Cara Kerja Baterai

Bayangkan sebuah dunia di mana segala sesuatu yang menggunakan listrik harus terpasang pada

steker listrik (colokan listrik). Senter, alat bantu dengar, ponsel, dan perangkat portable lainnya

terhubung dengan steker, membuat ribet dan rumit. Kabel akan digantung di mana-mana, berbahaya

dan tidak enak dipandang. Untungnya, baterai menyediakan kita sumber daya portable yang

membuat banyak kenyamanan di era modern ini menjadi mungkin.

Meskipun ada berbagai jenis baterai, konsep dasar cara kerja baterai tetap sama. Ketika perangkat

tersambung ke baterai, terjadi reaksi yang menghasilkan energi listrik. Hal ini dikenal sebagai reaksi

elektrokimia. Fisikawan Italia, Count Alessandro Volta pertama kali menemukan proses ini pada tahun

1799 ketika ia menciptakan baterai sederhana dari pelat logam dan kardus atau kertas yang

direndam air garam. Sejak itu, berdasarkan desain asli dari Volta, para ilmuwan telah meningkatkan

penciptakan baterai yang terbuat dari berbagai bahan yang menghasilkan baterai dalam berbagai

ukuran.

Hari ini, baterai ada di sekitar kita. Baterai memberi energi untuk jam tangan kita selama berbulan-

bulan pada suatu waktu. Baterai membuat jam alarm dan ponsel kita tetap bekerja, bahkan jika listrik

padam. Mereka menjalankan detektor asap, alat cukur listrik, bor listrik, mp3 player, dan lainnya. Jika

Anda membaca artikel ini dari laptop atau smartphone, Anda bahkan mungkin menggunakan baterai

sekarang! Namun, karena daya perangkat portabel sangat minim dan lazim digunakan, itu sangat

terasa biasa saja. Artikel ini akan memberikan penghargaan yang lebih besar untuk baterai dengan

mengeksplorasi sejarah mereka, serta bagian dasar, reaksi dan proses yang membuat mereka

bekerja (cara kerja baterai).

Sejarah Baterai

Baterai telah ada mungkin lebih lama dari Anda. Pada tahun 1938, arkeolog Wilhelm Konig

menemukan beberapa pot tanah liat yang aneh saat menggali di Khujut Rabu, sekarang bernama

Baghdad, Irak. Sebuah wadah yang memiliki panjang sekitar 5 inci (12,7 cm), berisi sebuah batang

besi terbungkus tembaga berasal dari sekitar tahun 200 SM. Pengujian menunjukkan bahwa bejana

tersebut dulu pernah diisi dengan zat asam seperti cuka atau anggur, yang membuat Konig percaya

bahwa bejana ini merupakan sebuah baterai kuno. Sejak penemuan tersebut, para ilmuan telah

menghasilkan replika pot yang sebenarnya mampu menghasilkan muatan listrik. “Baterai Baghdad”

tersebut mungkin telah digunakan untuk ritual agama, tujuan pengobatan , atau

bahkan elektroplating.

Pada tahun 1799, fisikawan Italia Alessandro Volta menciptakan

baterai pertama dengan susunan lapisan seng, karton atau kain, dan perak yang direndam di air

garam. Pengaturan ini, yang disebut tumpukan volta, ini bukan perangkat pertama untuk

menciptakan listrik, tapi ini adalah yang pertama memancarkan listrik yang stabil, arus yang tahan

lama. Namun, ada beberapa kelemahan dari penemuan Volta. Ketinggian di mana lapisan bisa

ditumpuk terbatas karena berat tumpukan akan membuat air garam keluar dari karton atau kain.

Cakram logam juga cenderung cepat korosi, memperpendek umur baterai. Meskipun begitu, satuan

gaya gerak listrik yang digunakan hingga saat ini adalah Volt untuk menghormati prestasi Volta.

Terobosan berikutnya dalam teknologi baterai

datang pada tahun 1836 ketika kimiawan Inggris, John Frederick Daniell menemukan sel Daniell.

