Definisi, Sejarah, dan Cara Kerja Baterai yang merupakan suatu kumpulan dari satu atau lebih sel yang reaksi kimianya menciptakan aliran elektron dalam suatu rangkaian. Semua baterai terdiri dari tiga komponen dasar: anoda (sisi ‘-‘), katoda (sisi ‘+’), dan beberapa jenis elektrolit (zat yang bereaksi secara kimia dengan anoda dan katoda). kami akan memaparkan secara detail mengenai definisi, sejarah, dan cara kerja baterai.
Definisi Baterai
Baterai adalah kumpulan dari satu atau lebih sel yang reaksi kimianya menciptakan aliran elektron dalam suatu rangkaian. Semua baterai terdiri dari tiga komponen dasar: anoda (sisi ‘-‘), katoda (sisi ‘+’), dan beberapa jenis elektrolit (zat yang bereaksi secara kimia dengan anoda dan katoda). Ketika anoda dan katoda baterai dihubungkan ke sirkuit, reaksi kimia terjadi antara anoda dan elektrolit. Reaksi ini menyebabkan elektron mengalir melalui sirkuit dan kembali ke katoda di mana reaksi kimia lain berlangsung. Ketika bahan di katoda atau anoda dikonsumsi atau tidak lagi dapat digunakan dalam reaksi, baterai tidak dapat menghasilkan listrik. Pada saat itu, baterai Anda “mati”.
Baterai yang harus dibuang setelah digunakan disebut baterai primer. Baterai yang dapat diisi ulang disebut baterai sekunder.
Tanpa baterai, quadcopter Anda harus ditambatkan ke dinding, Anda harus memutar mobil Anda dengan tangan, dan pengontrol Xbox Anda harus dicolokkan setiap saat (seperti di masa lalu yang indah). Baterai menawarkan cara untuk menyimpan energi potensial listrik dalam wadah portabel.
Penemuan baterai modern sering dikaitkan dengan Alessandro Volta. Ini sebenarnya dimulai dengan kecelakaan mengejutkan yang melibatkan pembedahan katak.
Baca Juga : Prinsip Kerja, Keuntungan, dan Aplikasi Time Delay Relay
Sejarah Baterai
Secara historis, kata “baterai” digunakan untuk menggambarkan “serangkaian objek serupa yang dikelompokkan bersama untuk melakukan suatu fungsi,” seperti pada baterai artileri. Pada tahun 1749, Benjamin Franklin pertama kali menggunakan istilah tersebut untuk menggambarkan serangkaian kapasitor yang dia kaitkan bersama untuk eksperimen listriknya. Kemudian, istilah tersebut akan digunakan untuk setiap sel elektrokimia yang dihubungkan bersama untuk tujuan menyediakan tenaga listrik.
Penemuan Baterai
Suatu hari yang menentukan pada tahun 1780, fisikawan, dokter, ahli biologi, dan filsuf Italia, Luigi Galvani, sedang membedah katak yang diikatkan pada kait kuningan. Saat dia menyentuh kaki katak dengan sekop besi, kakinya bergerak-gerak. Galvani berteori bahwa energi berasal dari kaki itu sendiri, tetapi rekan ilmuwannya, Alessandro Volta, percaya sebaliknya.
Volta berhipotesis bahwa impuls kaki katak sebenarnya disebabkan oleh berbagai logam yang direndam dalam cairan. Dia mengulangi percobaan menggunakan kain yang direndam dalam air garam, bukan mayat katak, yang menghasilkan tegangan yang sama. Volta menerbitkan temuannya pada tahun 1791 dan kemudian menciptakan baterai pertama, tumpukan volta, pada tahun 1800.
Tumpukan Volta terganggu oleh dua masalah utama: berat tumpukan menyebabkan elektrolit bocor keluar dari kain, dan sifat kimia tertentu dari komponen menghasilkan rentang hidup yang sangat singkat (sekitar satu jam). Dua ratus tahun berikutnya akan dihabiskan untuk menyempurnakan desain Volta dan memecahkan masalah ini.
Baca Juga : Memahami dasar saklar listrik dan lemparan
Perbaikan pada Tumpukan Volta
William Cruickshank dari Skotlandia memecahkan masalah kebocoran dengan meletakkan tumpukan volta di sisinya untuk membentuk “baterai palung”.
