Sel
volta
Sel Volta
adalah rangkaian sel yang dapat menghasilkan arus listrik. Dalam sel tersebut
terjadi perubahan dari reaksi redoks menghasilkan arus listrik.
Sel volta
terdiri atas elektroda tempat berlangsungnya reaksi oksidasi disebut anoda(electrode
negative), dan tempat berlangsungnya reaksi reduksi disebut katoda(electrode
positif).
Rangkaian Sel
Galvani/Sel Volta
Contoh
rangkaian sel galvani.
sel galvani
terdiri dari beberapa bagian, yaitu:
- voltmeter, untuk menentukan besarnya potensial sel.
- jembatan garam (salt bridge), untuk menjaga kenetralan muatan listrik pada larutan.
- anoda, elektroda negatif, tempat terjadinya reaksi oksidasi. pada gambar, yang bertindak sebagai anoda adalah elektroda Zn/seng (zink electrode).
- katoda, elektroda positif, tempat terjadinya reaksi reduksi. pada gambar, yang bertindak sebagai katoda adalah elektroda Cu/tembaga (copper electrode).
Proses dalam Sel
Galvani
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
Pada katoda,
ion Cu2+ menangkap elektron dan mengendap menjadi logam Cu.
Cu2+(aq) + 2e-
→ Cu(s)
hal ini
dapat diketahui dari berkurangnya massa logam Zn setelah reksi, sedangkan massa
logam Cu bertambah. Reaksi total yang terjadi pada sel galvani adalah:
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq)
+ Cu(s)
Makin ke
kanan, mudah
direduksi sukar dioksidasi
Makin ke
kiri, mudah
dioksidasi sukar direduksi
Sel Volta
dalam kehidupan sehari – hari :
1. Sel Kering (Sel Leclanche)
Persamaan reaksinya :
Katode : 2MnO2 + 2H+ + 2e ” Mn2O3 + H2O
Anode : Zn ” Zn2+ + 2e
Reaksi sel : 2MnO2 + 2H+ + Zn ” Mn2O3 + H2O + Zn2
2. Sel Aki
Sel aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat berfungsi penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat dikeluarkan . Anodenya terbuat dari logam timbal (Pb) dan katodenya terbuat dari logam timbal yang dilapisi PbO2.Reaksi penggunaan aki :
Anode : Pb + SO4 2- ” PbSO4 + 2e
Katode : PbO2 + SO42-+ 4H++ 2e ” PbSO4 + 2H2O
Reaksi sel : Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+ ” 2PbSO4 + 2H2O
Reaksi
Pengisian aki :
2PbSO4 + 2H2O ” Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+
2PbSO4 + 2H2O ” Pb + 2SO4 2- + PbO2 + 4H+
3. Sel Perak Oksida
Sel ini
banyak digunakan untuk alroji, kalkulator dan alat elektronik.
Reaksi yang terjadi :
Reaksi yang terjadi :
Anoda :
Zn(s) + 2OH-(l) ” Zn(OH)2(s) + 2e
Katoda : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e ” 2Ag(s) + 2OH-(aq)
Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) ” Zn(OH)2(s) + 2Ag(s)
Katoda : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e ” 2Ag(s) + 2OH-(aq)
Reaksi Sel : Zn(s) + Ag2O(s) + H2O(l) ” Zn(OH)2(s) + 2Ag(s)
Potensial
sel yang dihasilkan adalah 1,34 V
4. Sel Nikel Cadmium (Nikad)
Sel Nikad
merupakan sel kering yang dapat diisi kembali (rechargable). Anodenya terbuat
dari Cd dan katodenya berupa Ni2O3 (pasta). Beda potensial yang dihasilkan
sebesar 1,29 V. Reaksinya dapat balik :
NiO(OH).xH2O
+ Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2.yH2O + Cd(OH)2
5. Sel Bahan Bakar
Sel Bahan
bakar merupakan sel Galvani dengan pereaksi – pereaksinya (oksigen dan
hidrogen) dialirkan secara kontinyu ke dalam elektrode berpori. Sel ini terdiri
atas anode dari nikel, katode dari nikel oksida dan elektrolit KOH.