Pada awal baterai ini, piring tembaga ditempatkan di bagian bawah wadah kaca dan larutan sulfat

tembaga dituangkan di atas piring mengisi setengah wadah kaca. Kemudian pelat seng digantung

dalam wadah, dan larutan sulfat seng ditambahkan. Karena tembaga sulfat lebih padat daripada seng

sulfat, larutan seng melayang di atas larutan tembaga dan dikelilingi lempeng seng. Kabel yang

terhubung ke plat seng mewakili terminal negatif, sedangkan yang terhubung ke pelat tembaga

adalah terminal positif. Tentu saja, pengaturan ini tidak akan berfungsi dengan baik dalam senter, tapi

untuk aplikasi stasioner ini bekerja dengan baik. Bahkan, sel Daniell adalah cara yang umum

digunakan untuk memberi listrik pada bel pintu dan telepon sebelum generasi listrik disempurnakan.

Pada tahun 1898, Colombia Dry Cell menjadi yang pertama baterai komersial yang tersedia dijual di

Amerika Serikat. Produsen, Perusahaan Karbon Nasional, kemudian menjadi Perusahaan Baterai

Eveready, yang memproduksi merek Energizer.

Anatomi Baterai dan Cara Kerja Baterai

Lihatlah setiap baterai, dan Anda akan melihat bahwa ia memiliki dua terminal. Satu terminal

bertanda (+), atau positif, sedangkan yang lainnya ditandai (-), atau negatif. Dalam baterai senter

biasa, seperti AA, C atau sel D, terminal terletak di ujung baterai. Pada baterai 9 volt, terminal terletak

bersebelahan satu sama lain di bagian atas baterai. Jika Anda menghubungkan kabel antara dua

terminal, maka elektron akan mengalir dari ujung negatif ke ujung positif secepat mereka bisa. Ini

akan membuat baterai cepat habis dan juga bisa berbahaya, terutama pada baterai dengan daya

lebih besar. Agar anda dapat memanfaatkan muatan listrik yang dihasilkan oleh baterai dengan lebih

tepat, Anda harus menghubungkannya ke sebuah beban. Beban bisa berupa sesuatu seperti bola

lampu, motor atau sirkuit elektronik seperti radio.

Cara kerja baterai secara internal biasanya terletak di dalam sebuah kotak logam plastik. Dalam

kasus ini, katoda terhubung ke terminal positif, dan anoda terhubung ke terminal negatif. Komponen-

komponen ini, lebih umum dikenal sebagai elektroda, menempati sebagian besar ruang di dalam

baterai dan merupakan tempat di mana reaksi kimia terjadi. Sebuah pemisah menjadi penghalang

antara katoda dan anoda, mencegah elektroda agar tidak tersentuh sambil membiarkan muatan listrik

mengalir bebas di antara mereka. Media yang memungkinkan muatan listrik mengalir antara katoda

dan anoda dikenal sebagai elektrolit. Pada akhirnya, collector melakukan muatan ke luar baterai dan

melalui beban.

Reaksi Baterai dan Ilmu Kimia

Banyak yang terjadi di dalam baterai ketika Anda memasukkannya ke dalam senter Anda, remote

control, atau perangkat tanpa kabel lainnya. Sedangkan proses dimana mereka menghasilkan listrik

sedikit berbeda dengan baterai untuk baterai, namun pada intinya tetap sama.

Ketika beban melengkapi rangkaian antara dua terminal, baterai menghasilkan listrik melalui

serangkaian reaksi elektromagnetik antara anoda, katoda, dan elektrolit. Anoda mengalami reaksi

oksidasi di mana dua atau lebih ion (atom atau molekul bermuatan listrik) dari elektrolit bergabung

dengan anoda, menghasilkan senyawa dan melepaskan satu atau lebih elektron. Pada saat yang

sama, katoda berjalan melalui reaksi reduksi, dimana zat katoda, ion dan elektron bebas juga

bergabung untuk membentuk senyawa. Meskipun tindakan ini mungkin terdengar rumit, itu

sebenarnya sangat sederhana: Reaksi di anoda menciptakan elektron, dan reaksi di katoda

menyerap mereka. Hasil akhirnya adalah listrik. Baterai akan terus menghasilkan listrik sampai salah

satu atau kedua elektroda kehabisan bahan yang diperlukan untuk reaksi terjadi.

