TUGAS TEKNIK TENAGA LISTRIK BATERAI

DOSEN PEMBIMBINGR. Suryoto Edi Raharjo, S.T., M.Eng

DISUSUN OLEHDanang Henri Wibowo (1310502011)

UNIVERSITAS TIDAR MAGELANGFAKULTAS TEKNIKS1 TEKNIK MESIN

2015

Pengertian batreBaterai ditemukan oleh  Alesandro Volta pada tahun 1800-an. Istilah baterai sendiri berasal

dari bahasa Inggris dan dikemukakan pertama kali oleh Benjamin Franklin yaitu “battery” yang berarti “deretan”, namun di kehidupan sehari-hari baterai sering diartikan sebagai sebuah sel kering (a single dry cell).

Baterai adalah  kumpulan dari beberapa sel listrik yang digunakan untuk menyimpan energi kimia untuk selanjutnya diubah menjadi energi listrik. Sel listrik terdiri dari elektroda dan elektrolit, di mana elektroda positif adalah katoda dan elektroda negatif adalah anoda. Baterai menggunakan prinsip elektrokimia sebagai dasar dari kerja baterai untuk mengonversi energi kimia menjadi energi listrik. Di dalam baterai terjadi reaksi reduksi-oksidasi atau reaksi redoks yang merupakan reaksi inti dimana elektron bergerak dan menghasilkan emf (gaya gerak listrik).

Awalnya baterai banyak menggunakan elektrolit yang berupa cairan kimia dan menggunakan bahan gelas sebagai tempatnya. Sehingga, pada saat tersebut penggunaan baterai sangat terbatas dan rawan kerusakan. Namun, pada akhir abad ke sembilan belas penemuan baterai kering dengan elektrolit berbahan pasta menyebabkan penggunaan baterai menjadi lebih fleksibel dan praktis. Saat ini penggunaan baterai sangatlah luas, dari baterai kancing untuk arloji, baterai AA untuk senter, Lithium-Ion untuk handphone, hingga Aki untuk kendaraan bermotor.

Prinsip Kerja BateraiBaterai terdiri dari dua bagian. Bagian pertama yaitu bagian positif yang terdiri dari kation dan katoda, dimana katoda (elektroda positif) sebagai tempat pergerakan kation(ion positif). Bagian kedua yaitu bagian negatif yang terdiri dari anion dan anoda, dimana anoda (elektroda negatif) sebagai tempat pergerakan anion(ion negatif). Baterai juga mempunyai elektrolit yang merupakan bahan kimia sebagai sumber energi. Baterai ada yang menggunakan dua jenis elektrolit dan juga ada yang menggunakan satu jenis elektrolit. Katoda dan Anoda sebagai kutub-kutub dari baterai tidak berhubungan secara langsung satu sama lain, melainkan dihubungkan oleh elektrolit. Di dalam baterai tersebut  terjadi reaksi redoks, di mana reaksi reduksi terjadi pada kation di katoda dan reaksi oksidasi terjadi pada anion di anoda. Dari reaksi inilah timbul pergerakan elektron yang menyebabkan adanya gaya-gerak listrik.Perbedaan ggl antara katoda dan anoda disebut sebagai tegangan kutub. Tegangan kutub baterai pada kondisi rangkaian terbuka memiliki nilai yang sama dengan ggl dari baterai. Namun, tegangan kutub baterai pada kondisi rangkaian tertutup adalah lebih kecil dibandingkan pada kondisi rangkaian terbuka yang dikarenakan “hambatan dalam” dari baterai. Dimana besar hambatan dalam baterai dapat dirumuskan sebagai berikut:Keterangan:     Ri           = hambatan dalam baterai (Ω)

                     E         = ggl (volt)                         Vt        = tegangan kutub (volt)                         I          = arus (amper) 

Sedangkan daya yang dapat disuplai baterai merupakan hasil kali dari Kapasitas baterai dengan Tegangan kutub dari baterai tersebut. Contohnya bateri Lithium ion yang memiliki tegangan 3,6 volt dan kapasitas 2000 mAh memiliki daya 7,2 Wh.Luas dan jarak antar elektroda dalam baterai mempengaruhi tahanan dalam baterai, sedangkan ggl baterai dipengaruhi oleh kuat-lemahnya elektrolit.