Masalah kedua, masa pakai yang pendek, disebabkan oleh degradasi seng karena pengotor dan penumpukan gelembung hidrogen pada tembaga. Pada tahun 1835, William Sturgeon menemukan bahwa mengolah seng dengan merkuri akan mencegah degradasi.
Ahli kimia Inggris John Frederic Daniell menggunakan elektrolit kedua yang bereaksi dengan hidrogen, mencegah penumpukan pada katoda tembaga. Baterai dua-elektrolit Daniell, yang dikenal sebagai “sel Daniell,” akan menjadi solusi yang sangat populer untuk menyediakan daya ke jaringan telegraf pemula.
Baterai Isi Ulang Pertama
Pada tahun 1859, fisikawan Prancis Gaston Planté menciptakan baterai menggunakan dua lembar timah yang digulung yang direndam dalam asam sulfat. Dengan membalikkan arus listrik melalui baterai, kimia akan kembali ke keadaan semula, sehingga menciptakan baterai isi ulang pertama.
Kemudian, pada tahun 1881, Camille Alphonse Faure meningkatkan desain Planté dengan membentuk lembaran timah menjadi pelat. Desain baru ini membuat baterai lebih mudah diproduksi, dan baterai asam timbal banyak digunakan di mobil.
Baterai Sel Kering
Sampai akhir 1800-an, elektrolit dalam baterai berada dalam keadaan cair. Ini membuat pengangkutan baterai menjadi usaha yang sangat hati-hati, dan sebagian besar baterai tidak pernah dimaksudkan untuk dipindahkan begitu terpasang ke sirkuit.
Pada tahun 1866, Georges Leclanché menciptakan baterai menggunakan anoda seng, katoda mangan dioksida, dan larutan amonium klorida untuk elektrolit. Sementara elektrolit dalam sel Leclanché masih berupa cairan, kimia baterai terbukti menjadi langkah penting untuk penemuan sel kering.
Carl Gassner menemukan cara membuat pasta elektrolit dari amonium klorida dan Plester Paris. Dia mematenkan baterai “sel kering” baru pada tahun 1886 di Jerman. Sel kering baru ini, yang biasa disebut “baterai seng-karbon”, diproduksi secara massal dan terbukti sangat populer hingga akhir 1950-an. Sementara karbon tidak digunakan dalam reaksi kimia, karbon memainkan peran penting sebagai konduktor listrik dalam baterai seng-karbon.
Pada 1950-an, Lewis Urry, Paul Marsal, dan Karl Kordesch dari perusahaan Union Carbide (kemudian dikenal sebagai “Eveready” dan kemudian “Energizer”) mengganti elektrolit amonium klorida dengan zat alkali, berdasarkan kimia baterai yang dirumuskan oleh Waldemar Jungner pada tahun 1899. Baterai sel kering alkali dapat menyimpan lebih banyak energi daripada baterai seng karbon dengan ukuran yang sama dan memiliki umur simpan yang lebih lama.
Baca Juga : Dasar Dasar Konektor Listrik
Baterai alkaline meningkat popularitasnya pada 1960-an, mengambil alih baterai seng-karbon, dan sejak itu menjadi sel utama standar untuk penggunaan konsumen.
Baterai Isi Ulang Abad ke-20
Pada 1970-an, COMSAT mengembangkan baterai nikel-hidrogen untuk digunakan dalam satelit komunikasi. Baterai ini menyimpan hidrogen dalam bentuk gas bertekanan. Banyak satelit buatan manusia, seperti Stasiun Luar Angkasa Internasional, masih mengandalkan baterai nikel-hidrogen.
Penelitian beberapa perusahaan sejak akhir 1960-an menghasilkan pembuatan baterai nikel-metal hidrida (NiMH). Baterai NiMH dirilis ke pasar konsumen pada tahun 1989, dan memberikan alternatif yang lebih kecil dan lebih murah daripada sel nikel-hidrogen yang dapat diisi ulang.
Asahi Chemical dari Jepang membangun baterai lithium-ion pertama pada tahun 1985, dan Sony menciptakan baterai lithium-ion komersial pertama pada tahun 1991. Pada akhir 1990-an, casing yang lembut dan fleksibel dibuat untuk baterai lithium-ion dan memunculkan ” lithium polymer” atau baterai “LiPo”.
