BATERAI

MAKALAH

Disusun untuk Memenuhi Tugas pada Mata Kuliah Elektrokimia Semester Empat yang Diampu oleh (NAMA DOSEN)

Disusun oleh :

Kelompok 2

Sri Eny Suharini 24030110120008Daru Seto Bagus Anugrah 24030112130040

JURUSAN KIMIAFAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS DIPONEGOROSEMARANG

2014

BAB I

PENDAHULUAN

I. Latar Belakang

Dari awal ditemukan tahun 1880, terjadi perubahan pada bentuk kemasan,

bahan kemasan dan sistem produksi sehingga baterai lebih meningkat daya simpan

listriknya, memperpanjang umurnya dan lebih bisa diandalkan tetapi prinsip kerja

baterai sampai sekarang masih tetap sama dengan ketika pertama kali ditemukan.

Baterai kering yang sekarang mulai populer sebenarnya tidak benar-benar kering

karena listrik yang timbul pada baterai adalah karena terjadinya reaksi kimia.

Ditemukan pada pertengahan tahun 1970, cairan electrolyte pada baterai biasa di

baterai kering dibuat menjadi gel yang bersifat lembab sehingga walaupun

dimiringkan tidak akan terjadi tumpahan cairan electrolyte, beda dengan baterai basah

yang harus tetap tegak supaya cairan tidak tumpah. Baterai kering ukuran besar untuk

mobil dengan nama teknisnya VRLA (Valve Regulating Lead Acid), kemasan baterai

kering tidak sepenuhnya rapat tertutup, ada lubang kecil untuk jalan keluar gas yang

timbul karena reaksi kimia. Tetapi reaksi kimia yang menimbulkan listrik prinsipnya

sama dengan baterai basah biasa. Gel bisa menjadi kering (dehidrasi), dan

penambahan electrolyte hampir tidak mungkin dilakukan karena lubang untuk

memasukkan electrolyte tetutup rapat.

II. Rumusan Masalah

Apa yang dimaksud dengan baterai?

Bagaimana prinsip kerja dan cara kerja baterai?

Apa saja jenis–jenis baterai?

Bagaimana cara mengatasi penyulfatan pada baterai?

III. Tujuan

Makalah ini bertujuan untuk mengetahui definisi baterai serta bagian–bagian

dalam baterai dan fungsinya. Mempelajari prinsip kerja baterai dan cara kerja baterai

saat mengeluarkan arus atau saat digunakan dan saat menerima arus. Serta

menjelaskan jenis-jenis baterai dan cara mengatasi penyulfatan pada baterai.

BAB II

ISI

I. Pengertian Baterai

Baterai merupakan obyek kimia penyimpan arus listrik. Dalam sistem solar cell,

energi listrik dalam baterai digunakan pada malam hari dan hari mendung dikarenakan

intensitas sinar matahari bervariasi sepanjang hari. Baterai memberikan energi yang

konstan. Alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkannya dalam

bentuk listrik. Baterai terdiri dari tiga komponen penting, yaitu: batang karbon sebagai

anoda (kutub positif baterai), seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai), pasta

sebagai elektrolit (penghantar).

Reaksi yang terjadi didalam baterai adalah reaksi elektrokimia dimana reaksi

kimia yang dapat menghasilkan electron, pada baterai memiliki dua terminal. Terminal

pertama bertanda positif (+) dan terminal kedua bertanda negatif (-). Elektron-elektron

dikumpulkan pada kutub negatif. Jika kita menghubungkan kabel antara kutub negatif

dan kutub positif maka elektron akan mengalir dari kutub negatif ke kutub positif

dengan cepatnya. Selain kabel, sebuah penghubung atau Load dapat berupa light bulb,

sebuah motor atau sirkuit elektronik seperti radio.

