Reaksi Kimia Proses Pengosongan dan Pengisian Baterai

Reaksi Kimia Proses Pengosongan dan Pengisian Baterai
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 listrik ini 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 telepon selular. Baterai ini tahan
terhadap getaran dan suhu rendah. 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 rentanterhadap pengisian berlebih dan pemakaian arus yang sampai habis, karena bisa merusak selsel 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 pelatpelat 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 :