Jelas, lebih banyak kimia baterai telah ditemukan, diproduksi, dan menjadi usang. Jika Anda ingin membaca lebih lanjut tentang teknologi baterai modern dan populer, lihat produk kami.
Baca Juga : 3 Jenis konektor listrik di dunia industri
Komponen Baterai
Baterai terdiri dari tiga komponen dasar: anoda, katoda, dan elektrolit. Pemisah sering digunakan untuk mencegah anoda dan katoda bersentuhan, jika elektrolit tidak mencukupi. Untuk menyimpan komponen ini, baterai biasanya memiliki semacam casing.
Baik anoda dan katoda adalah jenis elektroda. Elektroda adalah konduktor yang melaluinya listrik masuk atau keluar dari suatu komponen dalam suatu rangkaian.
Anoda
Elektron mengalir keluar dari anoda dalam perangkat yang terhubung ke sirkuit. Ini berarti bahwa “arus” konvensional mengalir ke anoda.
Dalam baterai, reaksi kimia antara anoda dan elektrolit menyebabkan penumpukan elektron di anoda. Elektron ini ingin pindah ke katoda, tetapi tidak dapat melewati elektrolit atau pemisah.
Katoda
Elektron mengalir ke katoda dalam perangkat yang terhubung ke sirkuit. Ini berarti bahwa “arus” konvensional mengalir keluar dari katoda.
Dalam baterai, reaksi kimia di dalam atau di sekitar katoda menggunakan elektron yang dihasilkan di anoda. Satu-satunya cara agar elektron sampai ke katoda adalah melalui sirkuit, di luar baterai.
Elektrolit
Elektrolit adalah zat, seringkali cair atau gel, yang mampu mengangkut ion antara reaksi kimia yang terjadi di anoda dan katoda. Elektrolit juga menghambat aliran elektron antara anoda dan katoda sehingga elektron lebih mudah mengalir melalui rangkaian eksternal daripada melalui elektrolit.
Elektrolit sangat penting dalam pengoperasian baterai. Karena elektron tidak dapat melewatinya, mereka dipaksa untuk melakukan perjalanan melalui konduktor listrik dalam bentuk rangkaian yang menghubungkan anoda ke katoda.
Separator
Separator adalah bahan berpori yang mencegah anoda dan katoda bersentuhan, yang akan menyebabkan korsleting pada baterai. Pemisah dapat dibuat dari berbagai bahan, termasuk kapas, nilon, poliester, karton, dan film polimer sintetik. Separator tidak bereaksi secara kimia dengan anoda, katoda, atau elektrolit.
Ion dalam elektrolit dapat bermuatan positif, bermuatan negatif, dan dapat datang dalam berbagai ukuran. Pemisah khusus dapat dibuat yang memungkinkan beberapa ion lewat tetapi tidak yang lain.
Casing / Case
Sebagian besar baterai membutuhkan cara untuk menahan komponen kimianya. Casing, atau dikenal sebagai “perumahan” atau “kerang”, hanyalah struktur mekanis yang dimaksudkan untuk menahan bagian dalam baterai.
Casing baterai dapat dibuat dari hampir semua hal: plastik, baja, kantong laminasi polimer lunak, dan sebagainya. Beberapa baterai menggunakan casing baja konduktor yang terhubung secara elektrik ke salah satu elektroda. Dalam kasus sel alkaline AA umum, casing baja terhubung ke katoda.
Baca Juga : Perbedaan Konektor Sirkular dan Rektangular
Cara Kerja Baterai
Baterai umumnya memerlukan beberapa reaksi kimia untuk beroperasi. Setidaknya satu reaksi terjadi di dalam atau di sekitar anoda dan satu atau lebih reaksi terjadi di dalam atau di sekitar katoda. Dalam semua kasus, reaksi di anoda menghasilkan elektron ekstra dalam proses yang disebut oksidasi, dan reaksi di katoda menggunakan elektron ekstra selama proses yang dikenal sebagai reduksi.
Intinya, kita memisahkan jenis reaksi kimia tertentu, reaksi reduksi-oksidasi atau reaksi redoks, menjadi dua bagian yang terpisah. Reaksi redoks terjadi ketika elektron ditransfer antara bahan kimia. Kita dapat memanfaatkan pergerakan elektron dalam reaksi ini untuk mengalir di luar baterai untuk memberi daya pada sirkuit kita begitu Cara Kerja Baterai.
