jenis baterai yang paling umum digunakan untuk
penyimpanan energi adalah baterai lead acid. Baterai ini paling sering digunakan
karena harganya yang lebih murah dibandingkan dengan jenis baterai lain. Baterai
ini memiliki karakteristik yaitu menggunakan timbal (Pb) pada kedua elektroda
sebagai material aktifnya. Pada kondisi bermuatan, elektroda positif terdiri dari
timbal dioksida (PbO2) sedangkan elektroda negatif terdiri dari timbal murni (Pb).
Sebuah membran dilekatkan untuk memisahkan kedua elektroda. Cairan asam
sulfat (H2SO4) diisi pada ruangan di antara kedua elektroda sebagai elektrolit.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Baterai lead acid yang terisi penuh memiliki kepadatan asam sekitar 1,24 kg/liter
pada temperatur 25°C. Kepadatan asam ini berubah-ubah sesuai temperatur dan
keadaan muatan baterai [Crompton, 2000].
Sebuah sel baterai lead acid terdiri dari lima komponen utama, yaitu
elektroda, separator, terminal, elektrolit, dan rangka. Elektroda pada baterai ada
dua macam, yaitu katoda dan anoda. Katoda adalah elektroda yang bersifat negatif
dan anoda adalah elektroda yang bersifat positif. Saat kedua elektroda ini
dihubungakan melalui sebuah beban, arus akan mengalir dari katoda ke anoda.
Separator adalah sebuah lapisan yang diletakan di dalam elektrolit. Separator
berfungsi untuk mencegah kontak fisik antara katoda dan anoda. Separator tidak
terlibat dalam reaksi kimia dalam baterai, akan tetapi separator mempengaruhi
kepadatan energi, daya, banyaknya siklus baterai, dan keamanan baterai. Terminal
adalah tempat kutub positif dan negatif yang terletak di rangka baterai. Dari
terminal ini, baterai akan dihubungkan dengan kabel ke beban yang akan disuplai.
Elektrolit adalah sebuah zat yang terdapat di dalam baterai. Zat ini akan bereaksi
secara kimia dengan material aktif yang terdapat di katoda atau anoda sehingga
dari reaksi kimia tersebut akan menghasilkan energi listrik. Elektrolit pada baterai
dapat berupa cair, gel, atau material padat. Elektrolit pada baterai lead acid berupa
cairan asam. Kerangka adalah tempat yang memuat seluruh komponen baterai dan
elektrolit serta memisahkan sel [Crompton, 2000]. Berikut adalah gambar bagianbagian baterai lead acid:
Gambar 1. Komponen Utama baterai lead acid [Crompton 2000].
Bila daya baterai sudah habis, larutan elektrolit berubah menjadi air,
keasaman dan berat jenisnya berkurang. Ketika pengisian muatan asam sulfat
dihasilkan dan berat jenis elektrolit meningkat. Berat jenis dapat diukur dengan
menggunakan hydrometer dan akan memiliki nilai sekitar 1.250 untuk sel
bermuatan penuh dan 1,17 untuk sel kosong, meskipun nilai-nilai ini akan
bervariasi tergantung pada merek baterai. Berat jenis juga tergantung pada suhu
baterai dan nilai-nilai di atas atau untuk baterai pada suhu 15 ° C [Crompton,
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
2000]. Ketika dilakukan discharge tegangan awal baterai lead acid sekitar 12
Volt, namun ketika dilakukan charge tegangan sumber harus lebih dari 12 Volt.
Hal ini agar arus mengalir dari sumber ke baterai lead acid, bukan sebaliknya.
Berikut adalah grafik tegangan vs konsentrasi elektrolit pada saat dilakukan
discharge dan charge.
Gambar 2 Tegangan vs konsentrasi elektrolit pada saat discharging dan charging
[Treptow, 2002]
Semua baterai lead acid beroperasi dengan reaksi dasar yang sama. Saat
baterai melepaskan muatan, material aktif pada elektroda bereaksi dengan
elektrolit membentuk timbal sulfat (PbSO4) dan air (H2O). saat pengisian muatan,
timbal sulfat berubah kembali menjadi timbal oksida pada elektroda positif dan
timbal pada elektroda negatif, dan ion sulfat (SO42-) kembali menjadi larutan
elektrolit membentuk asam sulfat. Berikut adalah reaksi yang terjadi di dalam sel
[Crompton, 2000].