Baterai modern menggunakan berbagai bahan kimia untuk daya reaksi mereka. Bahan kimia baterai

yang umum termasuk:

Zinc-carbon battery: kimia seng-karbon, umum digunakan di banyak baterai-baterai kering

murah seperti  AAA , AA , C dan D. Anodanya adalah seng, katodanya adalah manggan

dioksida, dan elektrolitnya adalah amonium klorida atau seng klorida.

Baterai Alkaline: kimia ini juga umum digunakan di baterai-baterai kering AA, C, dan D.

Katoda terdiri dari campuran manggan dioksida, sedangkan anoda adalah bubuk seng. Ia

mendapat namanya dari elektrolit kalium hidroksida, yang merupakan zat alkali (alkaline).

Baterai Lithium-ion (rechargeable): kimia lithium sering digunakan dalam perangkat

berkinerja tinggi, seperti ponsel, kamera digital, dan bahkan mobil listrik. Beragam zat yang

digunakan dalam baterai lithium, namun kombinasi yang umum adalah katoda lithium kobalt

oksida dan anoda karbon.

Timbal-asam baterai (rechargeable): ini adalah kimia yang digunakan pada baterai tipikal

seperti aki mobil. Elektroda biasanya terbuat dari timbal dioksida dan timbal logam,

sedangkan elektrolit adalah larutan asam sulfat .

Baterai Isi Ulang (Rechargeable)

Dengan meningkatnya perangkat portable seperti laptop, ponsel, MP3 player, dan alat-alat listrik

tanpa kabel lainnya, kebutuhan akan baterai isi ulang meningkat dengan pesat dalam beberapa tahun

terakhir. Baterai isi ulang telah ada sejak tahun 1859, ketika fisikawan Perancis, Gaston Plante

menemukan sel asam timbal. Dengan timbal anoda, timbal dioksida katoda, dan elektrolit asam sulfat,

baterai Plante adalah pendahulu dari aki mobil saat ini.

Baterai non-rechargeable, atau sel primer, dan baterai isi ulang, atau sel sekunder, menghasilkan

arus dengan cara yang sama: melalui reaksi elektrokimia melibatkan anoda, katoda, dan elektrolit.

Dalam baterai isi ulang, reaksinya dapat dibalik. Ketika energi listrik dari sumber luar diterapkan pada

sel sekunder, aliran elektron negatif ke positif yang terjadi selama pelepasan dibalik, dan pengisian

muatan sel dikembalikan. Baterai isi ulang yang paling umum di pasar saat ini adalah lithium-ion

(LiOn) , meskipun nikel-metal hidrida ( NiMH ) dan nikel – kadmium ( NiCd ) merupakan baterai yang

juga pernah sangat umum digunakan.

Dalam hal baterai isi ulang, tidak semua baterai dibuat sama. Baterai NiCd termasuk yang pertama

sel sekunder yang tersedia secara luas, tetapi mereka mengalami masalah sulit yang dikenal sebagai

efek memori. Pada dasarnya, jika baterai ini tidak sepenuhnya habis setiap kali mereka digunakan,

mereka akan cepat kehilangan kapasitasnya. Baterai NiCd sebagian besar ditinggalkan karena ada

baterai NiMH. Sel-sel sekunder membanggakan kapasitas yang lebih tinggi dan hanya sedikit

dipengaruhi oleh efek memori, tetapi mereka tidak memiliki umur simpan yang sangat baik. Seperti

baterai NiMH, baterai LiOn memiliki umur panjang, tetapi mereka menyimpan muatan lebih baik,

beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, dan tersedia dalam kemasan yang jauh lebih kecil dan

ringan. Pada dasarnya semua teknologi portabel berkualitas tinggi yang diproduksi hari ini mengambil

keuntungan dari teknologi ini. Namun, baterai LiOn saat ini tidak tersedia dalam ukuran standar

seperti AAA, AA, C atau D, dan jauh lebih mahal dari rekan-rekannya yang lebih dulu.

