Makalah Elektronika TeknikBaterai dan Akumulator

Dibuat Oleh : B-066 Aditya Yulindra P. B-071 Celvien Kurniawan W. B-082 Hizki Beta Sunarna B-090 Yoshua Gandha Lastiko B-097 Benedictus Putra Wibawa B-103 Eduardus Alhika Nanda B-117 Rezza Hermawan

Tahun Ajaran 2013/2014

Baterai dan Akumulatori. PengertianAkumulator (accu,aki) adalah sebuah alat yang dapat menyimpanenergi(umumnya energilistrik) dalam bentuk energi kimia. Contoh-contoh akumulator adalahbateraidan kapasitor. Bateraiadalah alatlistrik-kimiawiyang menyimpanenergidan mengeluarkan tenaganya dalam bentuklistrik. Sebuah baterai mempunyai 3 kompone utama : batangkarbonsebagaianode(kutub positif baterai) seng(Zn) sebagaikatode(kutub negatif baterai) pasta sebagaielektrolit(penghantar)Pada umumnya baterai yang dijual di pasaran bertegangan 1,5 volt. Baterai ada yang berbentuk tabung atau kotak. Ada juga yang dinamakanrechargeable battery, yaitu baterai yang dapat diisi ulang, seperti yang biasa terdapat padatelepon genggam. Baterai sekali pakai disebut juga dengan baterai primer, sedangkan baterai isi ulang disebut dengan baterai sekunder.Baik baterai primer maupun baterai sekunder, kedua-duanya bersifat mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai primer hanya bisa dipakai sekali, karena menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction). Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya bersifat bisa dibalik (reversible reaction).Baterai bersifat DC karena baterai berupa sumber tegangan yang dapat dibawa pergi.ii. FungsiAkumulator/baterai berfungsi untuk menyimpan energi listrik yang disimpan dalam bentuk energi kimia.Baterai digunakan untuk menyuplai energi berbagai macam barang-barang terutama barang-barang yang berhubungan dengan elektronika.iii. KonstruksiAkumulator

Bagian-bagian akumulator timah hitam dan fungsinya sebagai berikut :1. Rangka, berfungsi sebagai rumah akumulator.2. Kepala kutub positif, berfungsi sebagai terminal kutub positif.3. Penghubung sel, berfungsi untuk menghubungkan sel-sel.4. Tutup Ventilasi, berfungsi menutup lubang sel..5. Penutup, berfungsi untuk menutup bagian atas akumulator.6. Plat-plat, berfungsi sebagai bidang pereaktor.7. Plat negatif, terbuat dari Pb, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.8. Plat positif, terbuat dari PbO2, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.9. Ruang sedimen, berfungsi untuk menampung kotoran.10. Plastik pemisah, berfungsi untuk memisahkan plat positif dan negatif.11. Sel-sel. BateraiKonstruksi baterai terdiri dari 5 komponen :a. Kotak Baterai : Wadah yang menampung elektrolit dan elemen baterai .b. Terminal Baterai : Bagian yang mempunyai tanda (+) dan tanda (-) pada body baterai.c. Elektrolit Baterai : larutan yang digunakan untuk melakukan reaksi kimia yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik.d. Tutup Baterai : Tutup untuk lubang pengisian elektrolit. Berfungsi untuk memisahkan gas hidrogen dan uap asam sulfat di dalam baterai dengan membiarkan gas hidrogen keluar dari dalam lubang baterai dan asam sulfat menetes dari bawah.e. Sel Baterai : terdiri dari plat (+) dan plat (-) . Tiap sel menghasilkan tegangan 2-2.2 volt.

