Baterai : Sejarah, Fungsi, dan Kelemahan

Baterai : Sejarah, Fungsi, dan Kelemahan

Pengertian Baterai

Baterai : Sejarah, Fungsi, dan Kelemahan – Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti lampu senter, ponsel, dan mobil listrik (Pengertian Baterai). Ketika memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katoda dan terminal negatifnya adalah anoda.

Terminal bertanda negatif adalah sumber elektron yang akan mengalir melalui rangkaian listrik eksternal ke terminal positif. Ketika dihubungkan ke beban listrik eksternal, reaksi redoks mengubah reaktan berenergi tinggi menjadi produk berenergi lebih rendah, dan perbedaan energi bebas dikirim ke sirkuit eksternal sebagai energi listrik. Secara historis istilah “baterai” secara khusus mengacu pada perangkat yang terdiri dari banyak sel, namun penggunaannya telah berkembang untuk memasukkan perangkat yang terdiri dari satu sel tunggal.

Baca Juga: Panduan Teknis Zona Area Berbahaya, Definisi, dan Proteksi Ledakan

Sejarah Baterai

Secara historis, kata “baterai” digunakan untuk menggambarkan “serangkaian objek serupa yang dikelompokkan bersama untuk melakukan suatu fungsi,” seperti pada baterai artileri. Pada 1749, Benjamin Franklin pertama kali menggunakan istilah ini untuk menggambarkan serangkaian kapasitor yang ia tautkan bersama untuk eksperimen listriknya. Kemudian, istilah itu akan digunakan untuk sel-sel elektrokimia yang dihubungkan bersama untuk tujuan menyediakan tenaga listrik.

Baterai sudah ada lebih lama dari yang Anda kira. Pada tahun 1938, arkeolog Wilhelm Konig menemukan beberapa pot tanah liat aneh saat menggali di Khujut Rabu, tepat di luar Baghdad, Irak. Stoples, yang berukuran sekitar 5 inci (12,7 cm) panjangnya, berisi batang besi yang dilapisi tembaga dan berasal dari sekitar 200 SM. Tes menunjukkan bahwa pembuluh tersebut pernah diisi dengan zat asam seperti cuka atau anggur, membuat Konig percaya bahwa pembuluh ini adalah baterai kuno. Sejak penemuan ini, para sarjana telah menghasilkan replika pot yang sebenarnya mampu menghasilkan muatan listrik. “Baterai Baghdad” ini mungkin telah digunakan untuk ritual keagamaan, tujuan pengobatan, atau bahkan pelapisan listrik.

Pada tahun 1799, fisikawan Italia Alessandro Volta menciptakan baterai pertama dengan menumpuk lapisan-lapisan seng, papan tulis atau kain yang direndam air asin, dan perak. Pengaturan ini, yang disebut tumpukan volta, bukan perangkat pertama yang menghasilkan listrik, tetapi itu adalah yang pertama memancarkan arus yang stabil dan tahan lama. Namun, ada beberapa kelemahan dari penemuan Volta. Ketinggian di mana lapisan dapat ditumpuk terbatas karena berat tumpukan akan memeras air garam dari papan atau kain. Cakram logam juga cenderung cepat terkorosi, memperpendek usia baterai. Terlepas dari kekurangan ini, satuan SI gaya gerak listrik sekarang disebut volt untuk menghormati pencapaian Volta.

1836 ketika ahli kimia Inggris John Frederick Daniell menemukan sel Daniell. Dalam baterai awal ini, pelat tembaga ditempatkan di bagian bawah tabung gelas dan larutan tembaga sulfat dituangkan di atas piring untuk setengah mengisi tabung. Kemudian pelat seng digantung di tabung, dan larutan seng sulfat ditambahkan. Karena tembaga sulfat lebih padat daripada seng sulfat, larutan seng melayang ke atas larutan tembaga dan mengelilingi pelat seng. Kawat yang terhubung ke plat seng mewakili terminal negatif, sedangkan yang memimpin dari plat tembaga adalah terminal positif. Jelas, pengaturan ini tidak akan berfungsi dengan baik dalam senter, tetapi untuk aplikasi stasioner itu berfungsi dengan baik. Faktanya, sel Daniell adalah cara umum untuk menyalakan bel pintu dan telepon sebelum pembangkit listrik disempurnakan.