Anode :
2H2(g) + 4OH-(aq) → 4H2O(l) + 4e
Katode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH-(aq)
Reaksi sel : 2H2(g) + O2 → 2H2O(l)
Katode : O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH-(aq)
Reaksi sel : 2H2(g) + O2 → 2H2O(l)
BATERAI
Bagian-bagian baterai:
Bagian-bagian baterai:
 |
Prinsip kerja dari baterai Litium-ion
Pada table
1, memperlihatkan perbandingan 3 jenis baterai yang menjadi perhatian saat ini.
Yaitu, fuel cells, baterai nikel-metal hydride dan baterai litium-ion. Terlihat
pada table, ketiga jenis baterai ini sama-sama memanfaatkan reaksi redoks
(reduksi dan oksidasi) pada kedua elektroda untuk menghasilkan listrik.
Fuel cells
memanfaatkan reaksi antara hydrogen dan oksigen untuk menghasilkan listrik.
Voltase yang dihasilkan, secara teoritis 1.23 V, namun pada kenyataannya hanya
menghasilkan dibawah 1.0 V. Sedangkan baterai nikel-metal hydride, menggunakan
material penyimpan hydrogen sebagai anoda, dan nikel hidroksida sebagai katoda.
Baterai ini mampu menghasilkan 1.32 V.
Tabel 1. Reaksi utama yang terjadi pada beberapa
baterai (Chemistry Today 2009, 463, pg 20)
a) Fuel
cells
|
|||
Katoda
|
H2O
|
↔
|
2H+
+1/2O2 + 2e-
|
Anoda
|
2H+
+ 2e-
|
↔
|
H2
|
Reaksi
keseluruhan
|
H2O
|
↔
|
H2
+1/2O2
|
Elektroda
: C/Pt , voltase : (teori 1.23 V, kenyataannya ~1.0 V)
|
|||
b) Baterai
Nickel-Metal hydride
|
|||
Katoda
|
NiII(OH)2
+ OH-
|
↔
|
NiIIIOOH
+ H2O + e-
|
Anoda
|
M + H2O
+ e-
|
↔
|
MH + OH-
|
Reaksi
keseluruhan
|
NiII(OH)2
+ M
|
↔
|
NiIIIOOH
+ MH
|
Larutan
elektrolit : KOH, voltase : 1.32V
|
|||
c) Baterai
Litium-ion
|
|||
Katoda
|
LiCOIIIO2
|
↔
|
CoIVO2
+ Li+ + e-
|
Anoda
|
Li+
+e-
|
↔
|
Li
|
Reaksi
keseluruhan
|
LiCOIIIO2
|
↔
|
Li + CoO2
|
Larutan
elektrolit : LiPF6 (larutan karbonat), voltase : 3.70V
|
|||
Diantara
ketiga jenis baterai ini, baterai litium-ion lah yang menghasilkan voltase
tertinggi, 2 kali lipat dari yang dihasilkan baterai nickel-metal hydride.
Baterai litium menggunakan komposit berstruktur layer, Litium Cobalt Oxide
(LiCoO2), sebagai katoda, dan material karbon (dimana litium
disisipkan diantara lapisan karbon) sebagai anoda.
Susunan
struktur dari baterai litium-ion bisa dilihat di gambar 1. Baterai litium ion
sendiri terdiri atas anoda, separator, elektrolit, dan katoda. Pada katoda dan
anoda umumnya terdiri atas 2 bagian, yaitu bagian material aktif (tempat
masuk-keluarnya ion litium) dan bagian pengumpul elektron (collector current).
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, berkebalikan dengan proses ini.
Dari
berbagai banyak jenis logam, kenapa litium yang sangat menjanjikan untuk anoda?