iv. Prinsip Kerja BateraiBaterai adalah perangakat yang mampu menghasilkan teganan DC, yaitu dengan cara mengubah energi kimia yang terkandung didalamnya menjadi energi listrikmelalui reaksi elektro kimia, Redoks (Reduksi Oksidasi). Batere terdiri dari beberapasel listrik, sel listrik tersebut menjadi penyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Sel baterai tersebut elektroda elektroda. Elektroda negatif disebut katoda, yang berfungsi sebagai pemberi elektron. Elektroda positifdisebutanoda yangberfungsisebagai penerima elektron. Antara anoda dan katoda akan mengalir arus yaitu dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda). Sedangkan electron akan mengalir dari katoda menuju anoda. Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat pengisian/charge energi listrik diubah menjadi energi kimia sedangkan padapengeluaran/ discharge energikimia diubah menjadi energi listrik.Bateraiterdiridari satu atau lebih voltaic cell (tergantung besarnya voltase yang diinginkan contohnyabaterai aki 6 Volt atau 12 Volt) . Masing-masing voltaic cell terdiri dari dua half cells yang dihubungkan secara seri oleh penghantar elektrolit. Satu half cells mempunyai elektroda positif (katoda) yang satunya elektroda negatif (anoda). Daya baterai di dapat dari reaksi reduksi dan oksidasi. Reduksi terjadi pada katoda dan oksidasi terjadi di anoda. Elektroda tersebut tidak bersentuhan dan arus listrik dihubungkandenganelektrolit. Elektrolitdapatberupa cairan atau padat. Untuk lebih penjelasan lebih detail tentang baterai (dalam hal ini adalahaki;akimobil/motor/mainan yang memakaielektrolit cair). Akiterdiridari sel-sel dimana tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki motoryang memiliki tegangan 12 V terdiri dari 6 sel yang dipasang secara seri (12 V = 6 x 2V) sedangkan aki yang memiliki tegangan 6 V memiliki 3 sel yang dipasang secara seri(6 V = 3 x 2 V). Antarasatuseldengansellainnyadipisahkanolehdindingpenyekat yang terdapat dalam bak baterai, artinya tiap ruang pada sel tidak berhubungan karena itucairan elektrolit pada tiapsel juga tidak berhubungan(dinding pemisah antar sel tidak boleh ada yang bocor/merembes). Di dalam satu sel terdapat susunan pelat-pelat yaitubeberapa pelat untuk kutub positif (antar pelat dipisahkan oleh kayu, ebonitatau plastik,tergantung teknologi yangdigunakan) danbeberapapelat untukkutubnegatif.Bahan aktif dari plat positif terbuat dari oksidatimah coklat (PbO2) sedangkan bahan aktif dariplat negatif ialah timah (Pb). Terdapat 2 proses yang terjadi pada baterai :1. ProsespengosonganProses pengosongan adalah proses perubahanenergikimia menjadienergi listrik.Bilasel dihubungkan dengan beban maka elektron mengalir dari anoda melaluibebankekatoda, kemudian ion-ion negatif mengalir ke anoda dan ion-ion positif mengalir kekatoda.

Pada saatbateraimengeluarkanarus,oksigen(O) padapelat positif terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan hidrogen (H) pada cairan elektrolit yang secara perlahan-lahan keduanya bergabung / berubah menjadi air (H2O) dan asam (SO4)pada cairan elektrolit bergabung dengan timah (Pb) di pelat positif maupun pelat negatifsehigga menempel dikedua pelat tersebut. Reaksi ini akan berlangsung terus sampai isi (tenaga baterai) habis alias dalam keadaan discharge. Padasaat baterai dalam keadaan discharge maka hampir semua asam melekat pada pelat-pelat dalam sel sehingga cairan eletrolit konsentrasinya sangatrendahdanhampirhanyaterdiridariair(H2O), akibatnya berat jenis cairan menurun menjadi sekitar 1,1 kg/dm3 dan ini mendekatiberat jenis air yang 1 kg/dm3. Sedangkan baterai yang masih berkapasitas penuh berat jenisnya sekitar 1,285 kg/dm3. Dengan perbedaan berat jenis inilah kapasitas isi baterai bisa diketahui apakah masih penuh atau sudah berkurang yaitu dengan menggunakanalat hidrometer. Hidrometer ini merupakan salah satu alat yang wajib ada di bengkel aki (bengkel yang menyediakan jasa setrum/cas aki). Selain itu pada saat baterai dalam keadaan discharge maka 85% cairan elektrolit terdiri dari air (H2O) dimana air ini bisamembeku, bak baterai pecah dan pelat-pelat menjadi rusak.2. Proses PengisianProses pengisian adalah proses perubahan energi listrik menjadi energi kimia.Pada proses pengisian bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda. Dan proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut :

1. Aliran elktron menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power supplymenuju ke katoda.2. Ion-ion negatif mengalir dari katoda ke anoda.3. Ion-ion positif mengalir dari anoda ke katoda.Baterai yang menerima arus adalah baterai yang sedang disetrum / dicas /sedang diisi dengan cara dialirkan listrik DC, dimana kutub positif baterai dihubungkan dengan arus listrik positif dan kutub negatif dihubungkan dengan arus listrik negatif. Tegangan yang dialiri biasanya sama dengan tegangan total yang dimiliki baterai,artinya baterai 12V dialiri tegangan 12V DC, baterai 6V dialiri tegangan 6V DC, dandua baterai 12V yang dihubungkan secara seri dialiri tegangan 24V DC (baterai yang dihubungkan seri total tegangannya adalah sama dengan jumlah dari masing-masingtegangan baterai). Hal ini dapat ditemukan pada bengkel aki dimana ada beberapa baterai yang dihubungkan secara seri dan disetrum sekaligus. Kuat arus (ampere)yangharus dialiri bergantung juga dari kapasitas yang dimiliki baterai tersebut.Proses pengisisan ini berlawanan dengan proses pengosongan, yaitu : oksigen(O) dalam air (H2O) terlepas karena bereaksi / bersenyawa / bergabung dengan timah(Pb) pada pelat positif dan secara perlahan lahan kembali menjadi oksida timah colat(PbO2) dan asam (SO4) yang menempel pada kedua pelat (pelat positif maupunnegatif) terlepas dan bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H2O) di dalam cairanelektrolit dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat (H2SO4) sebagai cairan elektrolit. Akibatnya berat jenis cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar 1,285 kg/dm3 (pada baterai yang terisi penuh). Jadi reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari reaksi kimia pada saat pengosongan (discharging).v. Klasifikasi BateraiBaterai dikelompokkan menjadi 2 (dua), yaitu:1. Baterai Primer Baterai primer yaitu baterai yang hanya digunakan satu kali karenamenggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction) dansetelah habis isi (Recharge). Pada baterai primer, elektroda positif (kutub positif) berupa batang karbon dan pembungkus terbuat dari seng yang merupakan elektroda negative (kutub negatif).