Reaksi kimia pembentukan listrik:

Pada saat baterai dipakai maka pada permukaan plat timbul PbSO4 (Timah

Sulfat) dan plat akan berkarang, disebut sebagai terjadinya sulfonasi. Pori-pori pada

plat akan tertutup sehingga electrolyte tidak bisa mengalir dengan lancar dan

electrolyte menjadi tidak asam karena SO4, terikat pada timah. Pada recharging

(baterai kembali di charge) terjadi sebaliknya, PbSO4 akan terurai menjadi Pb dan SO4

dan SO4 akan terikat kembali dengan H+ sehingga terjadi lagi H2SO4, larutan

electrolyte akan kembali menjadi asam. Tetapi PbSO4 yang larut kembali ke dalam

electrolyte menjadi Pb dan H2SO4 tidak terjadi seluruhnya, masih ada tersisa kristal

PbSO4 yang melekat pada plat elemen, dan semakin lama akan semakin menebal. Hal

inilah yang menyebabkan baterai lemah atau malah mati sama sekali. Kadar asam,

pada kondisi fully charge jadi tidak bisa kembali pada angka 1.265, karena tidak

semua PbSO4 larut.

II. Prinsip Kerja Baterai

Baterai adalah perangkat yang mampu menghasilkan tegangan DC, yaitu

dengan cara mengubah energi kimia yang terkandung didalamnya menjadi energi

listrik melalui reaksi elektrokimia (redoks: reduksi–oksidasi). Baterai terdiri dari

beberapa sel listrik, sel listrik tersebut menjadi penyimpan energi listrik dalam bentuk

energi kimia. Sel baterai tersebut elektroda–elektroda. Elektroda negatif disebut

katoda, yang berfungsi sebagai pemberi elektron. Elektroda positif disebut anoda, yang

berfungsi sebagai penerima elektron. Antara anoda dan katoda akan mengalir arus,

yaitu dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda). Sedangkan elektron akan

mengalir dari katoda menuju anoda. Terdapat dua proses yang terjadi pada baterai:

1. Proses Pengisian : proses pengubahan energi listrik menjadi energi kimia.

2. Proses Pengosongan : proses pengubahan energi kimia menjadi energi listrik.

III. Cara Kerja Baterai

Lapisan zink (Zn) yang berfungsi sebagai anoda atau kutub negatif, dimana lapisan ini

dilapisi oleh selubung baja.

Karbon yang berfungsi sebagai katoda atau kutub positif. Karbon diletakkan di tengah sel

dan terhubung pada tonjolan logam di bagian luar atas baterai.

Ruang antara batang karbon dan lapisan zink diisi pasta amonium klorida (NH4Cl) dan

zink klorida (ZnCl2).

Proses pada saat penggunaan baterai dimana pada saat penggunaan baterai maka

atom Zink (Zn) akan teroksidasi atau melepaskan elektron membentuk ion zink (Zn2+).

Elektron yang dibebaskan oleh atom zink (Zn) akan mengalir melalui sirkuit listrik

bagian luar sehingga menghasilkan listrik. Elektron ini selanjutnya kembali ke batang

karbon. Kemudian arus listrik akan terus mengalir sampai zink (Zn) habis terpakai.

Keadaan ini berarti baterai sudah tidak dapat digunakan kembali atau dikatakan habis,

karena baterai tidak dapat diisi kembali.

Proses saat baterai mengeluarkan arus dimana oksigen (O) pada pelat positif

terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan hidrogen (H) pada cairan

elektrolit yang secara perlahan-lahan keduanya bergabung / berubah menjadi air (H2O).

Sedangkan asam (SO4) pada cairan elektrolit bergabung dengan timah (Pb) di pelat

positif maupun pelat negatif sehigga menempel dikedua pelat tersebut. Reaksi ini akan

berlangsung terus sampai isi (tenaga baterai) habis atau dalam keadaan discharge. Pada

saat baterai dalam keadaan discharge maka hampir semua asam melekat pada pelat-pelat

dalam sel sehingga cairan eletrolit konsentrasinya sangat rendah dan 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. Pada perbedaan berat jenis inilah kapasitas isi

baterai bisa diketahui apakah masih penuh atau sudah berkurang yaitu dengan

menggunakan alat hidrometer. Selain itu pada saat baterai dalam keadaan discharge maka

85% cairan elektrolit terdiri dari air (H2O) dimana air ini bisa membeku, bak baterai

pecah dan pelat – pelat menjadi rusak.