Litium memiliki nilai potensial standar paling negatif (-3.0 V), paling ringan
(berat atom:6.94 g), sehingga bila dipakai untuk anoda dapat menghasilkan
kapasitas energi yang tinggi.
Gambar 1. Struktur Baterai Litium-ion (Chemistry Today
2009, 463, pg 21, dengan perubahan)
Berikut ini
cara menghitung nilai teori dari kepadatan energi yang dihasilkan oleh baterai
litium ion. Jika menggunakan logam litium pada anoda, maka dari 1 kg logam
litium dapat menghasil kapasitas energi per 1 kg massa sebesar (Coulumb/second
= Ampere) :
Bila dikalikan dengan potensial standar litium (3 V), menjadi 11583 W h/kg (W=Watt, h=hours). Sedangkan bila menggunakan senyawa karbon sebagai anoda, dan dianggap satu unit grafit ( 6 atom karbon) mampu menampung 1 atom litium, maka setiap 1 kg anoda secara teori memiliki kepadatan energi 339 A h/kg.
Bila dikalikan dengan potensial standar litium (3 V), menjadi 11583 W h/kg (W=Watt, h=hours). Sedangkan bila menggunakan senyawa karbon sebagai anoda, dan dianggap satu unit grafit ( 6 atom karbon) mampu menampung 1 atom litium, maka setiap 1 kg anoda secara teori memiliki kepadatan energi 339 A h/kg.
Sama halnya
dengan anoda, kapasitas energi pada katoda bisa dihitung dengan cara yang sama.
Untuk LiCoO2, secara teori memiliki kepadatan energy 137 Ah/kg.
Dengan mengetahui berat molekul dari material elektroda (disebut juga material
aktif) dan setiap molekulnya berapa banyak elektron yang keluar masuk, nilai
teori dari kepadatan energi dapat dihitung.
Karakteristik masing-masing bagian baterai litium ion
Anoda
Seperti yang
sudah dijelaskan diawal, anoda terdiri dari 2 bagian yaitu bagian pengumpul
elektron dan material aktif. Untuk bagian pengumpul elektron biasanya
menggunakan lapisan film tembaga, selain stabil (tidak mudah larut), harganya
pun murah. Sedangkan pada bagian material aktif, tidak menggunakan logam litium
secara langsung, namun menggunakan material karbon (LiC6).
Hal ini
dikarenakan, sulitnya mengkontrol reaksi litium pada permukaan elektroda bila
memakai logam litium secara langsung. Material LiC6 adalah grafit
dimana disetiap layer/lapisan disisipkan logam litium. Kepadatan energinya dari
material ini berkisar 339~372 A h/kg.
Namun salah
satu kelemahan utama pada material karbon ini, adalah terjadi irreversible
capacity. Yaitu, jika baterai dialiri listrik dari luar untuk pertama
kalinya dari keadaan kosong, maka ketika digunakan besar kapasitas/energi yang
dilepas tidak sama ketika proses pengisian. Hal ini dikarenakan terbentuknya
gas pada anoda, sehingga menghalangi pelepasan ion litium. Namun hal ini dapat
dicegah dengan menambahkan zat adiktif seperti vinylene carbonate ke dalam
larutan elektrolit [1].
Selain
material karbon, material berbahan dasar silikon dan Sn merupakan kandidat
besar untuk menjadi material anoda masa depan. Li4.4Si dilaporkan
memiliki kepadatan energy 4140 A h/kg, 8 kali lipat lebih tinggi dibanding LiC6.
Sedangkan Li4.4Sn memeliki kepadatan energy 992 A h/kg. Walaupun
memiliki kepadatan energy yang tinggi, material ini memiliki siklus pemakaian
yang sedikit (tidak bisa dipakai berulang-ulang) akibat dari perubahan volume
material yang signifikan dan terjadinya perubahan fase. Dengan memadukan
silikon-karbon, atau komposit silikon (campuran dengan Cu, Sn, Zn, dan Ti)
dilaporkan dapat meningkatkan siklus pemakaian anoda [2-3].