Dengan baterai NiCd dan NiMH, pengisian dapat menjadi rumit. Anda harus berhati-hati untuk tidak

men-charge terlalu berlebihan, karena hal ini dapat menyebabkan penurunan kapasitas. Untuk

mencegah hal ini terjadi, beberapa pengisi beralih ke trickle charge atau cukup matikan pengisian

saat pengisian selesai. Baterai NiCd dan NiMH juga harus direkondisi, berarti Anda sesekali harus

benar-benar melakukan pengosongan dan pengisian lagi untuk meminimalkan kehilangan kapasitas.

Di sisi lain, baterai LiOn, memiliki pengisian daya canggih yang mencegah pengisian yang berlebihan

dan tidak perlu direkondisi.

Bahkan pada akhirnya baterai isi ulang pun akan mati, meskipun mungkin membutuhkan ratusan kali

pengisian ulang sebelum hal itu terjadi. Ketika mereka akhirnya benar-benar mati, pastikan untuk

membuang mereka di fasilitas daur ulang.

Pengaturan Baterai dan Tenaga Listrik

Dalam banyak perangkat yang menggunakan baterai -

seperti radio portabel dan senter- Anda tidak menggunakan hanya satu sel baterai untuk tiap-tiap

perangkat tersebut. Anda biasanya mengelompokkan mereka bersama-sama dalam susunan serial

untuk meningkatkan tegangan atau dalam susunan paralel untuk meningkatkan arus. Gambar

disamping menunjukkan dua pengaturan tersebut.

Gambar disamping menunjukkan susunan paralel. Empat baterai secara paralel bersama-sama akan

menghasilkan tegangan satu sel, tetapi arus yang mereka suplai akan empat kali lipat dari satu sel.

Arus adalah tingkat dimana muatan listrik melewati sirkuit, dan diukur dalam ampere. Baterai memiliki

nilai dalam amp-hours, atau, dalam kasus baterai rumah tangga yang lebih kecil, milliamp-hours

(mAh). Sebuah sel baterai rumah tangga biasanya memiliki nilai 500 milliamp-hours harus mampu

memasok 500 milliamps arus ke beban selama satu jam. Anda dapat memilah-milah nilai milliamp-

hours dalam banyak cara yang berbeda. Sebuah baterai dengan 500 milliamp-hours juga bisa

menghasilkan 5 milliamps selama 100 jam, 10 milliamps selama 50 jam, atau, secara teoritis, 1.000

milliamps selama 30 menit. Pada umumnya, baterai dengan nilai amp-hours yang lebih tinggi memiliki

kapasitas yang lebih besar.

Pada bagian bawah gambar menunjukkan susunan serial. Empat baterai secara seri bersama-sama

akan menghasilkan arus satu sel, tetapi tegangan yang mereka suplai akan empat kali lipat dari satu

sel. Tegangan adalah ukuran energi per satuan muatan dan diukur dalam volt. Dalam baterai,

tegangan menentukan seberapa kuat elektron didorong melalui sirkuit, seperti tekanan menentukan

seberapa kuat air didorong melalui selang. Kebanyakan baterai AAA, AA, C dan D memiliki tegangan

sekitar 1,5 volt.

Bayangkan baterai yang ditunjukkan pada gambar yang memiliki nilai sebesar 1,5 volt dan 500

milliamp-hours. Empat baterai susunan paralel akan menghasilkan 1,5 volt dan 2.000 milliamp-hours.

Empat baterai disusun secara seri akan menghasilkan 6 volt di 500 milliamp-hours.

Teknologi baterai telah maju dengan pesat sejak zaman tumpukan Volta. Perkembangan ini jelas

tercermin dalam dunia portabel yang serba cepat, yang lebih tergantung dari sebelumnya pada

sumber daya portabel yang disediakan baterai. Kita hanya bisa membayangkan seperti apa generasi

berikutnya dari baterai yang lebih kecil, lebih kuat, dan tahan lama akan hadir.

Sumber – Cara Kerja Baterai