Klasifikasi Baterai Berdasar

penggunaannya Berdasarkan

elektrolitnya

Berdasar penggunaannya, baterai dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

Baterai Primer Baterai Sekunder

Baterai Primer

Adalah baterai yang hanya dapat digunakan sekali, setelah habis tidak dapat dicharge kembali. Baterai primer dapat langsung digunakan setelah diproduksi. Baterai primer memiliki densitas energi yang relatif lebih besar dari pada baterai sekunder namun hanya dirancang untuk peralatan-peralatan dengan konsumsi arus listrik yang rendah saja. Contoh baterai primer : baterai Alkalin dan baterai Seng Karbon

Tabel 1. Tabel spesifikasi baterai primer

Baterai Tegangan

(volt)

Energi Densitas

(MJ/Kg)

Keterangan

Seng-karbon 1,5 0,13 tidak mahal

Alkalin 1,5 0,4-0,59 tidak mahal

Lithium 3 0,83-1,01 mahal

Seng-udara 1,35-1,65 1,59 biasa digunakan untuk alat

pendengaranPerak-oksida 1,55 0,47 sangat mahal

Baterai SekunderBaterai sekunder merupakan baterai yang dapat digunakan kembali setelah habis. Baterai sekunder dapat diisi kembali dengan cara mengalirkan arus listrik (charge)  pada baterai tersebut. Dalam penggunan reaksi yang terjadi adalah reaksi redoks, dan dalam pengisian, reaksi yang terjadi adalah reaksi elektrolisa.Contoh umum baterai sekunder adalah baterai Asam-timbal (Aki).  Karena ukurannya yang relatif besar, aki dapat mensuplai energi listrik yang cukup besar pula. Namun Aki hanya dapat digunakan  dalam posisi yang tetap karena aki tidak memiliki pelindung kusus dan memiliki ventilasi. Contoh Baterai sekunder lainnya yaitu Lithium-ion dan Nickel-cadmium

Tabel 2. Tabel spesifikasi baterai sekunder

Baterai Tegangan

(volt)

Energi Densitas

(MJ/Kg)

Keterangan

Nikel-Kadmium 1,2 0,14 tidak mahal

Asam-Timbal 2,1 0,14  mahal

NiMH 1,2 0,36 tidak mahal

Nikel seng 1,6 0,36 mahal

Lithium-Ion 3,6 0,46 sangat mahal

Berdasarkan elektrolitnya baterai dapat dibagi menjadi: Baterai Kering Baterai Basah

Baterai KeringBaterai kering memiliki elektrolit berbentuk pasta yang agak padat dan sulit mengalami pergerakan sehingga dapat dioperasikan dalam berbagai posisi. Oleh karena itu baterai kering banyak digunakan untuk peralatan yang mudah dibawa-bawa. Meskipun memiliki nama baterai kering, baterai ini tetap memiliki kelembapan sebagai penghantar arus listrik.Contoh Umum baterai kering adalah baterai seng karbon. Baterai seng karbon menggunakan seng sebagai anoda dan karbon sebagai katodanya. Contoh lain dari baterai kering yaitu Sepeda Motor (1 amp), baterai remote, baterai Notebook, baterai HP, dll

Baterai Basah

Baterai basah adalah baterai yang menggunakan elektrolit berbentuk cairan. Baterai basah banyak digunakan pada saat awal pengembangan baterai. Kini baterai basah kebanyakan hanya dibuat dan digunakan untuk kebutuhan laboratorium saja. Contohnya: Baterai dengan pengeluaran gas, Baterai dengan sambungan probe, Baterai bebas pemeliharaan, Baterai "S"

Tabel 3. Tabel Ukuran SelBaterai Kapasitas

(m.Ah)

Tegangan

(v)

Massa (gr)

Tinggi

(mm)

Panjang

(mm)