Pada elektroda positif
discharge
PbO2 + 3H + HSO4- + 2e-
PbSO4 + 2H2O
(1,685 V)
charge
Pada elektroda negatif
Pb + HSO4-
discharg
PbSO4 + H+ + 2e-
(0,356 V)
charge
Reaksi keseluruhan sel
PbO2 + Pb + 2H2SO4
discharge
2PbSO4 + 2H2O
charge
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
(2,041 V)
Dari reaksi tersebut akan timbul beda potensial maksimal 2,041 Volt pada
keadaan rangkaian terbuka. Reaksi pada baterai lead acid tersebut dapat
digambarkan seperti gambar 2.3 di bawah ini.
Gambar 3. Proses pengosoangan muatan (discharge) dan pengisian muatan
(charge) pada baterai lead acid [Pletcher, dkk 2009]
Berbagai penelitian telah banyak dilakukan untuk mengasilkan elektroda baterai
lead acid yang lebih optimum dalam pengunaannya. Berikut beberapa penelitaian
mengenai elektroda baterai lead acid.
Diagram Alir Penelitian
Gambar 4. Diagram Alir Penelitian
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Baterai lead acid baru dibongkar kemudian diambil elektrodanya untuk di
karakterisasi menggunakan XRD. Setelah dilakukan karakterisasi, elektroda
dipasang kembali pada baterai lead acid dan larutan elektrolit dimasukan. Baterai
lead acid kemudian di hubungkan dengan lampu Philips 10 W/12 V DC dan
dilakukan pengujian discharge. Pengujian discharge dilakukan selama 6 jam dan
setiap 2 jam dilakukan karakterisasi XRD terhadap elektrodanya. Selama
pengujian discharge juga dilakukan pengukuran terhadap tegangan listrik, kuat
arus listrik dan pH larutan elektrolit. Setelah selesai discharge 6 jam, baterai lead
acid dilakukan charge selama 30 menit kemudian dilakukan discharge kembali
selama 2 jam untuk diukur tegangan, kuat arus dan pH larutannya. Kemudia
baterai lead acid di lakukan charge kembali selama 30 menit dan dalam keadaan
muatan penuh dilakukan karakterisasi XRD terhadap elektrodanya. Lalu
kemudian dilakukan discharge kembali untuk mengukur tegangan, kuat arus dan
pH larutan elektrolitnya. Setelah selesai pengujian, kemudia pengolahan, analisis
dan pembahasan.
Hasil dan Pembahasan
Gambar 5 adalah data pengukuran kenaikan pH larutan elektrolit dan
kenaikan hambatan dalam (r) elektroda baterai lead acid pada pegujian discharge
selama 2 jam. Pada pengujian 2 jam pertama, elektroda baterai lead acid
menunjukan penurunan tegangan yaitu dari 12,09 Volt menjadi 11,85 Volt.