Proses saat baterai menerima arus dimana baterai yang menerima arus adalah

baterai yang sedang diisi dengan cara dialirkan listrik DC, dimana kutub positif baterai

dihubungkan dengan arus listrik positif dan kutub negatif dihubungkan dengan arus

listrik negatif. Tegangan yang dialiri biasanya sama dengan tegangan total yang dimiliki

baterai, artinya baterai 12 V dialiri tegangan 12 V DC, baterai 6 V dialiri tegangan 6 V

DC, dan dua baterai 12 V yang dihubungkan secara seri dialiri tegangan 24 V DC (baterai

yang duhubungkan seri total tegangannya adalah jumlah dari masing-masing tegangan

baterai : Voltase1 + Voltase2 = Voltasetotal). Berapa kuat arus (ampere) yang harus dialiri

bergantung juga dari kapasitas yang dimiliki baterai tersebut. Konsekuensinya, proses

penerimaan arus ini berlawanan dengan proses pengeluaran arus, yaitu :

Oksigen (O) dalam air (H2O) terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung

dengan timah (Pb) pada pelat positif dan secara perlahan-lahan kembali menjadi

oksida timah colat (PbO2).

Asam (SO4) yang menempel pada kedua pelat (pelat positif maupun negatif)

terlepas dan bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H2O) di dalam cairan

elektrolit dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat (H2SO4) sebagai cairan

elektrolit. Akibatnya berat jenis cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar

1,285 (pada baterai yang terisi penuh).

IV. Jenis-jenis Baterai

Baterai dikelompokkan menjadi 2 jenis, yaitu :

1. Baterai primer, yaitu baterai yang dapat digunakan sekali saja setelah energi yang ada

didalamnya habis digunakan.

a. Baterai Leclenche (Zn MnO2) baterai sel kering /Dry Cell. Merupakan jenis baterai

yang banyak digunakan sejak beberapa puluh tahun yang lalu. Satu sel baterai

berkapasitas 1,5 volt. Kutub positif (anoda) mengunakan Zn dan kutub negatif

(Katoda) menggunakan MnO2 Pada suhu tinggi kapasitas sel leclanche akan turun

dengan drastis, oleh sebab itu penyimpanan baterai ini harus ditempat yang bersuhu

rendah.

b. Baterai sel kering Magnesium (MgMnO2). Merupakan jenis baterai yang memiliki

konstruksi serupa dengan baterai seng. Memiliki kapasitas satu sel 1,5 volt. Kutub

positif (anoda) menggunakan Mg dan kutub negatif (katoda) menggunakan MnO2.

Baterai ini memiliki kelebihan kapasitas umur 2kali sel kering dan stabil pada

temperatur tinggi. Adapun kekurangannya yaitu tidak bisa dibuat sekecil mungkin.

Pada keadaan kerja akan timbul reaksi parasitik akibat dari pembuangan gas hidrogen.

c. Baterai MnO2 Alkaline. Sama seperti dua jenis baterai diatas dan memiliki kapasitas

1,5 volt, hanya memiliki perbedaan pada segi konstruksi, elektrolitnya, dan tahanan

dalamnya lebih kecil. Baterai ini memiliki kelebihan, yaitu :

Pada proses pemakaian akan tetap pada rating yang dimiliki meskipun

pemakaiannya tak menentu.

Pada pembebanan tinggi dan terus menerus, mampu memberikan umur

pelayanan 2–10 kali pemakaian dari sel leclanche.

d. Sel Merkuri. Baterai ini pada anoda menggunakan Zn dan pada katoda menggunakan

Oksida Merkuri. Sedangkan pada elektrolit menggunakan Alkaline. Kapasitas

maksimal stabil yaitu 1,35 volt yang biasa digunakan pada tegangan referensi.

Kapasitas dari baterai ini dapat sampai 1,4 volt bila katodanya Oxida Merkuri atau

Oxida Mangan. Segi ukuran berdiameter dari 3/8 – 1 inchi.

e. Sel Oksida Perak (AgO2). Baterai ini pada katoda menggunakan serbuk elektrolit

alkaline dan pada anoda menggunakan oksida perak. Teganagan pada Open Circuit

yaitu 1,6 volt dan tegangan nominal pada beban sebesar 1,5 volt apabila katodanya

oksida merkuri atau oksida mangan. Segi ukuran baterai ini sebesar 0.3–0.5 inchi.