Elektrolit larutan yang menghantarkan arus listrik berupa larutan amonium klorida (NH4Cl) dan depolarisasinya zat kimi yang terbuat dari mangandioksida (MnO2) bercampur serbuk karbon. Elemen kering atau batere disebut juga elemen primer karena elemen ini tidak dapat dimuati (diisi ulang) kembali jika muatannyahabis. Selama bekerja, seng berubah menjadii seng klorida, hydrogen dibebaskan danseng serta ammonium klorida berkurang. Cara penggunaan batere kering yaitu denganmenghubungkan kutub positif dan kutub negatif ke beban. Adapun contoh-contoh baterai primer antara lain yaitu:1 Baterai Leclenche (Zn MnO2) baterai sel kering /Dry Cell.Merupakan jenis baterai yang banyak digunakan sejak beberapa puluh tahunyang lalu. Satu sel batere berkapasitas 1,5 volt. Kutub positif (Anoda) mengunakan Zn,Kutub negatip (Katoda) menggunakan MnO2 Pada suhu tinggi kapasitas sel leclencheakan turun dengan drastis, oleh sebab itu penyimpanan batere ini harus ditempat yang bersuhu rendah.2 Baterai sel kering Magnesium (MgMnO2).Merupakan jenis batere yang memiliki konstruksi serupa dengan batere seng.Memiliki kapasitas satu cell 1,5 volt. Kutub positip (Anoda) menggunakan Mg, Kutubnegatif (Katoda) menggunakan MnO2. Baterai ini memiliki kelebihan, yaitu dua kalilebih awet dari pada sel kering dan stabil pada temperature tinggi. Adapunkekurangannya yaitu, tidak bisa dibuat sekecil mungkin. Pada keadaan kerja akantimbul Reaksi Parasitik akibat dari pembuangan gas hydrogen.3 Baterai MnO2 Alkaline.Sama seperti dua jenis baterai diatas dan memiliki kapasitas 1,5 volt, hanyamemiliki perbedaan pada segi konstruksi, elektrolitnya, dan tahanan dalamnya lebihkecil. Batere ini memiliki kelebihan yaitu :1.Pada proses pemakaian akan tetap pada rating yang dimiliki meskipun pemakaiannya tak menentu.2. Pada pembebanan tinggi dan terus menerus, mampu memberikan umur pelayanan 2 10 kali pemakaian dari sel leclanche.3.Sangat baik dioperasikan pada temperature rendah sampai -25 derajat celcius.Baterai yang sering digunakan adalah zinc-alcaline manganese oxide. zinc-alcaline manganese oxide memberikan daya lebih per penggunaannya dibandingkan batere sekunder. zinc-alcaline manganese oxide mempunyai umur (waktu hidup yanglama). Baterai alcaline mempunyai umur(waktu hidup) yang panjang ,namun daur hidupnya lebih pendek dari pada batere sekunder lainnya.4 Sel Merkuri.Baterai ini pada Anoda menggunakan Zn dan pada katoda menggunakanOksida Merkuri. Dan pada elektrolit menggunakan Alkaline. Kapasitas maksimal stabilyaitu 1,35 volt, yang biasa digunakan pada tegangan referensi. Kapasitas dari batere inidapat sampai 1,4 volt bila katodanya Oxida Merkuri atau Oxida Mangan. Dari segiukuran berdiameter dari 3/8- 1 inchi.5 Sel oksida perak (AgO2).Baterai ini pada Katoda menggunakan serbuk elektroloit alkaline dan padaAnoda menggunakan oksida perak. Teganagan pada Open Circuit yaitu 1,6 volt dantegangan nominal pada beban sebesar 1,5 volt apabila katodanya oksida merkuri atauoksida mangan. Dari segi ukuran batere ini sebesar 0.3 0.5 inchi. Biasa digunakanuntuk kamera, alat bantu pendengaran dan jam elektronik.6 Baterai Litium.Jenis baru dari sel primer, yang mempunti tegangan out put yangtinggi,memiliki umur yangf panjang, ringan dan kecil. Sehingga baterai ini digunakanuntuk pemakaian khusus. Tegangan out put tanpa beban sebesar 2,9 volt atau 3,7 volt,tergantung dari elektrolit yang digunakan. Penggunaan litium sangat terbatas, biasadigunakan dalam bidang militer, karena apabila tidak hati-hati dalam penggunaan bisameledak.2 Baterai Sekunder Baterai sekunder yaitu baterai yang dapat digunakan berkali-kali denganmengisi kembali muatannya karena reaksi kimianya bersifat bisa dibalik (reversible reaction),apabila telah habis energinya setelah dipakai.Akumulator merupakan jenis baterai sekunder yang merupakan elemen elektro-kimia yang dapat memperbaharui bahan-bahan pereaksinya. Jenis akumulator yang sering dipakai adalah akumulator timbal. Akumulator ini terdiri dari dua kumparan pelat yang dicelupkan dalam larutanasam-sulfat encer. Kedua kumpulan pelat dibuat dari timbal, sedangkan lapisan timbaldioksida akan dibentuk pada pelat positif ketika lemen pertama kali dimuati. Letak pelat positif dan negatif sangat berdekatan tetapi dicegah tidak langsung menyentuh oleh pemisah yang terbuat dari bahan penyekat (isolator). Konstuksinya bisa dilihat di gambar konstruksi akumulator.vi. KesimpulanBaterai adalah alatlistrikkimiawi yang menyimpan energi dengan mengubah energi listrik menjadi energi kimia dan dapat mengeluarkan energi dengan mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari tiga komponen penting yaitu: batang karbon sebagai anoda (kutub positif baterai), seng(Zn)sebagaikatoda (kutub negatif baterai), danpastasebagaielektrolit(penghantar). Baterai dapat diklasifikasikan menjadi 2 (dua), yaitu: baterai primer dan baterai sekunder. Bateraiprimeryaitubateraiyanghanyadigunakansatukalikarenamenggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction)dan setelahhabis isi(Recharge).Sedangkan baterai sekunder yaitu bateraiyang dapat digunakan berkali-kalidenganmengisikembali muatannya karenareaksikimianyabersifat bisa dibalik (reversible reaction), apabila telah habis energinya setelah dipakai.Adapun pengklasifikasian baterai berdasarkan kapasitas baterai dan bahan elektrolit.Berdasarkankapasitasnyabateraiterbagimenjadi: kapasitasdenganharga rendah/menengah dan kapasitas dengan harga tinggi. Berdasarkan bahan elektrolitnya,baterai terbagi atas: baterai alkali dan baterai timahhitam. Bateraibekerjamenurutprinsip-prinsip dasarnya,dimana terdapat 2 (dua) proses yang terjadiyaitu: prosespengosongandanproses pengisian. Prosespengosongan (discharge) adalah proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik.Proses pengisian (charge) adalah proses perubahan energi listrik menjadi energi kimia.Jadi reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari reaksikimia padasaat pengosongan (discharging).