Sementara itu, untuk arus listrik mengalamai penurunan dari 1,15 Ampere
menjadi 1,04 Ampere. Dengan menggunkan persamaan listrik standar, yaitu
hambatan total adalah besarnya daya dibagi kuadrat arus yang mengalir pada
rangakaian tertutup dapat diketahui hambatan total (R+r) adalah 10,51 Ohm, maka
dapat diperoleh perubahan hambatan dalam dari 2,95 Ohm menjadi 3.83 Ohm,
grafik hambatan dalam baterai lead acid menunjukan terjadi kenaikan. Untuk pH
larutan elektrolit sudah menunjukan kenaikan dari 0,52 menjadi 1,04.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Gambar 5. Hasil pengukuran pH larutan elektrolit dan hambatan dalam elektroda
baterai lead acid pada pengujian discharge selama 2 jam
Gambar 6 adalah data pengukuran kenaikan pH larutan elektrolit dan
kenaikan hambatan dalam elektroda baterai lead acid pada pegujian discharge
selama 4 jam. Pada pengujian 2 jam kedua ini, perubahan penurunan tegangan
listrik menunjukan angka yang signifikan. Tegangan listrik terjadi penurunan dari
11,46 Volt menjadi 7,13 Volt. Untuk arus listrik juga terjadi penurunan mulai dari
0,57 Ampere menjadi 0,52 Ampere. Dengan persamaan yang sama didapatkan
nilai hambatan dalam baterai lead acid berubah dari 12, 55 Ohm menjadi 6,15
Ohm. Hambatan dalam pada Gambar 6 pada pengujian setengah jam menunjukan
kurva grafik yang naik, lalu kemudian menurun. Hal tersebut karena pada
pengujian discharge 2 jam kedua ini terjadi penurunan tegangan listrik yang
curam, sementara penurunan arus listrik yang terjadi kecil. Untuk PH larutan
elektrolit mengalami kenaikan dari 1,31 menjadi 1,74. Pada pengujian 2 jam
kedua ini terjadi selisih antara tegangan listrik, arus listrik dan pH larutan
elektrolit terakhir pada pengujian 2 jam pertama dengan tegangan listrik, arus
listrik dan PH larutan elektrolit awal pada pengujian 2 jam kedua. Hal ini terjadi
karena setelah pengujian 2 jam pertama, pada elektroda baterai lead acid
dilakukan pengujian XRD dan membutuhkan waktu beberapa hari, sehingga
menyebabkan larutan elektrolit pada baterai berkurang. Sehingga perlu
ditambahkan kembali larutan elektrolit dengan konsentrasi awal ketika akan
dilakukan pengujian berikutnya.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Gambar 6 Hasil pengukuran pH larutan elektrolit dan hambatan dalam elektroda
baterai lead acid pada pengujian discharge 2 sampai 4 jam
Gambar 7 adalah data pengukuran kenaikan pH larutan elektrolit dan
kenaikan hambatan dalam elektroda baterai lead acid pada pengujian discharge
selama 6 jam. Pada pengujian 2 jam ketiga, perubahan tegangan listrik terjadi dari
8,2 Volt menjadi 4,75 Volt dan perubahan arus listrik terjadi dari 0,52 Ampere
menjadi 0,11 Ampere. Perubahan hamabatan dalam elektroda baterai lead acid
yang terjadi adalah 8,21 Ohm menjadi 35,62 Ohm. Grafik hambatan dalam pada
pengukuran setengah jam terjadi penurunan, lalu kemudian terjadi kenaikan
hingga selesai pengujian dua jam. pH larutan elektrolit menunjukan perubahan
yang kecil dan tidak teratur. Hal ini terjadi karena penambahan larutan elektrolit
dengan konsentrasi baru ketika dilakukan pengujian ketiga ini.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Gambar 7. Hasil pengukuran pH larutan elektrolit dan hambatan dalam elektroda
baterai lead acid pada pengujian discharge 4 sampai 6 jam
Gambar 8 adalah grafik gabungan perubahan hambatan dalam elektroda
baterai lead acid terhadap waktu pada pengujian discharge dari 2 sampai 6 jam.
Terlihat pada grafik tersebut, nilai hambatan dalam baterai lead acid pada akhir
setiap pengujian tidak selalu sama dengan awal ketika dilakukan pengujian
berikutnya. Hal tersebut terjadi karena selang waktu antara satu pengujian dengan
pengujian yang lainnya cukup lama. Proses pengujian XRD elektroda dan
penambahan larutan elektrolit dengan konsentrasi baru juga mempengaruh selisih
nilai tersebut.
Gambar 8 Hasil gabungan pengukuran hambatan dalam elektroda baterai
lead acid selama 6 jam
Gambar 9 adalah grafik perubahan pH larutan elektrolit dan hambatan
dalam baterai lead acid pada pengujian discharge selama 2 jam setelah dilakukan
charge selama 30 menit pertama menggunakan arus sumber 6 Ampere. Grafik
hasil pengujian menunjukan pola yang hampir sama dengan pengujian enam jam
discharge sebelumnya. Diawal pengukuran terjadi sedikit kenaikan hamabatan
dalam, kemudian terjadi penurunan, lalu kemudian grafik naik secara segnifikan.
