PENERAPAN SEL VOLTA DALAM BATERAI

Nama : Hoirotun Nisak  
NIM   : 15630028

PENERAPAN SEL VOLTA DALAM BATERAI

            Baterai adalah suatu alat yang dapat menghasilkan energi listrik dengan melibatkan transfer elektron melalui suatu media yang bersifat konduktif dari dua elektroda (anoda dan katoda) sehingga menghasilkan arus listrik dan beda beda potensial. Komponen utama pada baterai terdiri dari elektroda dan elektrolit. Bahan dan luas permukaan elektroda mampu mempengaruhi jumlah beda potensial yang dihasilkan. Setiap bahan elektroda memiliki tingkat potensial elektroda (E°) yang berbeda-beda. Jika luas permukaan elektroda diperbesar maka akan semakin banyak elektron yang dapat dioksidasi dibandingkan dengan elektroda dengan luas permukaan yang kecil (Kartawidjaja dan Abdurrochman, 2008).

            Baterai memiliki beberapa komponen penting yang terdapat di dalamnya, yaitu anoda (kutub positif), katoda (kutub negatif), jembatan garam dan larutan elektrolit. Baterai memiliki reaksi kimia antara elektroda dengan larutan elektrolitnya sehingga akan menghasilkan suatu beda potensial. Beda potensial antara elektroda positif dan negatif akan menghasilkan tegangan sel baterai. Jadi, prinsip utama dari baterai sendiri adalah memanfaatkan reaksi yang berasal dari keempat komponen, yaitu katoda, anoda, jembatan garam dan elektrolit (Syukri, 1999).

Sel Volta dibagi menjadi tiga bagian, yaitu:

1.      Sel Volta Primer

Sel volta primer merupakan sel baterai yang tidak dapat diisi lagi jika sumber energinya telah habis. Adapun contoh sel volta primer adalah:

a.       Sel Kering Karbon Seng

Sel kering karbon ditemukan oleh Ir. Georges Leclanche (1839-1882) yang paling umum dan mudah didapatkan.Berbagai usaha peningkatan telah dilakukan sejak itu, tetapi yang mengejutkan adalah desain awal tetap dipertahankan yaitu sel kering mangan.

Sel kering mangan terdiri dari bungkus dalam zink (Zn) sebagai elektroda negative (anoda), batang karbon/grafit (C) sebagai elektroda positif (katoda) dan pasta MnO₂ danNH₄Cl yang berperan sebagai larutan elektrolit.

Anoda             : logam seng (Zn)

Katoda                        : batang karbon/gafit (C)

Elektrolit         : MnO2, NH4Cl dan serbuk karbon (C)

Reaksi yang terjadi adalah:

Anoda Zn (-)   :Zn(s)→ Zn²⁺(aq)+ 2e^-

 Katoda C (+)   :2MnO₂(s)+2NH₄⁺(aq) + 2e^-→ Mn2O₃(s)+ 2NH₃(aq) + H₂O(l)

Reaksi total     :Zn(s) + 2MnO₂(s) + 2NH₄⁺(aq)→ Zn²⁺(aq) + Mn2O3(s) + 2NH₃(s) + H₂O(l)

Sel kering karbon banyak digunakan untuk radio, lampu senter, jam dinding, dan mainananak-anak. Struktur sel kering seperti gambar di bawah ini :

b.      Baterai Alkalin

Baterai Alkalin merupakan sel Leclancheyang mempunyai kekuatan arus listrik dan bedapotensial 1,5 volt. Dalam sel kering alkalin padatan KOH atau NaOH digunakan sebagaiganti NH₄Cl. Umur sel kering mangan (bateraibiasa) diperpendek oleh korosi zink akibatkeasaman NH₄Cl. Sedangkan pada sel kering, alkali bebas masalah ini karena penggantianNH₄Cl yang bersifat asam dengan KOH/NaOHyang bersifat basa. Jadi umur sel kering alkalilebih panjang.Selain itu juga menyebabkan energi yang lebih kuat dan tahan lama.Reaksi yang terjadi ialah:

Anoda Zn (-)      : Zn→ Zn²⁺+ 2e^– 

Katoda C (+) : 2MnO₂+ H₂O + 2e^-→
                        Mn₂O₃+ 2OH^–

Reaksi total    : Zn + 2MnO₂+ H₂O→
                       Zn²⁺+ Mn₂O₃+ 2OH^–

c.       Sel Merkuri Oksida
      Sel merkuri atau disebut juga baterai kancing jenisRuben Mallory.Sel jenisini telah dilarang penggunaannyadan ditarik dari peredaran sebab bahaya yangdikandungnya (logam berat merkuri). Baterai kancing initerdiri atas seng (anoda) dan merkuri(II) oksida (katoda).Kedua elektroda tersebut berupa serbuk padat.Ruang diantara kedua elektroda diisi dengan bahan penyerap yangmengandung elektrolit kalium hidroksida (basa, alkalin). Reaksi redoks yang terjadi dalam sel adalah sebagai berikut:

Anode                 : Zn(s)+2OH^–(aq)→ZnO(s)+H₂O(l)+2e^–

Katode           : HgO(s)+H₂O(l)+2e^–→Hg(l)+2OH^–(aq)

Potensial sel yang dihasilkan adalah 1,35 V.Sel ini juga banyak digunakan sebagai sumberarus pada alat-alat elektronik yang kecil. Misalnya jam tangan dan kalkulator kecil.

d.      Sel Perak Oksida

Susunan baterai perak oksida yaitu Zn(sebagai anoda), Ag2O (sebagai katoda), dan pastaKOH sebagaielektrolit. Reaksinya sebagai berikut:

Anode      :Zn + 2OH^-→Zn(OH)₂ + 2e^-

Katode     :Ag2O + H₂O + 2e^-→2Ag + 2OH^-

Baterai perak oksida memiliki potensial sel sebesar 1,5 volt dan bertahan dalam waktuyanglama.Kegunaan baterai jenis ini adalah untuk arloji,kalkulator dan kamera.

2.      Sel Volta Sekunder

Sel volta sekunder merupakan sel volta yang jika habis dapat berfungsi lagi setelahdialiri arus listrik. Contoh Sel Volta sekunder sebagai berikut :

a)      Sel Aki Timbal Asam

Nilai sel terletak pada kegunaannya.Diantara berbagai sel, sel timbal (aki) telahdigunakan sejak 1915. Berkat sel ini,mobil/sepeda motor dapat mencapaimobilitasnya, dan akibatnya menjadi alattransportasi terpenting saat ini. Baterai timbaldapat bertahan kondisi yang ekstrim (temperatur yang bervariasi, shock mekanik akibat jalanyang rusak, dll) dan dapat digunakan secara kontinyu beberapa tahun.

Dalam baterai timbal, elektroda negatif adalah logam timbal (Pb) dan elektrodapositifnya adalah timbal yang dilapisi timbal oksida (PbO₂), dan kedua elektroda dicelupkandalam larutan elektrolit asam sulfat (H₂SO₄). Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut:

AnodaPb (-)          : Pb + SO₄^2-→PbSO₄+ 2e^–

Katoda PbO₂(+)    : PbO₂+ SO₄^2- + 4H⁺ + 2e^–→PbSO₄+ 2H₂O

Reaksi total           : Pb + PbO₂ + 4H⁺ + 2SO₄^2-→ 2PbSO₄ + 2H₂O

Kondisi Saat aki digunakan:

Saat aki menghasilkan listrik, Anoda Pb dan katoda PbO₂ bereaksi dengan SO₄^2-menghasilkan PbSO₄.PbSO₄yang dihasilkan dapat menutupi permukaan lempeng anoda dankatoda.Jika telah terlapisi seluruhnya maka lempeng anoda dan katoda tidak berfungsi.Akibatnya aki berhenti menghasilkan listrik.Saat aki menghasilkan listrik dibutuhkan ion H⁺dan ion SO₄^2-yang aktif bereaksi.Akibatnya jumlah ion H⁺dan ion SO₄^2-pada larutansemakin berkurang dan larutan elektrolit menjadi encer maka arus listrik yang dihasilkan danpotensial aki semakin melemah. Oleh karena reaksi elektrokimia pada aki merupakan reaksikesetimbangan (reversibel) maka dengan memberikan arus listrik dari luar ( mencas )keadaan 2 elektroda (anoda dan katoda) yang terlapisi dapat kembali seperti semula. Demikian pula ion akan terbentuk lagi sehingga konsentrasi larutan elektrolit naik kembaliseperti semula.

Anoda PbO2( - )   : PbSO₄ + 2H₂O→PbO₂ + 4H+ + SO₄^2-+ 2e^–

 Katoda Pb ( + )    : PbSO₄+ 2e^–→Pb + SO₄^2-

Reaksi total          : 2PbSO₄ + 2H₂O→ Pb + PbO₂ + 4H⁺+ 2SO₄^2-

                        Selama proses penggunaan maupun pengecasan aki terjadi reaksi sampingan yaituelektrolisis air dan tentu saja ada air yang menguap. Dengan demikian penting untukmenambahkan air terdistilasi ke dalam baterai timbal.Baru-baru ini jenis baru elektroda yangterbuat dari paduan timbal dan kalsium, yang dapat mencegah elektrolisis air telahdikembangkan.Baterai modern dengan jenis elektroda ini adalah sistem tertutup dan disebutdengan baterai penyimpan tertutup yang tidak memerlukan penambahan air.

b)      Sel Nikel Basa

        Mirip dengan baterai timbal, selnikel-kadmium juga reversibel.Selain itudimungkinkan untuk membuat sel nikel-kadmium lebih kecil dan lebih ringandaripada sel timbal. Jadi sel ini digunakansebagai batu baterai alat-alat portabel seperti: UPS, handphone dll.