Baca Juga: Prinsip Kerja Mechanical Vibration Switch

Pada 1898, Dry Cell Kolombia menjadi baterai yang tersedia secara komersial pertama yang dijual di Amerika Serikat. Pabrikan, Perusahaan Karbon Nasional, kemudian menjadi Perusahaan Baterai Eveready, yang memproduksi merek Energizer.

Baterai Primer

Baterai Primer (sekali pakai atau “sekali pakai”) digunakan satu kali dan dibuang, karena bahan elektroda diubah secara permanen selama pelepasan; contoh umum adalah baterai alkaline yang digunakan untuk senter dan banyak perangkat elektronik portabel (Pengertian Baterai Primer). Baterai sekunder (dapat diisi ulang) dapat habis dan diisi ulang beberapa kali menggunakan arus listrik yang diterapkan; komposisi asli dari elektroda dapat dikembalikan dengan arus balik. Contohnya termasuk baterai timbal-asam yang digunakan dalam kendaraan dan baterai lithium-ion yang digunakan untuk elektronik portabel seperti laptop dan ponsel.

Baterai datang dalam berbagai bentuk dan ukuran, dari sel miniatur yang digunakan untuk memberi daya pada alat bantu dengar dan arloji hingga kecil, sel tipis yang digunakan dalam smartphone, hingga asam timbal besar atau lithium-ion dalam kendaraan, dan pada ekstrem terbesar, bank baterai besar ukuran kamar yang menyediakan daya siaga atau darurat untuk pertukaran telepon dan pusat data komputer.

Baterai memiliki energi spesifik yang jauh lebih rendah (energi per satuan massa) daripada bahan bakar umum seperti bensin. Dalam mobil, ini agak diimbangi oleh efisiensi yang lebih tinggi dari motor listrik dalam mengubah energi kimia menjadi pekerjaan mekanik, dibandingkan dengan mesin pembakaran.

Bayangkan sebuah dunia di mana segala sesuatu yang menggunakan listrik harus dipasang. Senter, alat bantu dengar, ponsel dan perangkat portabel lainnya akan ditambatkan ke outlet listrik, menjadikannya canggung dan rumit. Mobil tidak dapat dimulai dengan pergantian kunci yang sederhana; cranking berat diperlukan untuk membuat piston bergerak. Kabel akan dirangkai di mana-mana, menciptakan bahaya keselamatan dan kekacauan yang tidak sedap dipandang. Untungnya, baterai memberi kita sumber daya seluler yang memungkinkan banyak kemudahan modern.

Meskipun ada banyak jenisnya, konsep dasarnya yang berfungsi sama. Ketika perangkat terhubung ke baterai, terjadi reaksi yang menghasilkan energi listrik. Ini dikenal sebagai reaksi elektrokimia. Fisikawan Italia Count Alessandro Volta pertama kali menemukan proses ini pada 1799 ketika ia menciptakan baterai sederhana dari lempengan logam dan kertas karton atau kertas yang direndam air asin. Sejak itu, para ilmuwan telah sangat meningkatkan desain asli Volta untuk membuat energi yang terbuat dari berbagai bahan yang datang dalam berbagai ukuran.

Baca Juga: Flow Meter Minyak : Jenis, Karakteristik, dan Akurasi

Lihatlah baterai apa pun, dan Anda akan melihat bahwa ia memiliki dua terminal. Satu terminal ditandai (+), atau positif, sementara yang lain ditandai (-), atau negatif. Dalam baterai senter normal, seperti sel AA, C atau D, terminal terletak di ujungnya. Namun, pada aki 9 volt atau aki mobil, terminal terletak bersebelahan di bagian atas unit. Jika Anda menghubungkan kabel antara dua terminal, elektron akan mengalir dari ujung negatif ke ujung positif secepat mungkin. Ini akan cepat haus dan juga bisa berbahaya, terutama pada energi yang lebih besar. Untuk memanfaatkan dengan benar muatan listrik yang dihasilkan oleh baterai, Anda harus menghubungkannya ke beban. Muatannya mungkin seperti bola lampu, motor atau sirkuit elektronik seperti radio.