Tegangan listrik pada awal pengujian adalah 12,44 Volt dan terjadi perubahan
setelah dua jam menjadi 4,54 Volt. Arus listrik pada awal pengujian sebesar 0,62
Ampere dan setelah pengujian dua jam berubah menjadi 0,14 Ampere. Sehingga
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
didapatkan perubahan hambatan dalam dari 12,50 Ohm setelah pengujian dua jam
discharge menjadi 24,87 Ohm. Perubahan pH larutan elektrolit dari 1,3 menjadi
1,7.
Gambar 9. Hasil pengukuran pH larutan elektrolit dan hambatan dalam elektroda
baterai lead acid selama 2 jam setelah dilakukan charge selama 30 menit pertama
Gambar 10 adalah grafik perubahan pH larutan elektrolit dan hambatan
dalam baterai lead acid pada pengujian discharge selama 2 jam setelah dilakukan
charge selama 30 menit kedua dengan menggunakan arus sumber 6 Ampere.
Grafik Gambar 4.7 menunjukan pola grafik yang sama dengan grafik pada
Gambar 4.6. Perubahan tegangan listrik terjadi dari 12,43 Volt menjadi 5,56 Volt.
Perubahan arus listrik terjadi dari 0,6 Ampere menjadi 0,13 Ampere. Sehingga
perubahan hambatan dalam baterai lead acid terjadi dari 13,16 Ohm menjadi
35,21 Ohm. Kenaikan PH larutan elektrolit dari 1,3 menjadi 1,8. Perubahan
hambatan dalam pada grafik Gambar 10 menunjukan lebih signifikan
dibandingkan perubahan hambatan dalam pada grafik Gambar 9. Hal itu
mengakibatkan semakin lama baterai lead acid digunakan maka akan semakin
berkurang kemampuan pada baterai lead acid untuk bertahan lama.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Gambar 10. Hasil pengukuran pH larutan elektrolit dan hambatan dalam
elektroda baterai lead acid selama 2 jam setelah dilakukan charge selama 30
menit kedua
Tabel 1 adalah data pengukuran pada baterai lead acid yang sudah soak.
Pengukuran tegangan listrik baterai lead acid soak pada rangkaian terbuka
menunjukan 5,36 Volt, sementara itu dalam keadaan rangkaian tertutup tegangan
listrik menunjukan 1,61 Volt dan arus listriknya 0,01 Ampere. Hambatan dalam
pada elektrodanya adalah 161 Ohm.
PH
5.25
5.25
V
(volt)
5.36
1.61
I (A)
0.01
R+r
(Ω)
161
r (Ω) Rangkaian
terbuka
153.44
tertutup
Tabel 1 Hasil pengukuran pada baterai lead acid soak
Analisis Struktur Kristal
Perbandingan pola difraksi elektroda negatif selama pengujian discharge
terihat pada Gambar 11. Pola difraksi sebelum dilakukan pengujian discharge
terlihat hanya ada enam puncak timbal murni (Pb) yang ditandai warna merah.
Setelah pengujian 2 jam terlihat puncak-puncak timbal sulfat (anglesite) sudah
mulai terbentuk yang ditandai dengan warna biru. Pada pengujian 4 jam discharge
puncak-puncak timbal sulfat sudah mulai tinggi, sementara puncak-puncak timbal
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
murni semakin kecil. Pada pengujian 6 jam puncak-puncak timbal sulfat sudah
mendominasi. Hal tersebut mengindikasikan senyawa senyawa elektroda yang
terbentuk pada plat negatif baterai lead acid sebagian besar sudah menjadi timbal
sulfat.
Gambar 11. Pola difraksi dari material elektroda negatif (katoda) baterai lead
acid selama pengujian discharge 6 jam
Untuk perbandingan pengujian pola difraksi plat positif terlihat pada
Gambar 12 di bawah. Sama seperti pada plat negatif, pola difraksi pada plat
positif selama pengujian discharge mulai dari 2 sampai 6 jam terjadi pertumbuhan
puncak-puncak pola difraksi timbal sulfat (anglesite) yang semakin tinggi.
