battery - BP3IP Jakarta

BAB VI
BATTERY
Tujuan Pembelajaran :


Menyebutkan jenis dan bahan Battery
Memahami fungsi dan cara perawatan Battery
Battery adalah Alat yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik melalui sel listrik.
Setiap sel adalah dua logam atau konduktor tak sama yang dicelupkan dalam cairan
elektrolit (secara umum sel dihubungkan seri).
A. SEL PRIMER
Sel primer adalah sel yang tidak dapat diperbaharui (diisi / charge).
Jika konduktor yang tak sama, ditempatkan dalam larutan penghantar, akan terjadi
reaksi kimia antar konduktor hingga menghasilkan gaya gerak listrik (ggl).
Konduktor disebut juga plat /elektrode dan larutannya disebut elektrolit.
Jika elektrode dihubungkan oleh konduktor, arus akan mengalir ke elektrode yang
lainnya melalui elektrolit.
Elektrode dimana arus meninggalkan sel disebut elektrode positif dan yang menuju
sel disebut elektrode negatif.
B. BAHAN ELEKTRODE DAN LARUTAN
a. elektrode dari seng dan timah hitam dlm larutan asam sulfat menghasilkan ggl
0,5 V.
b. elektrode dari seng dan air raksa oksida dalam larutan kalium hidroksida
menghasilkan ggl 1,35 V.
c.
elektrode dari seng dan mangan - oksida dalam larutan kalium hidroksida
menghasilkan ggl 1,5 V.
C. BATTERY KERING
Sel kering paling banyak digunakan sel karbon-seng (tipe leclanche).
Terdapat 4 jenis bateray kering :
1. sel karbon seng
2. sel alkaline
3. sel air raksa oksida
4. sel perak oksida
Sel-sel ini tidak sepenuhnya kering, tapi mempunyai sedikit elektrolit digabung
dengan bahan pengering tak aktif, sel dimasukan dalam tempat anti bocor.
1
Pembungkus tabung seng antibocor berfungsi sebagai elektrode negatif, didalam
tabung seng terdapat bahan penyerap yaitu seng klorida dan amonium klorida.
Elektrode positif adalah campuran dari mangan dioksida dan bubuk karbon yang
mengelilingi batang carbon yang berfungsi sebagai pengumpul arus.
D. TAHANAN DALAM SEBUAH SEL
Arus yang diberikan oleh sel tidak bergantung pada ggl sel dan tahanan beban,
tetapi juga tahanan dalam dari sel.
Arus yang diberikan oleh sel
Dimana :
I
Ri
E
I = ––––––
Ri + RI
= arus
E = ggl (volt)
= tahanan dalam sel
RI = tahanan beban
Pada rangkaian terbuka, tegangan terminal sel sama dengan ggl yang dihasilkan.
Saat sel memberikan arus, ggl mengatasi tahanan dalam, sehingga tegangan
terminal lebih rendah dari ggl.
Vt = E – I Ri
Vt = teg. Terminal
Ri = tahanan dalam
E - Vt
Ri =
I
E = ggl
I = arus
Contoh soal :
2
Suatu kumparan yang mempunyai tahanan 0,05 ohm dihubungkan pada sel yang
mengkhasilkan ggl 1,5 V. Tentukan arus yang mengalir, jika tahanan dlm sel
adalah :
a. 0,1 ohm b. 0,01 ohm
E
1,5
jawab : I = ––––––––– = –––––––––– = 10 A …………(a)
Ri + RI
0,1 + 0,05
E
1,5
jawab : I = ––––––––– = –––––––––– = 25 A …………(b)
Ri + RI
0,01 + 0,05
E. SEL SEKUNDER (PENYIMPAN/STORAGE CELL)
Sel sekunder adalah sel dengan bahan aktif (elektrode dan elektrolit) yang dapat
disimpan kembali dengan memberi arus melalui sel dalam arah yang berlawanan
dengan arah pembuangan.
Sel penyimpan umumnya asam timbal (lead acid) dan nickel cadmium alkaline.
Ggl sel skunder bergantung pula pada bahan untuk electrode dan elektrolit.
Tegangan rata-rata sel asam timbal 2 V, sedang sel nickel cadmium alkaline,kira
kira 1,2 V.
F. TEORI TENTANG ASAM TIMBAL
Pelat positif sel penyimpan asam timbal adalah timbal-peroksida (PbO2),pelat
negative adalah Pb murni. Asam sulpat encer (H2SO4) digunakan sbg elektrolit.
Jika sel mencatu beban atau proses pengosongan, terjadi reaksi kimia yang
mambentuk timbale –sulfat (PbSO4).
Reaksi kimia sebagai berikut:
Pelat
Positif
PbO2
+
Pelat
Negative
Pb
+
Pelat
Positif
PbSO2
Elektrolit
2H2SO4
Sel diisi (batt di charge)
+
Pelat
Negative
PbSO4
+
Elektrolit
2H2SO4
sel dikosongkan (batt dipakai)
Persamaan ini menggambarkan tindakan pengosongan muatan jika dibaca dari kiri
kekanan, dan pengisian jika dibaca dari kanan kekiri.
3
G. BERAT JENIS SEL ASAM TIMBAL
Berat jenis (specific gravity) : asam sulfat = 1,840 kali berat air.
untuk iklim dingin, dipakai elektrolit dengan berat jenis lebih tinggi (menghindari
beku), untuk iklim panas digunakan elektrolit lebih rendah (menghindari
pemanasan lebih).