Kunci dari
pengembangan anoda ini adalah tidak hanya pada kepadatan energi yang tinggi
namun juga siklus pemakaian (cyclability). Seperti Li4Ti5O12/C,
walaupun hanya memiliki kepadatan energy 145 Ah/kg pada suhu 5C, namun bisa dipakai
500 kali siklus dengan kepadatan energy 142 Ah/kg dan menghasilkan potensial
yang tinggi 1.5 V [4]. Ditambah dengan keamanan material ini yang tinggi,
material ini bukan tidak mungkin dipakai sebagai anoda baterai litium-ion untuk
mobil masa depan.
Keuntungan
- Tidak perlu dihubungkan ke sistem listrik yang lebih baik dalam beberapa kasus.
- Kebanyakan hal yang berjalan pada baterai portables.
- Dapat digunakan di daerah-daerah di mana listrik tidak tersedia.
- Dapat dengan mudah diganti.
Kekurangan
- Baterai dapat digunakan hanya untuk waktu yang terbatas, bahkan baterai isi ulang dapat diisi ulang sejumlah kali.
- Beberapa peralatan (peralatan listrik tinggi mengkonsumsi) menjadi lebih berat bila menggunakan baterai.
- Beberapa baterai yang berbahaya dan dapat menyebabkan kebakaran, ledakan, polusi kimia, dll ...
- Beberapa jenis baterai perlu dipelihara dan diperiksa secara berkala.
- Tidak perlu dihubungkan ke sistem listrik yang lebih baik dalam beberapa kasus.
- Kebanyakan hal yang berjalan pada baterai portables.
- Dapat digunakan di daerah-daerah di mana listrik tidak tersedia.
- Dapat dengan mudah diganti.
Kekurangan
- Baterai dapat digunakan hanya untuk waktu yang terbatas, bahkan baterai isi ulang dapat diisi ulang sejumlah kali.
- Beberapa peralatan (peralatan listrik tinggi mengkonsumsi) menjadi lebih berat bila menggunakan baterai.
- Beberapa baterai yang berbahaya dan dapat menyebabkan kebakaran, ledakan, polusi kimia, dll ...
- Beberapa jenis baterai perlu dipelihara dan diperiksa secara berkala.
Akumulator
Gambar dan bagian - bagiannya
Cara kerja akumulator
Berikut
adalah reaksi kimia didalam sel ketika pembebanan ( discharge ):
Pada
anoda : Pb + HSO4– ? PbSO4 + H+
+ 2e–
Pada
katoda : PbO2 + 3H+ + HSO4– +
2e– ? PbSO4 + 2H2O
Overall
reaksi : Pb + PbO2 +2H2SO4? 2PbSO4
+ 2H2O
Ketika cas
aki, reaksi pada masing-masing elektroda berbalik arah. Anoda berubah menjadi
katoda dan katoda berubah menjadi anoda
Aki harus
segera di cas ulang ( recharge ) agar potensi energi kimia naik kembali
dan PbSO4 yang sedang ‘ngaso’ tadi segera terurai kembali
menjadi Pb sebagai material aktif kembali bergabung dengan plat aki dan
SO4 bergabung dengan accu zuur sehingga kadar S.G
accu zuur naik kembali.
Jika
sebagian PbSO4 yang ‘ngaso’ tidak terurai saat recharge karena
berbagai faktor, maka dia akan mengeras sebagai kristal sulfat ( PbSO4
) nemplok pada plat aki. Beberapa minggu kemudian akan mengkristal
permanen dan tidak akan pernah dapat terurai oleh proses recharge.
Menurut riset, dari total kerusakan aki diakui 80% kerusakan sebagai akibat
proses sulfonasi diatas yang membentuk kristal sulfat.
Prinsip kerja aki, pada
saat aki dipakai , kedua elektrodenya perlahan-lahan aka menjadi timbal sulfat.