Biasa digunakan untuk kamera, alat bantu pendengaran, dan jam elektronik.

f. Baterai Litium. Jenis baru dari sel primer, yang mempunyai tegangan out-put yang

tinggi, memiliki umur yang panjang, ringan dan kecil. Sehingga baterai ini digunakan

untuk pemakaian khusus. Tegangan out-put tanpa beban sebesar 2,9 volt atau 3,7 volt,

tergantung dari elektrolit yang digunakan. Penggunaan litium sangat terbatas, biasa

digunakan dalam bidang militer, karena apabila tidak hati-hati dalam penggunaan bisa

meledak.

2. Baterai sekunder yaitu baterai yang biasa digunakan berkali kali dengan mengisi kembali

muatannya apabila telah habis energinya setelah pakai.

a. Baterai asam timbal

Baterai jenis asam timbal tersusun atas timbal dioksida sebagai katoda, sepon logam

timbal sebagai anoda dan asam sulfat sebagai elektrolitnya. Setiap sel memiliki tegangan

sebesar 2 volt. Keuntungan penggunaan baterai jenis asam timbal diantaranya adalah

kuat, murah, handal, toleran terhadap kelebihan pengisian, impedansi internal yang

rendah, dan banyaknya perusahaan pembuat baterai jenis ini di berbagai belahan dunia.

Sedangkan kekurangan dari baterai jenis SLI ini diantaranya adalah sangat berat,

memiliki efisiensi energi yang rendah (sekitar 70%), berbahaya jika kelebihan panas pada

saat pengisian, memiliki waktu siklus yang rendah (300-500 siklus), dan materialnya

berbahaya bagi lingkungan. Dengan memodifikasi elektroda dan susunan internal baterai,

jenis-jenis baterai asam timbal dapat dibedakan menjadi baterai timbal-kalsium, baterai

timbal-antimoni dan baterai asam timbal yang elektrolitnya terpisah (sealed lead acid–

SLA).

b. Baterai Nikel Kadmium

Baterai jenis ini memiliki tegangan sel sebesar 1,2 volt dengan kerapatan energi dua kali

lipat dari baterai asam timbal. Sebagai katoda, baterai ini menggunakan nikel hidroksida

Ni(OH)2 dan kadmium (Cd) sebagai anodanya yang dipisahkan oleh alkalin potasium

hidroksida sebagai elektrolitnya. Baterai nikel kadmium memiliki nilai hambatan intenal

yang kecil dan memungkinkan untuk di charge dan discharge dengan rate yang tinggi.

Umumnya baterai jenis ini memiliki waktu siklus hingga lebih dari 500 siklus. Salah satu

kekurangan baterai jenis nikel kadmium adalah adanya efek ingatan (memory effect)

yang berarti bahwa baterai dapat mengingat jumlah energi yang dilepaskan pada saat

discharge sebelumnya. Efek ingatan disebabkan oleh perubahan yang terjadi pada

struktur kristal elektrode ketika baterai nikel kadmium diisi muatan listrik kembali

sebelum seluruh energi listrik yang terdapat pada baterai nikel kadmiun

dikeluarkan/digunakan. Selain itu, baterai nikel kadmium juga sangat sensitif terhadap

kelebihan pengisian, sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan listrik

pada baterai.

c. Baterai Nikel Metal Hidrida

Baterai jenis ini memiliki karakteristik yang sama dengan baterai nikel kadmium.

Perbedaannya terletak pada penggunaan material untuk anodanya. Bila pada baterai nikel

kadmium, kadmium digunakan sebagai anoda, maka pada baterai jenis ini metal hidrida

yang digunakan. Metal hidrida terbuat dari campuran lanthanium yang dapat menyerap

dan menghasilkan hidrogen. Baterai jenis ini memiliki kerapatan energi dua kali lebih

besar dibandingkan dengan baterai jenis asam timbal dan 40 % lebih tinggi dibandingkan

dengan baterai nikel kadmium. Keuntungan penggunaan baterai jenis nikel metal hidrida

diantaranya adalah rendahnya impedansi internal, memiliki siklus hidup sebesar 500

siklus, dan memiliki kedalaman pelepasan energi listrik yang tinggi. Selain itu baterai ini

juga cenderung lebih ramah lingkungan karena tidak mengandung kadmium, raksa

maupun timbal. Adapun kekurangan baterai nikel metal hidrida yang paling menonjol

yaitu tingginya kecepatan pelepasan muatan sendiri (self-discharge), adanya efek ingatan

dan memiliki efisiensi energi yang cukup rendah (65%).