Anoda Cd (-)        : Cd + 2OH^–→ Cd(OH)₂ + 2e^–

Katoda NiO2 (+)  : NiO₂ + 2H₂O + 2e^–→
                               Ni(OH)₂ + 2OH^–

Reaksi total           : Cd + NiO₂ + 2H₂O→ Cd(OH)₂ + Ni(OH)

c)      Sel Perak Seng 

           Sel ini mempunyai kuat arus (I) yang besar danbanyak digunakan pada kendaran-kendaraan balap.Selperak seng dibuat lebih ringan dibandingkan dengan seltimbal seng.KOHadalah elektrolit yang digunakan danelektrodenya berupa logam Zn (seng) dan Ag (perak).

d)     Baterai Litium

Terdiri atas litium sebagai anoda dan MnO₂ sebagaioksidator (seperti pada bateraialkaline). Baterai Litium inidapat menghasilkan arus listrik yang lebih besar dan dayatahannyalebih lama dibandingkan baterai kering yangberukuran sama.Berikut notasi dari baterai Litium:

Li│Li⁺(pelarut non-air)│KOH (pasta)│MnO₂, Mn(OH)₃, C

3.      Sel Bahan Bakar

Sel Bahan bakar merupakan sel Galvani dengan pereaksi – pereaksinya (oksigen danhidrogen) dialirkan secara kontinyu ke dalam elektroda berpori.Sel ini terdiri atas anoda darinikel, katoda dari nikel oksida dan elektrolit KOH.Reaksi yang terjadi :

Anode                  : 2H₂(g) + 4OH^-(aq)→ 4H₂O(l) + 4e

Katode                 : O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e→ 4OH^-(aq)

Reaksi sel             : 2H₂(g) + O₂→ 2H₂O(l)

Sel seperti ini biasa di gunakan untuk sumber listrik pada pesawat luar angkasa.Berikut adalah penampang Sel Bahan Bakar :

4.      Jembatan Garam

Jembatan garam biasanya berupa tabung berbentuk U yang diisi dengan agar-agar yang dijenuhkan dengan larutan garam.Jembatan garam berfungsi untuk menjaga kenetralan muatan listrik pada larutan. Karena konsentrasi larutan elektrolit pada jembatan garam lebih tinggi daripada konsentrasi elektrolit di kedua bagian elektroda, maka ion negatif dari jembatan garam masuk ke salah satu setengah sel 25 yang kelebihan muatan positif dan ion positif dari jembatan garam berdifusi ke bagian lain yang kelebihan muatan negatif. Jembatan garam terjadi aliran elektron yang kontinu melalui kawat pada rangkaian luar dan aliran ion-ion melalui larutan sebagai akibat dari reaksi redoks yang spontan yang terjadi pada kedua elektroda. Jika kedua elektrolit pada sel dipisahkan sama sekali tanpa adanya jembatan garam, maka dapat dilihat bahwa aliran elektron akan segera berhenti. Hal ini terjadi karena pada kedua elektroda terjadi ketidaknetralan listrik, di satu bagian kelebihan muatan positif dan di bagian lain kelebihan muatan negatif. Dengan adanya jembatan garam dapat terjadi penetralan muatan listrik di setiap elektroda melalui difusi ion-ion, akan tetapi kedua larutan elektroda tetap dapat dijaga untuk tidak saling bercampur secara bebas, sebab kalau dibiarkan bercampur maka ion-ion Cu2+ akan bereaksi langsung dengan elektroda Zn, dan elektron tidak akan mengalir melalui kawat pada rangkaian luar. Penggunaan agar-agar mempunyai keuntungan, diantaranya menjaga agar larutan elektrolit di satu bagian elektroda tidak mengalir ke bagian elektroda lainnya saat permukaan kedua larutan elektrolit di kedua elektrolit berbeda.Adanya jembatan garam menyebabkan adanya pertemuan cairan elektrolit.Syarat dari suatu zat yang digunakan untuk jembatan garam adalah zat tersebut tidak boleh bereaksi dengan elektrolit yang digunakan dalam pengukuran potensial sel (David, 2005).

DAFTAR PUSTAKA

David. 2005. Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances in CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton: CRC Press.

Dinaya, Faiqo. “Manfaat Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari #Penerapan”.Academia. Diakses pada Jum’at,16 Juni 2017.http://www.academia.edu/16624475/Manfaat_Sel_Volta_dalam_Kehidupan_Sehari-hari_Penerapan

Kartawidjaja dan Abdurrochman.2008. Pencarian Parameter Bio-batere Berbasis Asam Sitrat (C6H8O7).Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008.Lampung : Universitas Lampung

Syukri. 1999. Kimia Dasar. Bandung: Penerbit ITB.