Hal itu disebabkan, kedual elektrode beraksi dengan larutan asam sulfat. Pada
reaksi tersebut, elektrode timbal melepaskan banyak elektron.
Akibatnya, terjadi aliran arus listrik dari pelat timbal dioksidanya. Setelah beberapa lama dipakai, akhirnya kedua elektrode tertutup oleh timbal sulfat . Akibatnya diantara keduanya tidak ada lagi beda potensial. Keadaan tersebut disebut , akinya soak / mati.
Akibatnya, terjadi aliran arus listrik dari pelat timbal dioksidanya. Setelah beberapa lama dipakai, akhirnya kedua elektrode tertutup oleh timbal sulfat . Akibatnya diantara keduanya tidak ada lagi beda potensial. Keadaan tersebut disebut , akinya soak / mati.
Reaksi
Kimia di Balik Kotak Aki
Aki untuk mobil biasanya mempunyai tegangan sebesar 12 Volt, sedangkan untuk motor ada tiga jenis yaitu, dengan tegangan 12 Volt, 9 volt dan ada juga yang bertegangan 6 Volt. Selain itu juga dapat ditemukan pula aki yang khusus untuk menyalakan tape atau radio dengan tegangan juga yang dapat diatur dengan rentang 3, 6, 9, dan 12 Volt. Tentu saja aki jenis ini dapat dimuati kembali (recharge) apabila muatannya telah berkurang atau habis.
Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses kimiawi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer terdiri dan elemen basah dan elemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer yang menyebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan memerlukan penggantian bahan pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros. Contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells).
Allesandro Volta, seorang ilmuwan fisika mengetahui, gaya gerak listrik (ggl) dapat dibangkitkan dua logam yang berbeda dan dipisahkan larutan elektrolit. Volta mendapatkan pasangan logam tembaga (Cu) dan seng (Zn) dapat membangkitkan ggl yang lebih besar dibandingkan pasangan logam lainnya (kelak disebut elemen Volta).
Hal ini menjadi prinsip dasar bagi pembuatan dan penggunaan elemen sekunder. Elemen sekunder harus diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik melaluinya (secara umum dikenal dengan istilah 'disetrum'). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang kali.
Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia (charging).
Jenis aki yang umum digunakan adalah accumulator timbal. Secara fisik aki ini terdiri dari dua kumpulan pelat yang yang dimasukkan pada larutan asam sulfat encer (H2S04). Larutan elektrolit itu ditempatkan pada wadah atau bejana aki yang terbuat dari bahan ebonit atau gelas. Kedua belah pelat terbuat dari timbal (Pb), dan ketika pertama kali dimuati maka akan terbentuk lapisan timbal dioksida (Pb02) pada pelat positif.
Letak pelat positif dan negatif sangat berdekatan tetapi dibuat untuk tidak saling menyentuh dengan adanya lapisan pemisah yang berfungsi sebagai isolator (bahan penyekat). Proses kimia yang terjadi pada aki dapat dibagi menjadi dua bagian penting, yaitu selama digunakan dan dimuati kembali atau 'disetrum'.
Reaksi kimia
Pada saat aki digunakan, tiap molekul asam sulfat (H2S04) pecah menjadi dua ion hidrogen yang bermuatan positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (S04-). Tiap ion S04 yang berada dekat lempeng Pb akan bersatu dengan satu atom timbal murni (Pb) menjadi timbal sulfat (PbS04) sambil melepaskan dua elektron. Sedang sepasang ion hidrogen tadi akan ditarik lempeng timbal dioksida (PbO2), mengambil dua elektron dan bersatu dengan satu atom oksigen membentuk molekul air (H2O).
