Baterai Penyimpan Listrik

Salah satu contoh penggunaan sel elektrokimia dalam kehidupan sehari-hari adalah baterai (sumber arus searah/dc), Baterai Penyimpan Listrik.

Sumber arus searah dibedakan menjadi sel primer dan sel sekunder.

Sel primer adalah sel yang reaksinya tidak dapat balik (irreversible), sehingga ketika sudah habis, tidak dapat diisi ulang. Contoh : sel kering, sel alkaline, dan sel perak oksida.

Sel sekunder adalah sel yang reaksinya dapat balik (reversible), sehingga ketika sudah habis, dapat diisi ulang. Contoh : aki, baterai Ni-Cd, dan baterai litium.

1. Sel Kering (Sel Leclanche)

Sel kering ini dikenal sebagai baterai. Sel ini terdiri atas katode dari grafit dan anode dari seng. Elektrolit yang digunakan berupa pasta yang merupakan campuran MnO2 (pirolusit), serbuk karbon, dan NH4Cl. MnO2 sebagai oksidator, yaitu yang mengalami reaksi reduksi. Sedangkan NH4Cl sebagai reduktor, yaitu yang mengalami oksidasi, dan sebagai media yang memberi suasana asam.

Katode : 2MnO2 (s) + H+ + 2e –> Mn2O3 (aq) + H2O

Anode : Zn (s) –> Zn2+ (aq) + 2e

Reaksi sel : 2MnO2 (s) + Zn (s) + 2H+ (aq) –> Mn2O3 (s) + Zn2+ (aq) + H2O (l)

Ion H+ pada katode  berasal dari hidrolisis NH4+ :

NH4+ (aq) + H2O (l) –> NH3 (aq) + H2O (l) + H+ (aq)

Amonia (NH3) yang dihasilkan akan bereaksi dengan Zn2+, yaitu :

Zn2+ (aq) + NH3 (aq) –> Zn(NH3)4 2+ (aq)

Potensial sel yang dihasilkan 1,5V.

(Baca juga Mengenal Larutan Elektrolit di Sekitar Kita)

2. Sel Alkaline

Sel ini adalah penyempurnaan dari sel Leclanche, yaitu dengan mengganti NH4Cl dengan pasta KOH. Hal ini dapat membuat beda potensial relatif tetap dan baterai lebih awet. Anode sel alkaline terbuat dari logam Zn dan katodenya terbuat dari MnO2 yang dicampur KOH. Reaksinya adalah :

Anode : Zn (s) + 2OH- (aq) –> Zn(OH)2 (s) + 2e   E° = +1,2V

Katode : 2MnO2 (s) + 2H2O (l) +2e –> 2Mn2O3(OH) (s) + 2OH-  E° = +0,3V

Reaksi sel : Zn (s) + 2MnO2 (s) + 2H2O (l) –> Zn(OH)2 (s) + 2Mn2O3 (s)  E°sel = 1,5V

3. Sel Perak Oksida

Sel ini banyak digunakan untuk arloji, kalkulator, dan alat elektronik kecil lainnya. Anode sel perak oksida terbuat dari logam Zn, sedangkan katodenya terbuat dari oksida perak (Ag2O), dan elektrolitnya berupa pasta yang mengandung KOH. Reaksinya adalah :

Anode : Zn (s) + 2OH- (aq) –> Zn(OH)2 (s) + 2e

Katode : Ag2O (s) + H2O (l) + 2e –> 2Ag (s) + 2OH- (aq)

Reaksi sel : Zn (s) + Ag2O (s) + H2O (l) –> Zn(OH)2 (s) + 2Ag (s)

Nilai potensial yang dihasilkan adalah 1,34 V.

4. Sel Aki

Sel ini disebut sebagai sel penyimpan, karena dapat menyimpan listrik yang setiap saat dapat dimanfaatkan. Sel aki termasuk sel sekunder, karena dapat diisi ulang. Anodenya dari logam timbel (Pb) dan katodenya dari logam timbel yang dilapisi PbO2. Senyawa PbO2 ini yang berperan dalam reaksi redoks. Sebagai elektrolit, digunakan asam sulfat (H2SO4) yang kadarnya sekitar 37%, atau sering disebut accu-zuur. Reaksinya  dapat balik sehingga dapat diisi ulang. Reaksi yang terjadi saat digunakan :

Anode : Pb (s) + SO4 2- (aq) –> PbSO4 (s) + 2e

Katode : PbO2 (s) + SO4 2- (aq) + 4H+ (aq) + 2e –> PbSO4 (s) + 2H2O (l)

Pada saat aki diisi ulang, terjadi reaksi sebaliknya, yaitu :

2PbSO4 (s) + 2H2O (l) –> Pb (s) + PbO2 (s) + 2SO4 2- (aq) + 4H+ (aq)

Saat digunakan, kadar asam sulfat akan semakin encer, sedangkan saat diisi ulang, kadar asam sulfat akan meningkat.

5. Sel Nikel-Kadmium (Ni-Cd)

Sel ini atau biasa disebut baterai nikad, adalah sel kering yang dapat diisi kembali. Anodenya dari Cd dan katodenya pasta Ni2CO3. Beda potensial yang dihasilkan adalah 1,29 V. Logam berat kadmium ini dapat mencemari lingkungan, sehingga penggunaannya saat ini semakin berkurang. Reaksi saat baterai nikad digunakan :

Anode : Cd (s) + 2OH- (aq) –> Cd(OH)2 (s) + 2e

Katode : NiO2 (s) + 2H2O (l) + 2e –> Ni(OH)2 (s) + 2OH- (aq)

Reaksi sel : Cd (s) + NiO2 (s) + 2H2O (l) –> Cd(OH)2 (s) + Ni(OH)2 (s)

6. Baterai Litium

Baterai ini biasa disebut Li-ion merupakan baterai yang banyak digunakan pada telepon seluler, laptop, tablet, dan perangkat elektronik lainnya. Baterai litium ini adalah hasil nanoteknologi ketika atom-atom Li ditaburlan pada lembaran grafit berukuran mikro yang membentuk molekul LixC6 dan katodenya adalah oksida logam litium yang terbentuk dalam senyawa LiMn2O4 atau LiCoO2 dengan elektrolit yang terbuat dari LiPF6 yang dilarutkan dalam pelarut organik dengan konsentrasi 1M. Ion Li+ bergerak dari anode ke katode atau sebaliknya. Reaksi yang terjadi :

Anode : LixC6 –> xLi+ + xe- + C6 (s)

Katode : Li1-xMn2O4 +xLi+ +xe –> LiMn2O4 (s)

Reaksi sel : LixC6 + Li1-xMn2O4 –> LiMn2O4 (s) + C6 (s) E°sel = 3,7V.

Jika diisi ulang, reaksi akan terjadi sebaliknya.

7. Sel Bahan Bakar

Sel ini merupakan sel Galvani yang pereaksi-pereaksinya (oksigen dan hidrogen) dialirkan secara kontinu ke dalam elektrode berpori. Pada sel bahan bakar, nikel digunakan sebagai anode, nikel oksida sebagai katode, dan KOH sebagai elektrolit. Reaksi yang terjadi :

Anode : 2H2 (g) + 4OH- (aq) –> 4H2O (l) + 4e

Katode : O2 (g) + 2H2O (l) + 4e –> 4OH- (aq)

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

Demikian artikel tentang berbagai macam Baterai Penyimpan Listrik dari reaksi kimia. semoga bermanfaat