Jenis-Jenis Baterai Sebagai Aplikasi Sel Volta atau Sel Galvani

WANIBESAKc - Baterai merupakan salah satu aplikasi dari sel galvani atau gabungan dari beberapa sel galvani yang dapat menyimpan energi dan dapat dikeluarkan dalam bentuk energi listrik.

Baterai digolongkan menjadi dua jenis yaitu:

1. Baterai primer yaitu baterai yang hanya digunakan sekali.

Baterai yang biasa dijual misalnya baterai dengan merk ABC, merupakan jenis baterai sekali pakai (disposable). Baterai primer digunakan hanya satu kali karena reaksi redoks yang terjadi merupakan reaksi yang tidak dapat balik (irreversible reaction).

2. Baterai sekunder yaitu baterai yang dapat dipakai berulang kali.

Contoh dari baterai sekunder baterai laptop dan baterai telpon genggam. Baterai jenis ini dinamakan rechargeable battery, yakni baterai yang dapat diisi kembali setelah energinya habis terpakai. Baterai sekunder dapat digunakan berulang kali karena reaksi redoks yang terjadi merupakan reaksi yang dapat balik (reversible reaction). Baterai nikel kadmium, nikel metal-hidrida dan ion lithium merupakan beberapa contoh jenis baterai yang dapat diisi ulang.

A. ALKALINE DAN NONALKALINE

Berdasarkan tipenya, baterai dapat digolongkan menjadi 2 tipe yaitu tipe alkaline dan tipe nonalkaline. Baterai nonalkaline dikenal pula dengan nama sel Leclanche dan menggunakan seng sebagai penutup sekaligus bertindak sebagai anoda dan batang grafit sebagai katoda yang dicelupkan di tengah-tengah pasta.

Pasta terdiri dari campuran dari batu kawi (mangan(IV) oksida, MnO₂), karbon dan sedikit air. Air yang terkandung jumlah kecil sehingga sering disebut dry cell atau sel kering.

Baterai jenis ini pada suhu tinggi kapasitas akan turun dengan drastis, oleh sebab itu penyimpanan baterai ini harus ditempat yang bersuhu rendah. Reaksi yang terjadi dalam satu sel Leclanche:

Gambar Bagian-Bagian Baterai Kering (Dry Cell) (Sumber : Raymond Chang, Chemistry 10^th edition )

Potensial satu sel Leclanche adalah 1,5 volt atau reaksi redoks yang terjadi pada satu sel Leclanche akan menghasilkan tegangan sebesar 1,5 volt. Sedangkan baterai kering jenis alkaline pada dasarnya sama dengan sel Leclanche, tapi bersifat basa karena menggunakan NH₄Cl dalam pasta menggantikan KOH.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

B. BATERAI NIKEL-KADMIUM

Baterai nikel kadmium atau sering disingkat nikad merupakan salah satu baterai kering yang dapat diisi ulang. Baterai ini anoda berupa logam kadmium dan katodanya berupa nikel(IV) oksida (NiO₂) dengan sedikit air. Baterai nikad menghasilkan energi yang cukup besar dengan ukuran yang relatif kecil yaitu sekitar 1,2 volt.

Berikut reaksi yang terjadi pada baterai nikad:

Baterai nikad memiliki beberapa kelebihan antara lain lebih ringan, lebih awet, charging efisien dan tegangan yang dihasilkan lebih stabil. Namun penggunaannya kini terbatas bahkan tidak digunakan lagi, hal ini disebabkan oleh beberapa hal yakni:

- Ditemukan jenis baterai yang lebih modern.

- Baterai nikad yang tidak digunakan lagi jika dibuang dapat mencemari lingkungan. karena kadmium merupakan salah satu logam berat.

- Isi ulang hanya dilakukan bila dayanya benar-benar telah kosong.

- Biaya produksi mahal sehingga harga jual relatif lebih mahal dibanding baterai biasa.

C. BATERAI PERAK OKSIDA

Baterai perak oksida biasanya digunakan pada arloji, alat bantu pendengaran, dan kalkulator. Baterai ini menggunakan perak oksida sebagai katoda dan seng sebagai anoda sedangakan elektrolit atau pasta menggunakan KOH.  Baterai litium memiliki potensial antara 1,5-1,6 volt dan dapat bertahan untuk waktu yang cukup lama.

D. BATERAI MERKURI

Gambar Bagian-Bagian Baterai Merkuri (Sumber : Raymond Chang, Chemistry 10^th edition )

Dalam sel merkuri (sel raksa) anoda berupa amalgam seng dengan raksa, katodanya adalah baja stainless steel sedangkan elektrolitnya berupa merkuri(II) oksida (HgO). Sel merkuri menyerupai sel Leclanche dan sering digunakan dalam dunia kedokteran dan industri elektronik dengan potensial yang dihasilkan sebesar 1,35 volt.