Dari proses ini terjadi pengambilan elektron dari timbal dioksida (sehingga menjadi positif) dan memberikan elektron itu pada timbal murni (sehingga menjadi negatif), yang mengakibatkan adanya beda potensial listrik di antara dua kutub tersebut. Proses tersebut terjadi secara simultan, reaksi secara kimia dinyatakan sebagai berikut :
Pb02 + Pb + 2H2S04 -----> 2PbS04 + 2H20
Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat selama penggunaan (discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tahanan antara kutub sangat lemah untuk pemakaian praktis.
Sementara proses kimia selama pengisian aki (charging) terjadi setelah aki melemah (tidak dapat memasok arus listrik pada saat kendaraan hendak dihidupkan). Kondisi aki dapat dikembalikan pada keadaan semula dengan memberikan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arus yang terjadi saat discharging. Pada proses ini, tiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hidrogen yang dekat dengan lempeng negatif bersatu dengan ion S04 pada lempeng negatif membentuk molekul asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang bebas bersatu dengan tiap atom Pb pada lempeng positif membentuk Pb02. Reaksi kimia yang terjadi adalah :
2PbS04 + 2H20 ----> PbO2 + Pb + 2H2S02
Aki kendaraan
Besar ggl yang dihasilkan satu sel aki adalah 2 Volt. Sebuah aki mobil terdiri dari enam buah aki yang disusun secara seri, sehingga ggl totalnya adalah 12 Volt. Accu mencatu arus untuk menyalakan mesin (motor dan mobil dengan menghidupkan dinamo stater) dan komponen listrik lain dalam mobil. Pada saat mobil berjalan aki dimuati (diisi) kembali sebuah dinamo (disebut dinamo jalan) yang dijalankan dari putaran mesin mobil atau motor.
Pada aki kendaraan bermotor arus yang terdapat di dalamnya dinamakan dengan kapasitas aki yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam). Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 45 AH, maka aki tersebut dapat mencatu arus 45 Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 45 jam.
Penulis sempat melakukan penelitian untuk mengetahui karakteristik aki dan hasilnya telah diseminarkan beberapa waktu yang lalu. Penelitian tersebut dilakukan baik saat aki sedang di discharging maupun saat charging. Metodenya adalah dengan mengukur tegangan jepit (Volt) antara kedua kutub dari aki yang dibandingkan per satuan waktu (30 menit). Penelitian tersebut dilakukan untuk aki 12 Volt, 9 Volt dan 6 Volt (meliputi aki mobil dan motor).
Pengamatan ini dilakukan selama kurang lebih lima sampai enam jam untuk tiap jenis aki, dan hasilnya antara tegangan jepit diplot terhadap perubahan waktu. Ternyata aki yang kutubnya terbuat dari timbal dan timbal peroksida dan dicelupkan dalam cairan asam sulfat (yang banyak dipakai) cukup baik hasilnya dalam mempertahankan beda potensial. Karena itu kedua kutub aki timbal dan timbal peroksida mampu mempertahankan perbedaan potensial antara kedua kutub secara stabil, sekalipun arus yang melalui rangkaian cukup besar.
Menghemat aki
Bila mana aki yang setelah kurang lebih satu tahun kita pakai mulai rewel alias 'zwak', ada beberapa tips yang dapat dicoba untuk lebih memperlama umur aki, mengingat harganya cukup mahal.
Sebelum 'disetrum' ulang, buang seluruh cairan asam sulfat yang tersisa dalam aki. Lalu dibilas dengan air murni sebanyak empat kali, dan isi dengan cairan accu zuur. Setelah itu dapat 'disetrum'. Pada pemakaian normal, aki dapat bertahan selama satu sampai tiga bulan.
Atau dapat juga setelah mobil atau motor diparkir, lepaskan salah satu kabel pada kutub positif aki, sehingga pada aki tak ada arus yang benar-benar mengalir. Dan sebaiknya jangan menyalakan perlengkapan yang memerlukan arus (radio atau tape) saat mobil sedang tidak dijalankan.