V. Penyulfatan

Baterai bila digunakan ataupun tidak, akan mengeluarkan isinya (maksudnya

tenaga baterai keluar/berkurang bukan cairan elektrolit). Bila sedang tidak digunakan

maka pengeluaran tersebut terjadi secara perlahan yang biasa disebut pengeluaran isi

sendiri (self discharge). Cepat atau lambatnya pengeluaran dipengaruhi oleh beberapa

faktor diantaranya adalah suhu elektrolit. Sebuah baterai tak terpakai yang berisi penuh

akan habis isinya dalam jangka waktu 3 bulan jika elektrolit memiliki suhu 400C,

sedangkan makin dingin suhunya maka makin lambat isi berkurang. Contoh : elektrolit

yang bersuhu 200C isinya hanya akan hilang setengah bagian (50%) dalam 3 bulan, dan

yang bersuhu 150C isinya hanya akan berkurang sebesar 7-8% dalam 3 bulan. Baterai

yang sedang mengeluarkan isinya sendiri secara perlahan akan menyulfat. Pengertian

penyulfatan adalah sulfat timah (PbSO4) yang terbentuk selama pengeluaran membuat

bahan aktif menjadi keras dan mati. Penyulfatan kadang-kadang bisa dihilangkan dengan

pengisian lambat (slow charge) sehingga bagian-bagian dari timah sulfat (PbSO4)

mencapai harga yang normal. Penyulfatan yang sudah terlalu banyak pada satu baterai

tidak mungkin dihilangkan, baterai ini harus diganti. Penggantian cairan elektrolit (biasa

dikenal dengan pengurasan) tidak akan membantu karena yang sudah rusak disini adalah

pelat-pelatnya, kalaupun berhasil memiliki kapasitas setelah dikuras, dalam waktu yang

sangat singkat (tergantung pada tingkat kerusakan pelat-pelatnya) baterai akan lemah

(drop) kembali.

VI. Mengatasi Penyulfatan

Cara mengatasi penyulfatan adalah

Baterai yang tak terpakai disimpan pada ruangan yang bersuhu rendah (suhu yang

lebih dingin).

Baterai yang tak terpakai diisi dengan arus pengisian yang sangat rendah yaitu

dengan pengisian perawatan (maintenance charge) sampai penuh atau baterai

diisi secara teratur tiap bulan.

Metode yang paling baik adalah dengan pengisian perawatan (maintenance

charge), artinya kita harus memiliki alat pengisi (charger) (lebih baik lagi kalau kuat arus

dari alat tersebut bisa kita atur kuat lemahnya) yang secara otomatis menghentikan proses

pengisian jika baterai sudah terisi penuh dan kembali menghidupkan proses pengisian

jika isi baterai mulai berkurang (memiliki fitur deteksi). Jika tidak ada fitur otomatisasi

maka terpaksa yang kita lakukan adalah mengisi baterai secara penuh menggunakan

pengisian lambat (slow charge) tiap bulan.

BAB III

KESIMPULAN

Baterai adalah alat listrik-kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkannya dalam

bentuk listrik. Baterai terdiri dari tiga komponen penting, yaitu: batang karbon sebagai anoda

(kutub positif baterai), seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai), pasta sebagai elektrolit

(penghantar). Jenis baterai dibagi 2, yaitu baterai primer dan baterai sekunder.

DAFTAR PUSTAKA

Hudaya, Chairul, 2011, Jenis – Jenis Baterai Sekunder, dalam http://hudaya.wordpress.com/

2011/08/03/jenis-jens-baterai-sekunder

Rochman, Fatur, 2008, Cara Kerja Baterai, dalam http://kimiaunsps2.wordpress.com/2008

/12/15/terapan/ diakses tanggal 3 juni 2012

http://edukasi.net/index.php?mod=script&cmd=Bahan%20Belajar/Modul%20Online/view&id=19&uniq=all