H. OPERASI DAN PEMELIHARAAN BATTERAY ASAM TIMBAL
Tinggi bagian elektrolit tidak boleh turun lebih rendah dari bagian atas plat
Setiap menambah air suling (murni) tidak boleh melebihi batas yang ditentukan.
Batteray asam timbal tidak boleh dikosongkan terus setelah tercapai tegangan
terminal 1,75 V setiap sel dan berat jenisnya kurang dari normal. Pengosongan
lebih lanjut menghasilkan kelebihan timbal-sulfat (lead sulfate) pada plat.
Jika dibiarkan kosong terlalu lama, timbal-sulfat pada plat akan mengkristal.
Jika batt akan disimpan lama, air harus diisi batas max dan batt di charge penuh.
Pada interval 4 sampai 6 minggu, batteray harus diisi air suling dan di-charge
kembali.
I.
KONSTRUKSI BATTERY ASAM TIMBAL
Plat-plat dibentuk dengan memberikan pasta timbal-oksida khusus pada bingkai
atau kisi timbal. Kisi-kisi dicampur dengan antimon atau kasium untuk
mengeraskan timbal dan memudahkan pengecoran kisi-kisi. Setelah pengisian,
timbal oksida menjadi bahan aktif plat. Kisi-kisi berfungsi memegang bahan aktif
pada tempatnya dan menyebarkan arus secara merata pada permukaan plat.
Jenis lain dari sel asam timbal, dikenal sebagai sel pelat-tubular (seperti pipa).
Pelat-pelat dari sel asam timbal dibentuk kedalam grup positif dan negatif, jumlah
pelat negatif selalu lebih satu dari pelat positif sehingga kedua sisi setiap pelat
positif akan bekerja sesuai dengan cara kimia. Bahan aktif pada pelat positif
mengembang dan mengerut jika batteray diisi atau dikosongkan. Pemisah dari
kayu/karet/gelas buram diletakan diantara pelat positif dan negatif agar pelat tidak
kontak satu dengan lainnya. Pemisah diberi alur secara vertikal pada satu sisinya
dan halus pada sisi lainnya. Sisi beralur berhadapan dengan pelat positif agar
sirkulasi elektrolit sekitar pelat positif yang merupakan tempat terjadinya aksi kimia
yang lebih besar.
4
J. BATTERY AUTOMOTIF BEBAS PEMELIHARAAN
Batteray asam timbal menghasilkan hidrogen dan oksigen selama proses pengisian
kembali hal ini menyebabkan hilangnya air dalam elektrolit battery, hal ini
mengantarkan pada pengembangan batteray bebas pemeliharaan (maintenance
free) untuk penggunaan otomotif. Karena tidak perlu penambahan air, dalam
battery ini tidak disediakan tutup ventilasi. Maka berat jenis battery tidak dapat
diukur dengan cara konvensional untuk menunjukan muatan. Beberapa batteray
mempunyai hydrometer terpasang untuk menunjukan ukuran keadaan muatan
batteray.
K. BATTERY NICKEL CADMIUM
Dalam sel nickel cadmium , bahan aktif terpenting dalam pelat positif adalah nickel
hidroksida dan plat negative adalah cadmium hidroksida, Sel nickel cadmium bisa
dari jenis berlubang ventilasi (vented type) atau jenis tertutup (sealed type) pada
suatu pengisian tertentu, sel jenis berlubang akan melepas gas ke atmosfir melalui
katup, pada jenis tertutup, rancangan dari sel sedemikian rupa sehingga
pembentukan dari gas hydrogen pada pelat negative ditekan sama sekali dan
oksigen yang lambat pun terjadi pada pelat positif bergabung secara kimia dengan
cadmium pada pelat negative.
Tegangan pengosongan rata-rata setiap sel dari batteray nickel cadmium adalah
1,2 V. Tetapi setiap sel dapat mencapai 1,4 V sampai 1,44 V jika sel tetap dijaga
pada keadaan terisi penuh. Sepuluh sel membentuk battery 12 V yang biasanya
diisi pada 14 V.
Batteray nickel cadmium mempunyai karakteristik antara lain biaya pemeliharaan
rendah, umur batteray panjang dan andal pada kondisi kerja berat
Konstruksi dasar dalam sel nickel cadmium adalah konstruksi pelat kantong
(pocket plate) dan pelat sinter (sintered plate).
5
L. APLIKASI BATTERY PENYIMPAN
Penggunaan terpenting dari battery penyimpan adalah untuk melengkapi daya siap
pakai untuk berbagai system kelistrikan.
Batteray penyimpan digunakan untuk mencatu arus utama atau normal didalam
kendaraan atau lokomotif dan alat penerangan yang mudah dibawa seperti radio
dan aplikasi lain, yang akan menjadikan tidak praktis bila dihubungkan secara
continu dengan sumber genarator.
LATIHAN SOAL
6
SOAL MANDIRI
1. Jelaskan kontruksi asam timbal dan kontruksi dari batery nickel Cadmium ?
2. Suatu kumparan yang mempunyai 0,06 ohm dihubungkan pada sel yang
menghasilkan ggl 1,4 V, tentukan arus yg mengalir, jika tahanan dlm sel
adalah: a. 0,2 ohm b. 0,02 ohm ?
3. Bahan apakah yang dapat digunakan sebagai pemisah antara pelat pada
konstruksi battery asam timbal ?
4. Apakah bahan aktif dalam sel niekel cadmium ?
5. Pada saat sel di isi (charge), unsur kimia apakah yang terjadi pd pelat positif
dan negatif ?
=================== SELAMAT MENGERJAKAN =======================
7