Dan sebelum terjadi dua hal di atas, perawatan dan pengecekan terhadap tinggi permukaan air aki harus diperhatikan. Dan selain itu juga massa jenis air aki juga harus diukur dengan hidrometer secara berkala.
Bila ternyata ketiga cara di atas tidak maksimal, mungkin sudah saatnya kita perlu membeli aki baru. Kita juga harus ingat, semua barang memiliki umur ekonomis, artinya setelah jangka waktu tertentu digunakan, barang tersebut secara perlahan-lahan akan berkurang kemampuannya dan rusak.
Aki untuk mobil biasanya mempunyai tegangan sebesar 12 Volt, sedangkan untuk motor ada tiga jenis yaitu, dengan tegangan 12 Volt, 9 volt dan ada juga yang bertegangan 6 Volt. Selain itu juga dapat ditemukan pula aki yang khusus untuk menyalakan tape atau radio dengan tegangan juga yang dapat diatur dengan rentang 3, 6, 9, dan 12 Volt. Tentu saja aki jenis ini dapat dimuati kembali (recharge) apabila muatannya telah berkurang atau habis.
Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses kimiawi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer terdiri dan elemen basah dan elemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer yang menyebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan memerlukan penggantian bahan pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros. Contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells).
Allesandro Volta, seorang ilmuwan fisika mengetahui, gaya gerak listrik (ggl) dapat dibangkitkan dua logam yang berbeda dan dipisahkan larutan elektrolit. Volta mendapatkan pasangan logam tembaga (Cu) dan seng (Zn) dapat membangkitkan ggl yang lebih besar dibandingkan pasangan logam lainnya (kelak disebut elemen Volta).
Hal ini menjadi prinsip dasar bagi pembuatan dan penggunaan elemen sekunder. Elemen sekunder harus diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik melaluinya (secara umum dikenal dengan istilah 'disetrum'). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang kali.
Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia (charging).
Jenis aki yang umum digunakan adalah accumulator timbal. Secara fisik aki ini terdiri dari dua kumpulan pelat yang yang dimasukkan pada larutan asam sulfat encer (H2S04). Larutan elektrolit itu ditempatkan pada wadah atau bejana aki yang terbuat dari bahan ebonit atau gelas. Kedua belah pelat terbuat dari timbal (Pb), dan ketika pertama kali dimuati maka akan terbentuk lapisan timbal dioksida (Pb02) pada pelat positif.
Letak pelat positif dan negatif sangat berdekatan tetapi dibuat untuk tidak saling menyentuh dengan adanya lapisan pemisah yang berfungsi sebagai isolator (bahan penyekat). Proses kimia yang terjadi pada aki dapat dibagi menjadi dua bagian penting, yaitu selama digunakan dan dimuati kembali atau 'disetrum'.
Reaksi kimia
Pada saat aki digunakan, tiap molekul asam sulfat (H2S04) pecah menjadi dua ion hidrogen yang bermuatan positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (S04-). Tiap ion S04 yang berada dekat lempeng Pb akan bersatu dengan satu atom timbal murni (Pb) menjadi timbal sulfat (PbS04) sambil melepaskan dua elektron. Sedang sepasang ion hidrogen tadi akan ditarik lempeng timbal dioksida (PbO2), mengambil dua elektron dan bersatu dengan satu atom oksigen membentuk molekul air (H2O).
Dari proses ini terjadi pengambilan elektron dari timbal dioksida (sehingga menjadi positif) dan memberikan elektron itu pada timbal murni (sehingga menjadi negatif), yang mengakibatkan adanya beda potensial listrik di antara dua kutub tersebut. Proses tersebut terjadi secara simultan, reaksi secara kimia dinyatakan sebagai berikut :
Pb02 + Pb + 2H2S04 -----> 2PbS04 + 2H20
Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat selama penggunaan (discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tahanan antara kutub sangat lemah untuk pemakaian praktis.