Cara kerja internal, biasanya disimpan dalam wadah logam atau plastik. Di dalam kasus ini adalah katoda, yang terhubung ke terminal positif, dan anoda, yang terhubung ke terminal negatif. Komponen-komponen ini, lebih dikenal sebagai elektroda, menempati sebagian besar ruang dalamnya dan merupakan tempat terjadinya reaksi kimia. Pemisah menciptakan penghalang antara katoda dan anoda, mencegah elektroda menyentuh sementara memungkinkan muatan listrik mengalir bebas di antara mereka. Media yang memungkinkan muatan listrik mengalir antara katoda dan anoda dikenal sebagai elektrolit. Akhirnya, pengumpul melakukan pengisian ke luar baterai dan melalui beban.

Banyak hal yang terjadi di dalam baterai ketika Anda memasukkannya ke dalam senter, remote control, atau perangkat bebas kabel lainnya. Sementara proses yang mereka hasilkan dari listrik sedikit berbeda dari baterai, ide dasarnya tetap sama.

Ketika beban menyelesaikan sirkuit antara dua terminal, baterai menghasilkan listrik melalui serangkaian reaksi elektromagnetik antara anoda, katoda dan elektrolit. Anoda mengalami reaksi oksidasi di mana dua atau lebih ion (atom atau molekul bermuatan listrik) dari elektrolit bergabung dengan anoda, menghasilkan senyawa dan melepaskan satu atau lebih elektron. Pada saat yang sama, katoda mengalami reaksi reduksi di mana zat katoda, ion, dan elektron bebas juga bergabung membentuk senyawa. Walaupun tindakan ini mungkin terdengar rumit, sebenarnya sangat sederhana: Reaksi dalam anoda menghasilkan elektron, dan reaksi dalam katoda menyerapnya. Produk bersihnya adalah listrik. Baterai akan terus menghasilkan listrik sampai satu atau kedua elektroda kehabisan zat yang diperlukan untuk terjadinya reaksi.

Saat ini, baterai ada di sekitar kita. Mereka menyalakan jam tangan kami selama berbulan-bulan pada suatu waktu. Mereka menjaga jam alarm dan telepon kita berfungsi, bahkan jika listrik padam. Mereka menjalankan detektor asap, pisau cukur listrik, bor listrik, pemutar mp3, termostat – dan daftarnya terus berlanjut. Jika Anda membaca artikel ini di laptop atau smartphone Anda, Anda bahkan mungkin menggunakannya sekarang! Namun, karena paket daya portabel ini sangat lazim, sangat mudah untuk menerima begitu saja. Artikel ini akan memberi Anda apresiasi yang lebih besar untuk baterai dengan menjelajahi sejarahnya, serta bagian dasar, reaksi, dan proses yang membuatnya bekerja. Jadi potong kabel itu dan klik panduan informatif kami untuk mengisi daya pengetahuan Anda.

Baterai Isi Ulang

Dengan meningkatnya perangkat portabel seperti laptop, ponsel, pemutar MP3 dan alat-alat listrik tanpa kabel, kebutuhan baterai yang dapat diisi ulang telah tumbuh secara substansial dalam beberapa tahun terakhir. Sejak 1859, ketika fisikawan Prancis Gaston Plante menemukan sel asam timbal. Dengan anoda timah, katoda timbal dioksida dan elektrolit asam sulfat, Plante adalah pendahulu baterai mobil modern.