Oksidasi Anoda
Bagian pertama dari reaksi redoks, oksidasi, terjadi antara anoda dan elektrolit, dan menghasilkan elektron (ditandai sebagai e-). Beberapa reaksi oksidasi menghasilkan ion, seperti pada baterai lithium-ion. Dalam kimia lain, reaksi mengkonsumsi ion, seperti pada baterai alkaline biasa. Dalam kedua kasus, ion dapat mengalir bebas melalui elektrolit di mana elektron tidak bisa.
Reduksi Katoda
Setengah lainnya dari reaksi redoks, reduksi, terjadi di dalam atau di dekat katoda. Elektron yang dihasilkan oleh reaksi oksidasi dikonsumsi selama reduksi.
Dalam beberapa kasus, seperti baterai lithium-ion, ion lithium bermuatan positif yang dihasilkan selama reaksi oksidasi dikonsumsi selama reduksi. Dalam kasus lain, seperti baterai alkaline, ion bermuatan negatif dihasilkan selama reduksi.
Aliran Elektron
Pada kebanyakan baterai, beberapa atau semua reaksi kimia dapat terjadi bahkan ketika baterai tidak terhubung ke sirkuit. Reaksi ini dapat mempengaruhi umur simpan baterai.
Untuk sebagian besar, reaksi hanya akan terjadi dengan kekuatan penuh ketika rangkaian konduktif listrik diselesaikan antara anoda dan katoda. Semakin kecil hambatan antara anoda dan katoda, semakin banyak elektron yang diizinkan mengalir, dan semakin cepat reaksi kimia terjadi.
Kita dapat melewatkan elektron yang bergerak ini melalui berbagai komponen listrik, yang dikenal sebagai “beban”, untuk mencapai sesuatu yang berguna. Dalam grafik gerak di awal bagian ini, kita menyalakan bola lampu virtual dengan elektron bergerak kita.
Baca Juga : Prinsip dan Teori Kerja Panel Surya Transparan
Baterai Mati
Bahan kimia dalam baterai pada akhirnya akan mencapai keadaan keseimbangan. Dalam keadaan ini, bahan kimia tidak akan lagi memiliki kecenderungan untuk bereaksi, dan akibatnya, baterai tidak akan menghasilkan arus listrik lagi. Pada titik ini, baterai dianggap “mati”.
Sel primer harus dibuang saat baterai mati. Sel sekunder dapat diisi ulang, dan ini dilakukan dengan menerapkan arus listrik terbalik melalui baterai. Pengisian ulang terjadi ketika bahan kimia melakukan serangkaian reaksi lain untuk mengembalikannya ke keadaan semula.
Terminologi Baterai
Orang sering menggunakan seperangkat istilah umum ketika berbicara tentang tegangan baterai, kapasitas, kemampuan sumber arus, dan sebagainya.
Sel
Sel mengacu pada anoda dan katoda tunggal yang dipisahkan oleh elektrolit yang digunakan untuk menghasilkan tegangan dan arus. Baterai dapat terdiri dari satu atau lebih sel. Baterai AA tunggal, misalnya, adalah satu sel. Baterai mobil berisi enam sel masing-masing 2,1 V.
Utama
Sel primer mengandung kimia yang tidak dapat dibalik. Akibatnya, baterai harus dibuang setelah mati.
Sekunder
Sel sekunder dapat diisi ulang dan kimianya dikembalikan ke keadaan semula. Atau dikenal sebagai “baterai isi ulang”, sel-sel ini dapat digunakan berkali-kali.
Tegangan Nominal
Tegangan nominal baterai adalah tegangan yang dinyatakan oleh pabrikan. Misalnya, baterai alkaline AA terdaftar memiliki 1,5 V. Artikel dari Mad Scientist Hut ini menunjukkan baterai alkaline yang diuji mulai dari sekitar 1,55 V dan kemudian perlahan-lahan kehilangan tegangan saat baterai habis. Dalam contoh ini, tegangan nominal “1,5 V” mengacu pada tegangan maksimum atau awal baterai.
Paket baterai Storm untuk quadcopters ini menunjukkan kurva pengosongan untuk sel LiPo mereka mulai dari sekitar 4,2 V dan turun menjadi sekitar 2,8 V saat dilepaskan. Tegangan nominal yang tercantum untuk sebagian besar sel lithium-ion dan LiPo adalah 3,7 V. Dalam hal ini, tegangan nominal “3,7 V” mengacu pada tegangan rata-rata baterai selama siklus pengosongannya.