E. ACCU

Gambar Bagian-Bagian Accu (Sumber : Raymond Chang, Chemistry 10^th edition )

Aki atau accu tergolong jenis sel volta sekunder dan umumnya digunakan pada kendaraan bermotor. Selain berfungsi untuk menggerakkan motor starter, aki juga berperan sebagai penyimpan listrik dan sekaligus sebagai penstabil tegangan dan arus listrik kendaraan. Sel aki terdiri dari timbal sebagai anoda dan timbal dioksida (PbO₂) sebagai katoda. Kedua elektroda berupa zat padat berpori yang dicelupkan ke dalam larutan asam sulfat. Reaksi yang terjadi dalam sel aki adalah sebagai berikut :

Katoda (+)   :   PbO₂(s) +  4H⁺(aq) +  SO₄^2-(aq) +  2e  ⟶  PbSO₄(s) +  2H₂O(l)   

Anoda (-)     :   Pb(s) +  SO₄^2-(aq)  ⟶  PbSO₄(s) + 2e

Reaksi sel    :   PbO₂(s) +  Pb(s) +  4H⁺(aq) +  2SO₄^2-(aq)  ⟶  2PbSO₄(s) +  2H₂O(l) 

Aki tidak memerlukan jembatan garam karena elktroda dan hasil reaksi dari sel aki tidak larut dalam sulfat, sehingga kedua elektrode cukup disekat dengan bahan fiberglas agar keduanya tidak bersentuhan. Pada kondisi normal, masing-masing sel menghasilkan potensial sebesar 2 volt. Dengan demikian aki 6 volt terdiri 3 sel dan aki 12 volt terdiri 6 sel.

Ketika reaksi diatas terjadi, kedua elektroda ditutupi oleh kristal putih padatan plumbum(II) sulfat, PbSO₄, sehingga lama-kelamaan asam sulfatnya akan berkurang dan terus berkurang hingga habis. Akibatnya tidak terdapat selisih potensial lagi, dikatakan aki sudah habis setrumnya.

Reaksi pengosongan aki:

Katode         :   PbO₂(s) + 4H⁺(aq) + SO₄²‾(aq) + 2e ⟶ PbSO₄(s) + 2H₂O(l)

Anode          :   Pb(s) + SO₄²‾(aq)                                 ⟶  PbSO₄(s) + 2e

Reaksi sel :   Pb(s) + PbO₂(s) + 4H⁺(aq) + 2SO₄²‾(aq) ⟶ PbSO₄(s) + 2H₂O(l)

Reaksi pengisian aki:

Katode         :           PbSO₄(s) + 2e          ⟶ Pb(s) + SO₄²‾(aq)

Anode          :           PbSO₄(s) + 2H₂O(l)   ⟶ PbO₂(s) + 4H⁺(aq) + SO₄²‾(aq) + 2e

Reaksi sel :           2PbSO₄(s) + 2H₂O(l) ⟶ Pb(s) + PbO₂(s) + 4H⁺(aq) + 2SO₄²‾(aq)

F. BATERAI ION LITIUM

Baterai ion litium merupakan baterai primer yang dapat diisi ulang tanpa harus menunggu dayanya habis. Proses penghasilan listrik pada baterai litium-ion sebagai berikut: Jika anoda dan katoda dihubungkan, maka elektron mengalir dari anoda menuju katoda, bersamaan dengan itu listrik pun mengalir.

Pada bagian dalam baterai, terjadi proses pelepasan ion litium pada anoda, untuk kemudian ion tersebut berpindah menuju katoda melalui elektrolit. Dan di katoda, bilangan oksidasi kobalt berubah dari 4 menjadi 3, karena masuknya elektron dan ion litium dari anoda. Sedangkan proses recharging/pengisian ulang terjadi proses sebaliknya.

Gambar Bagian-bagian Baterai Ion Litium dan Peregrakan ion litium pada saat digunakan  (Sumber : Raymond Chang, Chemistry 10^th edition )

Baterai ion litium banyak digunakan pada peralatan elektronik, seperti laptop, kamera digital, dan telepon seluler. Pada baterai ion litium anoda berupa Li dalam grafit, sementara katoda berupa oksida logam transisi, misalnya MnO₂ dan CoO₂, sedangkan elektrolit berupa suatu garam litium, misalnya litium perklorat (LIClO₄).

Baterai ion litium memiliki beberapa kelebihan jika di banding dengan jenis baterai biasa seperti sel Leclanche yaitu tegangan yang dihasilkan lebih tinggi (sekitar 2,9-3,4 volt), memiliki umur pakai lebih yang panjang, lebih ringan dan kecil. Keuntungan menggunakan litium sebagai anoda dibanding logam lain yaitu memiliki nilai potensial reduksi standar lebih negatif (-3,04 volt) dan lebih ringan. Namun penggunaan baterai ini ekstra hati-hati karena pada keadaan tertentu dapat meledak.

G. BATERAI NIKEL-METAL HIDRIDA (Ni-MH)

Baterai nikel-metal hidrida merupakan baterai NiCad yang telah disempurnakan dan memiliki kapasitas penyimpanan energi 2-3 kali lebih besar dari baterai NiCad. Baterai nikel-metal hidride, menggunakan material penyimpan hidrogen sebagai anoda dan nikel hidroksida sebagai katoda. Elektrolit berupa KOH. Baterai ini mampu menghasilkan 1.32 V.

H. FUEL CELL

Fuel cell atau sel bahan bakar banyak dikembangkan sebagai sumber penghasil listrik yang sangat bersih, ramah lingkungan, aman dan mempunyai resiko yang sangat kecil. Ful cell terdiri dari anoda dan katoda yang dihubungkan dengan elektroda yang inert. Pada anoda diisi oksigen sedangkan pada katoda berupa hidrogen. Potensial yang dihasilkan adalah sebesar 1,23 volt. Reaksi yang terjadi pada fuel cell:

Gambar Bagian-Bagian Full Cell  (Sumber : Raymond Chang, Chemistry 10^th edition)

Kini telah dikembangkan mobil ramah lingkungan menggunakan fuel cell. Mobil yang dikembangkan bahan bakar utamanya adalah gas hidrogen yang disimpan di dalam sebuah tangki bertekanan tinggi untuk mencairkan hidrogen.