Puncak-puncak pola difraksi timbal dioksida (plattnerite) ditandai dengan warna
merah, sedangkan puncak-puncak pola difraksi timbal sulfat (anglesite) ditandai
dengan warna biru.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Gambar 12. Pola difraksi dari material elektroda positif (anoda) baterai lead acid
selama pengujian discharge 6 jam
Hasil Analisis GSAS
Tabel 2 dan Tabel 3 merangkum hasil identifikasi senyawa material dan
analisis kuantitatif semua pola difraksi yang diperoleh dari sampel elektroda
baterai lead acid. Sebagaimana terlihat pada Table 2 tersebut, perubahan fraksi
berat (Wt. Frac.) dari mulai pengujian hingga 6 jam jumlah timbal murni pada
elektroda negatif semakin berkurang dan jumlah timbal sulfat terus bertambah.
Begitu juga pada elektroda positif, jumlah timbal dioksida semakin berkurang dan
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
jumlah timbal sulfat yang terus bertambah. Ketika dilakukan pengisian muatan
(charge) selama 30 menit, fraksi berat timbal murni pada katoda berubah menjadi
1.00 dari 0.04, sementara fraksi berat timbale sulfat berubah dari 0.96 menjadi
0.79. Hal tersebut terjadi karena adanya penambahan elektron-elektron yang
dibawa oleh muatan listrik yang memecah kembali timbal sulfat menjadi timbal
murni dan larutan elektrolit asam sulfat. Begitu juga pada elektroda positifnya.
Pada table 3 juga dapat terlihat perubahan massa jenis (density) pada kedua
elektroda baterai lead acid. Pada table 3 dapat terlihat perubahan parameter kisi
selama proses pengujian discharge 6 jam. Dari table tersebut dapat diketahui
bahwa timbal murni memiliki sistem kristal Kubus, dimana memiliki nilai
parameter kisi a sama dengan b sama dengan c dengan sudut α sama dengan β
sama dengan γ sama dengan 90°. Timbal dioksida memiliki sistem kristal
Tetragonal, dengan parameter kisi a sama dengan b tidak sama dengan c dan sudut
α, β, γ, sama dengan 90°. Timbal sulfat memiliki sistem kristal Orthorombik,
dengan parameter kisi, a tidak sama dengan b tidak sama dengan c dan sudut α, β,
γ, sama dengan 90°.
Tabel 2 Hasil dari identifikasi senyawa material elektroda menggunakan hasil dari
GSAS
Pb
PbSO4
Wt.
Frac.
PbO2
Anoda
PbSO4
Pb
Katoda
PbSO4
Density
(g/cm3)
PbO2
Anoda
PbSO4
Katoda
Chi^2
Anoda
Katoda
0
2
Jam
Jam
1.00
0.16
0.84
1.00
0.16
0.84
14.47 16.88
8.88
8.46 12.09
7.88
1,99
1,98
1,18
1,69
Waktu (t)
4
6
Charge 0,5
Jam
Jam
Jam
0.06
0.04
0.06
0.94
0.96
0.94
0.23
0.16
0.13
0.77
0.84
0.87
11.36 11.35
11.30
5.99
5.59
5.56
5.71
10.89
9.55
5.76
6.21
5.93
1,87
1,75
1,84
1,84
1,63
1,43
Tabel 3 Hasil identifikasi parameter kisi menggunakan hasil dari GSAS
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Soak
Ada
Ada
0.21
0.79
Ada
Ada
11.29
6.46
Ada
1,98
0 Jam
Katoda
Anoda
Pb
PbSO4
PbO2
PbSO4
2 Jam
a
b
c
a
b
c
a
b
4.9486 4.9486 4.9486 4.9486 4.9486 4.9486 4.9508 4.9508
6.9572 8.4751 5.3989 6.9595 8.4772
4.9542 4.9542 3.3795 4.9558 4.9558 3.3864 4.9615 4.9615
6.9460 8.465 5.3870 6.9548 8.4715
6 Jam
Katoda
Anoda
Pb
PbSO4
PbO2
PbSO4
4 Jam
a
4.9500
6.9554
4.9591
6.9529
b
4.9500
8.4750
4.9591
8.4733
Charge 0,5 Jam
c
4.9500
5.3955
3.3842
5.3953
a
4.9505
6.9594
4.9568
6.9559
b
4.9505
8.4781
4.9568
8.4738
Soak
c
a
b
c
4.9505
5.3987 6.9549 8.4720 5.3973
3.3866 4.9598 4.9598 3.3849
5.3964 6.9511 8.4690 5.3919
Gambar 13 dan gambar 14 adalah grafik perubahan fraksi massa (Wt.