Baterai yang tidak dapat diisi ulang, atau sel primer, dan baterai yang dapat diisi ulang, atau sel sekunder, menghasilkan arus yang persis sama: melalui reaksi elektrokimia yang melibatkan anoda, katoda, dan elektrolit. Namun, dalam hal yang dapat diisi ulang, reaksinya dapat dibalik. Ketika energi listrik dari sumber luar diterapkan ke sel sekunder, aliran elektron negatif ke positif yang terjadi selama pelepasan dibalik, dan muatan sel dikembalikan. Baterai isi ulang yang paling umum di pasaran saat ini adalah lithium-ion (LiOn), meskipun nikel-metal hydride (NiMH) dan Nickel-cadmium (NiCd) juga pernah sangat lazim.

Tidak semua baterai diciptakan sama. NiCd adalah di antara sel sekunder pertama yang tersedia secara luas, tetapi mereka menderita masalah yang tidak nyaman yang dikenal sebagai efek memori. Pada dasarnya, tidak sepenuhnya habis setiap kali digunakan, mereka akan cepat kehilangan kapasitas. Baterai NiCd sebagian besar dihapus demi baterai NiMH. Sel-sel sekunder ini memiliki kapasitas yang lebih tinggi dan hanya sedikit terpengaruh oleh efek memori, tetapi mereka tidak memiliki umur simpan yang sangat baik. Seperti baterai NiMH, LiOn memiliki umur yang panjang, tetapi memiliki daya yang lebih baik, beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, dan datang dalam paket yang jauh lebih kecil dan lebih ringan. Pada dasarnya semua teknologi portabel berkualitas tinggi yang diproduksi akhir-akhir ini memanfaatkan teknologi ini. Namun, baterai LiOn saat ini tidak tersedia dalam ukuran standar seperti AAA, AA, C atau D, dan harganya jauh lebih mahal daripada yang lebih lama.

Dengan baterai NiCd dan NiMH, pengisian daya dapat menjadi sulit. Anda harus berhati-hati untuk tidak menjual terlalu mahal, karena ini dapat menyebabkan penurunan kapasitas. Untuk mencegah hal ini terjadi, beberapa pengisi daya beralih ke pengisian daya tetesan atau cukup matikan saat pengisian selesai. Baterai NiCd dan NiMH juga harus direkondisi, artinya Anda harus benar-benar melepaskan dan mengisi ulangnya sekali-sekali untuk meminimalkan kehilangan kapasitas. Baterai LiOn, di sisi lain, memiliki pengisi daya canggih yang mencegah pengisian berlebih dan tidak perlu direkondisi.

Bahkan yang dapat diisi ulang pada akhirnya akan mati, meskipun mungkin diperlukan ratusan biaya sebelum itu terjadi. Ketika mereka akhirnya memberi, pastikan untuk membuangnya di fasilitas daur ulang.

Baca Juga: Apa itu Kalibrasi dan Bagaimana Prosedurnya?

tadi pertanyaannya adalah, apa yang membuat baterai ini begitu energik dan sangat populer? Bagaimana mereka meledak? Dan adakah yang bisa Anda lakukan untuk mencegah masalah atau membantu baterai Anda bertahan lebih lama? Di artikel ini, kami akan menjawab pertanyaan-pertanyaan ini dan banyak lagi.

Baterai lithium-ion sangat populer karena memiliki sejumlah keunggulan penting dibandingkan teknologi yang bersaing:

• Mereka umumnya jauh lebih ringan daripada jenis isi ulang lainnya dengan ukuran yang sama. Elektroda baterai lithium-ion terbuat dari lithium dan karbon yang ringan. Lithium juga merupakan elemen yang sangat reaktif, yang berarti bahwa banyak energi dapat disimpan dalam ikatan atomnya. Ini berarti kepadatan energi yang sangat tinggi untuk baterai lithium-ion. Berikut ini cara untuk mendapatkan perspektif tentang kepadatan energi.
• Lithium-ion yang khas dapat menyimpan 150 watt-jam listrik dalam 1 kilogram baterai. Baterai NiMH (nickel-metal hydride) dapat menyimpan mungkin 100 watt-jam per kilogram, meskipun 60 hingga 70 watt-jam mungkin lebih khas. Baterai timbal-asam hanya dapat menyimpan 25 watt-jam per kilogram. Menggunakan teknologi timbal-asam, dibutuhkan 6 kilogram untuk menyimpan jumlah energi yang sama dengan baterai lithium-ion 1 kilogram. Itu perbedaan besar [sumber: Everything2.com].
• Mereka memegang kendali. Paket baterai lithium-ion hanya kehilangan sekitar 5 persen dari biaya per bulan, dibandingkan dengan kerugian 20 persen per bulan untuk baterai NiMH. Mereka tidak memiliki efek memori, yang berarti Anda tidak perlu benar-benar melepaskannya sebelum diisi ulang, seperti halnya beberapa kimia baterai lainnya.
• Baterai lithium-ion dapat menangani ratusan siklus pengisian / pengosongan. Itu tidak berarti bahwa baterai lithium-ion sempurna.

