Baterai didefinisikan sebagai peralatan (device) yang mengubah energi kimia yang terkandung di dalamnya menjadi energi listrik secara langsung dan spontan. Prinsip kerja yang digunakan dalam reaksi baterai adalah menggunakan prinsip sel elektrokimia Pemilihan bahan-bahan yang terkandung dalam pembuatan baterai disesuaikan dengan output baterai yang diinginkan Baterai? Baterai vs Sel Elektrokimia Baterai menggunakan prinsip sel elektrokimia Komponen utama baterai 2 elektroda dan elektrolit Baterai bisa terdiri dari 1 atau lebih dari 1 sel elektrokimia sesuai kebutuhan potensial tegangan yang dibutuhkan. Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu E o = 1,1 V Berapa potensial rangkaian seri sel elektrokimia yang membentuk baterai disamping?
Redoks Potensial Redoks Potensial Redoks Potensial Klasifikasi Baterai Baterai Primer Baterai Sekunder Bateri Penyimpan/Cadangan Sel Bahan Bakar
Baterai Primer Sekali pakai, satu siklus reaksi (discharge), tidak mudah diisi ulang atau bisa disebut juga tidak efektif jika diisi ulang Prinsip kerja seperti sel galvanis Elektrolit yang dipakai lebih banyak saat ini berupa pasta (cont. KOH) untuk aplikasi yang lebih praktis dan aman Baterai primer dengan elektrolit pasta biasa dikenal dengan sel kering (dry cell). Aplikasi baterai jenis ini biasa ditemui untuk sumber energi peralatan elektronik ringan seperti kamera, radio, dvd portable dll Baterai Penyimpan/Cadangan (Reserved) Baterai jenis ini diaplikasi untuk penyimpanan energi jangka panjang Baterai dipakai jika kondisi sumber energi yang lain sudah terpakai Dalam hal ini, untuk menghindari adanya reaksi spontan, elektrolit pada baterai ini diisolasi dengan elektrodanya Baterai dipakai dengan cara memberikan proses aktivasi pada elektrolit (misal dengan dipanaskan) sehingga baterai bisa dipakai Contoh aplikasi baterai ini adalah misil jarak jauh, torpedo atau senjata militer lain. Baterai Sekunder Bisa diisi ulang (rechargeable) dengan cara memberikan arus listrik searah pada kedua elektroda dengan arah elektron berlawanan dengan ketika baterai dipakai. Prinsip kerja adalah sel galvanis ketika dipakai (discharged) dan elektrolisis ketikan diisi ulang Karena pemakaian baterai ini biasa dipakai untuk penyimpan (storage), baterai ini dikenal dengan nama akumulator Ada dua jenis aplikasi baterai ini ditinjau dari proses pengisian ulang: Baterai menjadi sumber listrik untuk peralatan elektronik tetapi sekaligus diisi ulang dari sumber listrik yang lain. Contoh aplikasi ini adalah pada kendaraan bermotor yang mengisi akumulator dengan keluaran listrik dari pembakaran (menggunakan magnet), pada saat yang sama aki juga dipakai untuk mensuplai listrik untuk komponen elektronika yang ada di kendaraan Baterai diisi ulang setelah habis energi yang terkandung didalam baterai tersebut. Contoh aplikasi ini adalah baterai peralatan elektronik (cont. Handphone) Sel Bahan Bakar(Fuel Cell) Prinsip dari sel bahan bakar sama dengan sel galvanis hanya saja material yang dipakai disuplai dari luar tidak seperti pada sel galvanis dimana elektroda dan elektrolit tersedia. Perbedaan yang lain adalah anoda dan katoda tidak seperti di baterai. Untuk anoda yang biasa dipakai dalam sel bahan bakar adalah gas atau cairan yang lebih reaktif sedangkan disisi anode adalah cairan atau gas yang kurang reaktif. Pada banyak aplikasi, O 2 yang paling banyak dipakai. Sel bahan bakar yang berbentuk portable saat ini mulai banyak dikembangkan (contoh mobil hidrogen)