Kapasitas
Kapasitas baterai adalah ukuran jumlah muatan listrik yang dapat diberikannya pada tegangan tertentu. Sebagian besar baterai dinilai dalam jam amp (Ah) atau jam miliamp (mAh).
Sebagian besar grafik pengosongan baterai menunjukkan tegangan baterai sebagai fungsi kapasitas, seperti pengujian baterai AA oleh PowerStream. Untuk mengetahui apakah baterai memiliki kapasitas yang cukup untuk memberi daya pada sirkuit Anda, temukan voltase terendah yang dapat diterima dan temukan peringkat mAh atau Ah yang terkait.
C-Rate
Banyak baterai, terutama baterai lithium-ion yang kuat, menyatakan arus pelepasan sebagai “C-Rate” untuk mendefinisikan atribut baterai dengan lebih jelas. C-Rate adalah tingkat debit relatif terhadap kapasitas maksimum baterai. 1C adalah jumlah arus yang diperlukan untuk mengosongkan baterai dalam 1 jam. Misalnya, baterai 400 mAh yang memasok arus 1C akan memasok 400 mA. 5C untuk baterai yang sama akan menjadi 2 A.
Sebagian besar baterai kehilangan kapasitas pada penarikan arus yang lebih tinggi. Misalnya, grafik info produk dari Chargery ini menunjukkan bahwa sel LiPo mereka memiliki lebih sedikit mAh pada C-Rates yang lebih tinggi.
Pemakaian Baterai
Sel Tuggal
Beberapa sirkuit dapat ditenagai oleh satu sel, tetapi pastikan baterai dapat memberikan tegangan dan arus yang cukup.
Jika tegangan terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk sirkuit Anda, Anda mungkin memerlukan konverter DC/DC.
Seri
Untuk meningkatkan tegangan antara terminal baterai, Anda dapat menempatkan sel secara seri. Seri berarti menumpuk sel-sel ujung ke ujung, menghubungkan anoda satu ke katoda berikutnya.
Dengan menghubungkan baterai secara seri, Anda meningkatkan tegangan total. Tambahkan tegangan semua sel untuk menentukan tegangan operasi. Kapasitas tetap sama.
Di sebagian besar elektronik konsumen yang menggunakan baterai alkaline, baterai ditumpuk secara seri. Misalnya dudukan baterai AA 2x ini dapat menaikkan tegangan nominal menjadi 3 V untuk suatu proyek.
Paralel
Jika tegangan sel tunggal cukup untuk beban, Anda dapat menambahkan baterai secara paralel untuk meningkatkan kapasitas. Perhatikan bahwa ini juga berarti meningkatkan arus yang tersedia (C-Rate).
Hati-hati saat menghubungkan baterai secara paralel! Semua sel harus memiliki tegangan nominal yang sama dan tingkat muatan yang sama. Jika ada perbedaan tegangan, korsleting dapat terjadi yang menyebabkan panas berlebih dan kemungkinan kebakaran.
Seri dan Paralel
Jika Anda ingin meningkatkan tegangan dan kapasitas, Anda dapat menggabungkan baterai seri dan paralel. Sekali lagi, pastikan level tegangan baterai paralel, karena dapat terjadi korsleting.
Dalam kemasan baterai besar, terutama lithium-ion, Anda sering melihat konfigurasi yang terdaftar menggunakan ‘S’ dan ‘P’ untuk seri dan paralel. Konfigurasi untuk rangkaian di atas adalah 2S2P. Sebagai contoh praktis, mobil listrik modern menggunakan susunan besar baterai yang dihubungkan secara seri dan paralel.
Baca Juga : Prinsip Kerja, Keunggulan, dan Kekurangan Limit Switch
Kesimpulan
dari yang sudah kami jelaskan mengenai “Definisi, Sejarah, dan Cara Kerja Baterai” Sekarang, Anda harus memiliki pemahaman tentang bagaimana baterai ditemukan dan bagaimana cara kerjanya. Baterai adalah salah satu metode untuk menyediakan energi listrik untuk proyek Anda, dan baterai dapat sangat berguna jika Anda membutuhkan sumber daya portabel, Sekian dan terimakasih.
Referensi : learn.sparkfun.com