Kelemahan Baterai Isi Ulang

• Mereka mulai merendahkan begitu mereka meninggalkan pabrik. Mereka hanya akan bertahan dua atau tiga tahun dari tanggal pembuatan apakah Anda menggunakannya atau tidak.
• Mereka sangat sensitif terhadap suhu tinggi. Panas menyebabkan paket baterai lithium-ion terdegradasi lebih cepat dari biasanya.
• Jika Anda benar-benar melepaskan lithium-ion, itu hancur. Unit lithium-ion harus memiliki komputer terpasang untuk mengelola baterai. Ini membuat mereka lebih mahal dari yang sudah ada.
  Ada kemungkinan kecil bahwa, jika lithium-ion gagal, ia akan terbakar.
• Banyak dari karakteristik ini dapat dipahami dengan melihat kimia di dalam sel lithium-ion.

Kemasan baterai lithium-ion tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran, tetapi semuanya terlihat sama di bagian dalam. Jika Anda membongkar baterai laptop (sesuatu yang kami TIDAK sarankan karena kemungkinan korslet baterai dan menyalakan api).

Sel-sel lithium-ion dapat berupa baterai silinder yang terlihat hampir identik dengan sel AA, atau mereka bisa prismatik, yang berarti mereka persegi atau persegi panjang Komputer, yang terdiri dari:

1. Satu atau lebih sensor suhu untuk memonitor suhunya
2. Konverter tegangan dan rangkaian regulator untuk menjaga level tegangan dan arus yang aman
3. Konektor notebook terlindung yang memungkinkan daya dan informasi mengalir masuk dan keluar dari Keran tegangan, yang memonitor kapasitas energi sel-sel individual dalam paket baterai
4. Monitor status pengisian daya, yang merupakan komputer kecil yang menangani seluruh proses pengisian untuk memastikan terisi secepat dan semaksimal mungkin.
5. Jika terlalu panas selama pengisian atau penggunaan, komputer akan mematikan aliran daya untuk mencoba mendinginkan berbagai hal. Jika Anda meninggalkan laptop Anda di mobil yang sangat panas dan mencoba menggunakan laptop tersebut, komputer ini dapat mencegah Anda dari menyalakan sampai hal-hal menjadi dingin. Jika sel menjadi benar-benar habis, baterai akan dimatikan karena sel-selnya rusak. Ini juga dapat melacak jumlah siklus pengisian / pengosongan dan mengirimkan informasi sehingga meter baterai laptop dapat memberi tahu Anda berapa banyak daya yang tersisa.

Sel Lithium-ion

Seperti kebanyakan baterai Anda memiliki casing luar yang terbuat dari logam. Penggunaan logam sangat penting di sini karena ditekan. Casing logam ini memiliki semacam lubang ventilasi peka tekanan. Jika menjadi sangat panas sehingga berisiko meledak karena tekanan berlebih, ventilasi ini akan melepaskan tekanan ekstra. Baterai mungkin tidak akan berguna setelahnya, jadi ini sesuatu yang harus dihindari. Ventilasi benar-benar ada sebagai langkah pengamanan. Begitu juga saklar Positive Temperature Coefficient (PTC), perangkat yang seharusnya menjagi dari panas yang berlebihan.

Kasing logam ini memiliki spiral panjang yang terdiri dari tiga lembar tipis yang disatukan:

• Elektroda Positif
• Elektroda negatif
• Pemisah

*Di dalam kasing ini terendam dalam pelarut organik yang bertindak sebagai elektrolit. Eter adalah salah satu pelarut umum.