Frac.) selama pengujian discharge 6 jam. Pada elektroda negatif terlihat fraksi
massa timbal semakin berkurang dan fraksi timbale sulfat yang terus bertambah
selama pengujian discharge. Pada elektroda positif terlihat grafik yang berbeda
dengan elektroda negatif. Perubahan fraksi massa pada elektroda positif terlihat
fluktuatif. Pengujian discharge 2 jam pertama fraksi massa timbal dioksida terjadi
penurunan yang sangat drastis dan fraksi massa timbale sulfat terjadi kenaikan
yang juga drastis. Pada pengujian discharge 4 jam, fraksi massa timbal dioksida
malah mengalami kenaikan dan timbal sulfat mengalami penurunan, dan
kemudian fraksi massa keduanya kembali pada angka ketika pengujian 2 jam
pertama.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
c
4.9508
5.3985
3.3864
5.3936
Gambar 13 Grafik perubahan Wt. Fraction hasil identifikasi menggunakan
program GSAS pada elektroda negatif (katoda) baterai lead acid selama
pengujian discharge
Gambar 14 Grafik perubahan Wt. Fraction hasil identifikasi menggunakan
program GSAS pada elektroda positif (anoda) baterai lead acid selama pengujian
discharge
Kesimpulan
Berdasarkan hasil-hasil penelitian dan diskusi yang telah disampaikan
pada Bab 4 terdahulu dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Pada proses pengosongan muatan kedua elektroda baterai lead acid dikonversi
menjadi timbal sulfat (anglesite) dan pH larutan elektrolit semakin meningkat.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Pada proses pengisian muatan, timbal sulfat (anglesite) pada baterai lead acid
dikonversi kembali menjadi timbal murni pada elektroda negatif dan menjadi
timbal dioksida (plattnerite) pada
elektroda positif dan pH larutan elektrolit
semakin menurun.
2. Perubahan fraksi berat selama proses pengosongan muatan kedua elektroda
baterai lead acid menunjukan angka yang signifikan. Selama proses pengosongan
muatan 6 jam, fraksi berat timbal murni pada elektroda negatif dikonversi menjadi
timbal sulfat mencapai 96%. Sementara fraksi berat timbal dioksida pada
elektroda positif dikonversi menjadi timbal sulfat mencapai 84%.
3. Hambatan dalam baterai lead acid semakin bertambah sebanding dengan
lamanya waktu proses pengosongan muatan. Hal ini menyebabkan tegangan dan
arus listrik semakin berkurang.
Saran
Perlu dilakukan kajian tentang perubahan senyawa material elektroda baterai lead
acid yang lebih detail, termasuk parameter-parameter seperti tegangan listrik, kuat
arus listrik, pH larutan elektrolit dan parameter lainnya sehingga diketahui
efisiensi baterai lead acid yang lebih optimum.
Daftar Acuan
Crompton, T.R. (2000). Battery Reference Book (3rd Edition). Oxford: Newnes.
Garche, J. Advanced Battery System – the End of the Lead-Acid Battery, Phys.
Chem. Chem. Phys, 3 (2001) 356-367.
Hikam, M.; Yogaraksa, T.; Sutisna, H. Analisis Rietveld Komponen Aktif Baterai
α-PbO2 dan β-PbO2. Indonesian Journal of Material Science (2006) 22-24
Kiehne, H.A., (2003) Battery Technlogy Handbook (2nd Edition). New York:
Marcell Decker, Inc.
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013
Lide, D. R., ed. (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics (84th ed.).
Boca Raton
Mayer, M.G.; Rand, D.A.J. Leady oxide for lead/acid battery positive plates;
scope for improvent?. Journal of Power Sources 59 (1996) 17–24.
Pletcher, D.; Wals, F.C.; Wills, R.G.A. Secondary Batteries Lead Acid System /
Flow Batteies. Encyclopedia of Elechemical Power Source (2009) 745749.
Quaschning, Volker, (2005). Understanding Renewable Energy System. London:
Earthscan
Treptow, R.S. “The lead-acid battery: its voltage in theory and practice,” J.
Chem. Educ., vol. 79 no. 3, Mar. 2002
Studi material ..., Tasmo , FMIPA UI, 2013