Sementara proses kimia selama pengisian aki (charging) terjadi setelah aki melemah (tidak dapat memasok arus listrik pada saat kendaraan hendak dihidupkan). Kondisi aki dapat dikembalikan pada keadaan semula dengan memberikan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arus yang terjadi saat discharging. Pada proses ini, tiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hidrogen yang dekat dengan lempeng negatif bersatu dengan ion S04 pada lempeng negatif membentuk molekul asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang bebas bersatu dengan tiap atom Pb pada lempeng positif membentuk Pb02. Reaksi kimia yang terjadi adalah :
2PbS04 + 2H20 ----> PbO2 + Pb + 2H2S02
Aki kendaraan
Besar ggl yang dihasilkan satu sel aki adalah 2 Volt. Sebuah aki mobil terdiri dari enam buah aki yang disusun secara seri, sehingga ggl totalnya adalah 12 Volt. Accu mencatu arus untuk menyalakan mesin (motor dan mobil dengan menghidupkan dinamo stater) dan komponen listrik lain dalam mobil. Pada saat mobil berjalan aki dimuati (diisi) kembali sebuah dinamo (disebut dinamo jalan) yang dijalankan dari putaran mesin mobil atau motor.
Pada aki kendaraan bermotor arus yang terdapat di dalamnya dinamakan dengan kapasitas aki yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam). Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 45 AH, maka aki tersebut dapat mencatu arus 45 Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 45 jam.
Penulis sempat melakukan penelitian untuk mengetahui karakteristik aki dan hasilnya telah diseminarkan beberapa waktu yang lalu. Penelitian tersebut dilakukan baik saat aki sedang di discharging maupun saat charging. Metodenya adalah dengan mengukur tegangan jepit (Volt) antara kedua kutub dari aki yang dibandingkan per satuan waktu (30 menit). Penelitian tersebut dilakukan untuk aki 12 Volt, 9 Volt dan 6 Volt (meliputi aki mobil dan motor).
Pengamatan ini dilakukan selama kurang lebih lima sampai enam jam untuk tiap jenis aki, dan hasilnya antara tegangan jepit diplot terhadap perubahan waktu. Ternyata aki yang kutubnya terbuat dari timbal dan timbal peroksida dan dicelupkan dalam cairan asam sulfat (yang banyak dipakai) cukup baik hasilnya dalam mempertahankan beda potensial. Karena itu kedua kutub aki timbal dan timbal peroksida mampu mempertahankan perbedaan potensial antara kedua kutub secara stabil, sekalipun arus yang melalui rangkaian cukup besar.
Menghemat aki
Bila mana aki yang setelah kurang lebih satu tahun kita pakai mulai rewel alias 'zwak', ada beberapa tips yang dapat dicoba untuk lebih memperlama umur aki, mengingat harganya cukup mahal.
Sebelum 'disetrum' ulang, buang seluruh cairan asam sulfat yang tersisa dalam aki. Lalu dibilas dengan air murni sebanyak empat kali, dan isi dengan cairan accu zuur. Setelah itu dapat 'disetrum'. Pada pemakaian normal, aki dapat bertahan selama satu sampai tiga bulan.
Atau dapat juga setelah mobil atau motor diparkir, lepaskan salah satu kabel pada kutub positif aki, sehingga pada aki tak ada arus yang benar-benar mengalir. Dan sebaiknya jangan menyalakan perlengkapan yang memerlukan arus (radio atau tape) saat mobil sedang tidak dijalankan.
Dan sebelum terjadi dua hal di atas, perawatan dan pengecekan terhadap tinggi permukaan air aki harus diperhatikan. Dan selain itu juga massa jenis air aki juga harus diukur dengan hidrometer secara berkala.
Bila ternyata ketiga cara di atas tidak maksimal, mungkin sudah saatnya kita perlu membeli aki baru. Kita juga harus ingat, semua barang memiliki umur ekonomis, artinya setelah jangka waktu tertentu digunakan, barang tersebut secara perlahan-lahan akan berkurang kemampuannya dan rusak.
.