Pemisah adalah selembar plastik mikro yang sangat tipis. Sesuai namanya, ia memisahkan elektroda positif dan negatif sambil membiarkan ion lewat.

Elektroda positif terbuat dari Lithium cobalt oxide, atau LiCoO2. Elektroda negatif terbuat dari karbon. Ketika terisi, ion lithium bergerak melalui elektrolit dari elektroda positif ke elektroda negatif dan menempel pada karbon. Selama pelepasan, ion lithium bergerak kembali ke LiCoO2 dari karbon (Pengertian Baterai Lithium).

Pergerakan ion lithium ini terjadi pada tegangan yang cukup tinggi, sehingga setiap sel menghasilkan 3,7 volt. Ini jauh lebih tinggi daripada 1,5 volt khas sel alkali AA normal yang Anda beli di supermarket dan membantu membuat lithium-ion lebih kompak dalam perangkat kecil seperti ponsel. Lihat Bagaimana kerjanya untuk detail tentang berbagai kimia baterai. Kita akan melihat cara memperpanjang umur baterai lithium-ion dan mencari tahu mengapa baterai itu bisa meledak selanjutnya.

Paket baterai lithium-ion mahal, jadi jika Anda ingin menjadikan baterai Anda lebih lama, berikut beberapa hal yang perlu diingat:

Kimia ion litium lebih memilih pengosongan parsial dari pengosongan dalam, jadi sebaiknya hindari penggunaan baterai hingga nol. Karena kimia litium-ion tidak memiliki “memori”, Anda tidak membahayakan paket baterai dengan pelepasan sebagian. Jika tegangan sel lithium-ion turun di bawah tingkat tertentu, itu hancur.

Usia baterai lithium-ion. Mereka hanya bertahan dua hingga tiga tahun, bahkan jika mereka duduk di rak yang tidak digunakan. Jadi jangan “hindari menggunakan” baterai dengan pemikiran bahwa akan bertahan lima tahun. Tidak akan. Juga, jika Anda membeli baru, Anda ingin memastikan itu benar-benar baru. Jika sudah duduk di rak di toko selama setahun, itu tidak akan bertahan lama. Tanggal pembuatan itu penting. Hindari panas, yang dapat merusaknya.

Hal tersebut akan menjadi cukup panas untuk menyalakan elektrolit, Anda akan mendapatkan api. Ada klip video dan foto di Web yang menunjukkan seberapa serius kebakaran ini. Artikel CBC, “Musim Panas Laptop Meledak,” menyimpulkan beberapa dari insiden ini.

Baca Juga: Alat Pengukur Debit Air : Jenis dan Aplikasi

Ketika kebakaran seperti ini terjadi, biasanya disebabkan oleh kekurangan internal baterai. Ingat dari bagian sebelumnya bahwa sel-sel lithium-ion mengandung lembaran pemisah yang membuat elektroda positif dan negatif terpisah. Jika lembar itu tertusuk dan elektroda bersentuhan, maka akan memanas dengan sangat cepat. Anda mungkin pernah mengalami jenis panas yang dapat dihasilkan oleh baterai jika Anda pernah memasukkan baterai 9 volt normal ke dalam saku Anda. Jika koin memendek di kedua terminal, akan menjadi cukup panas.

Dalam kegagalan separator, kekurangan yang sama terjadi di dalam lithium-ion. Karena baterai lithium-ion sangat energik, mereka menjadi sangat panas. Panas menyebabkan baterai melepaskan pelarut organik yang digunakan sebagai elektrolit, dan panas (atau percikan terdekat) dapat menyalakannya. Setelah itu terjadi di dalam salah satu sel, panas api mengalir ke sel-sel lain dan seluruh paket terbakar.

Penting untuk dicatat bahwa kebakaran sangat jarang terjadi. Namun, hanya perlu beberapa kebakaran dan sedikit liputan media untuk meminta penarikan kembali.

Sumber: inaparts.com