Level Tegangan Tegangan teoritis, sebagai fungsi material katoda dan anoda pada kondisi standard Tegangan open-circuit, tegangan pada saat tanpa beban, nilainya mendekati tegangan teoritis Tegangan close-circuit, tegangan pada saat ada beban Tegangan nominal, tegangan yang dikenal sebagai tegangan operasional sebuah baterai Tegangan kerja, tegangan kerja biasanya merupakan rentang aktual kerja baterai pada saat dipakai Tegangan rata-rata, rata-rata nilai tegangan pada saat dipakai Tegangan mid-point, nilai tengah tegangan selama proses pemakaian Tegangan end or cut off, tegangan yang diskenario bekerja pada level tertentu. Baterai silver : Tegangan teoritis Tegangan open Tegangan nominal 1,56 V 1,55 V 1,55 V Mode/cara pengosongan baterai Hambatan konstan, jika nilai hambatan beban konstan selama pemakaian maka arus dan tegangan akan menurun) Arus konstan, arus dijaga konstan selama pemakaian Daya konstan, arus akan cenderung naik pada saat dipakai karena tegangan menurun Arus yang mengalir saat pengosongan Kinerja dan umur baterai dipengaruhi besaran arus, rugi-rugi hambatan dan efek polarisasi. Daya rata-rata dalam waktu 1 jam Watthour (Wh) = Voltage(V) x Amperehours(Ah) Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus(ampere) x waktu(hour)), artinya baterai dapat memberikan/menyuplai sejumlah isinya secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memilikitegangan sebesar 2 V; jika dipakai maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Contoh baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt P= V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A). Temperatur kerja saat baterai dipakai Temperatur kerja berpengaruh pada lama pemakaian baterai. Umumnya temperatur kerja baterai 20 o 40 o C Pada temperatur lebih tinggi (masih dalam rentang temperatur kerja), tegangan dan energi yang dihasilkan baterai lebih tinggi karena hambatan internal turun, aktivitas kimia dalam baterai meningkat. Begitu pula kondisi sebaliknya, tegangan dan energi yang dihasilkan menurun pada kondisi temperatur lebih rendah. Pada kondisi overheat, setelah beberapa waktu tertentu, kerja baterai akan mengalami anomali yaitu kemerosotan.
Umur pemakaian, umur pemakaian sangat bergantung pada beban dan temperatur Tipe penggunaan (Terus menerus atau intermittent) Siklus kerja, penggunaan baterai pada kasus intermittent dan pulse discharge. Pada kasus pulse discharge, perubahan arus terjadi pada saat-saat tertentu. Regulator tegangan, dapat mempengaruhi kinerja baterai dan menjaga keluaran tegangan baterai cenderung stabil Desain baterai. Penggunaan baterai secara bersamaan pada satu rangkaian juga mempengaruhi kinerja karena energi yang terkandung dalam baterai berbeda satu sama lain Umur baterai dan kondisi penyimpanan, faktor yang mempengaruhi adalah temperatur lingkungan. Adanya kasus seperti self discharge pada waktu penyimpanan yang lama juga perlu dipertimbangkan. Berbagai macam baterai Baterai Primer Standard baterai Adanya standard diperlukan untuk produksi baterai yang beredar di pasar. Standard baterai berupa spesifikasi baterai (desain, dimensi, temperatur kerja, regulator, proteksi dll) Lembaga standard baterai : - ANSI - IEC - SNI (Indonesia) Berbagai macam baterai Baterai Sekunder
Berbagai macam baterai primer Baterai Zn/MnO 2, potensial standard 1,5 V Baterai Cd/Ni(OH )2, potensial standard 1,2 V? Berbagai macam baterai primer Baterai Li/MnO 2, potensial standard 3,6 V Baterai Cd/Ni(OH )2, potensial standard 1,2 V
Baterai Pb/PbO 2, potensial standard 2 V Lithium Ion Battery, potensial standard sekitar 3.7 V