Lebar

(mm)

Diameter

(mm)9V 625 9 45,6 48,5 26,5 17,5 kubus

N 1000 1,5 9 30,2 silinder - 12

AA 1250 1,5 11,5 44,5 Silinder - 10,5

AAA 2890 1,5 23 50,5 Silinder - 14,5

C 8350 1,5 66,2 50 Silinder - 26,2

D 20500 1,5 148 61,5 silinder 34,2

Konstruksi Baterai Kotak baterai Elektrolit Baterai Sumbat Ventilasi Pelat Positif dan Negatif Separator dan lapisan serat gelas

(Fiber Glass) Penghubung sel Separator

Reaksi Kimia pada Baterai

Baterai merupakan pembangkitan listrik secara kimia. Listrik dibangkitkan akibat reaksi kimia antara plat positip,  elektrolit baterai dan plat negatip. Saat baterai dihubungkan dengan sumber listrik arus searah maka terjadi proses pengisian (charge).Proses tersebut secara kimia dapat dirumuskan sebagai berikut: Plat (+) + Elektrolit + Plat  (-)      Plat (+)  +  Elektrolit  +  Plat  (-) Pb SO4  + 2 H2O + PbSO4              PbO2   + 2H2SO4  + PbSaat sistem starter berfungsi maka energi listrik yang tersimpan di baterai akan mengalir ke beban, proses ini sering disebut proses pengosongan (discharge).Proses pengosongan secara kimia dapat dirumuskan sebagai berikut: Plat (+) + Elektrolit + Plat  (-)        Plat (+)  +  Elektrolit  +  Plat  (-) Pb SO4  + 2H2SO4 + PbSO4           PbO2   + 2 H2O  + PbDari  reaksi kimia tersebut terdapat perbedaan elektrolit baterai saat kapasitas baterai penuh dan kosong,  dimana saat baterai penuh elektroli terdiri dari 2H2SO4, sedangkan  saat kosong elektrolit batarai adalah 2H2O.

Rangkaian instalasi pemakaian baterai

Rangkaian seri Rangkaian paralel Rangkaian seri paralel

Contoh-contoh Baterai Asam-Timbal Seng-Karbon Baterai Mercury Nikel-Kadmium Lithium-Ion Baterai Lemon

Rangkaian instalasi pengisian bateraiPengisian lambat Pengisian lambat

membutuhkan waktu 6 - 8 jam

Pengisian cepat Pengisian cepat

membutuhkan waktu 3 jam

Memeriksa Baterai Pemeriksaan Visual Pemeriksaan elektrolit dan kebocoran Pengujian Beban

Pemeriksaan Visual Baterai

Kotak baterai Sel-sel baterai Terminal baterai dan konektor kabel Jumlah elektrolit Kabel Baterai Pemegang Baterai

Perawatan dan perbaikan baterai

Periksa tegangan baterai Periksa kondisi berat jenis cairan

elektolit Periksa terminal baterai

Kerusakan-kerusakan pada baterai

1. Kotak baterai retak atau pecah2. Sel baterai rusak3. Tutup baterai tersumbat sehingga baterai melembung4. Terminal baterai korosif5. Air aki selalu kering6. Tegangan baterai selalu turun

Kelebihan dan Kekurangan BateraiKelebihan Baterai Dapat menyimpan energi

listrik. Bentuknya bervariasi  ,

bisa dipilih sesuai kebutuhan.

Fortable (mudah dibawa). Harganya terjangkau. Mudah digunakan Daya simpan yang cukup

lama Dapat dioperasikan

dalam berbagai posisi

Kekurangan Baterai Kapasitas terbatas (kecil). Tidak bisa digunakan sebagai

suplay utama listrik. Tidak bisa ditransmisikan. Tidak bisa untuk tegangan

tinggi. Sifatnya searah Baterai yang sudah tidak dapat

digunakan lagi juga memerlukan pendaur ulang khusus

Zat kimia yang terkandung di dalam baterai bisa membahayakan bagian tubuh yang sensitif

SEKIANDANTERIMAKASIH