Penjelasan Bagaimana Baterai Bekerja?

Bagaimana Baterai Bekerja

Baterai ada di mana-mana. Dunia modern bergantung pada sumber energi portabel ini, yang dapat ditemukan dalam segala hal mulai dari perangkat seluler hingga alat bantu dengar dan mobil.

Namun, terlepas dari prevalensinya dalam kehidupan sehari-hari, baterai sering diabaikan. Pikirkan tentang ini: apakah Anda benar-benar tahu cara kerja baterai? Bisakah Anda menjelaskan ini kepada orang lain?

Berikut adalah ikhtisar sains di balik sumber energi yang menggerakkan ponsel cerdas, mobil listrik, alat pacu jantung, dan banyak lagi.

Anatomi baterai

Menurut Ann Marie Sastry, salah satu pendiri dan CEO Sakti3, sebuah startup teknologi baterai yang berbasis di Michigan, sebagian besar baterai mengandung tiga bagian dasar: elektroda, elektrolit, dan pemisah.

Setiap baterai memiliki dua elektroda. Keduanya terbuat dari bahan konduktif, tetapi memiliki peran yang berbeda. Elektroda yang dikenal sebagai katoda terhubung ke ujung positif baterai dan merupakan tempat arus listrik meninggalkan baterai (atau elektron masuk) selama pengosongan, yang berarti baterai digunakan untuk memberi daya pada sesuatu. Elektroda lain, yang dikenal sebagai anoda, terhubung ke terminal negatif baterai dan merupakan tempat arus listrik memasuki baterai (atau elektron keluar) selama pelepasan.

Antara dan di dalam elektroda ini adalah elektrolit. Ini adalah zat cair atau seperti gel yang mengandung partikel atau ion bermuatan listrik. Ion bergabung dengan bahan yang membentuk elektroda, menghasilkan reaksi kimia yang memungkinkan baterai menghasilkan arus listrik.

Pemisah, bagian terakhir dari baterai, cukup sederhana. Peran separator adalah untuk menjaga anoda dan katoda terpisah satu sama lain di dalam baterai. Sastry menjelaskan, tanpa separator, kedua elektroda akan bersentuhan satu sama lain, yang akan membuat korsleting dan membuat baterai tidak berfungsi dengan baik.

Bagaimana cara kerjanya

Untuk membayangkan cara kerja baterai, bayangkan menempatkan baterai alkaline, seperti AA ganda, dalam senter. Saat Anda memasukkan baterai ini ke dalam senter dan menyalakannya, yang sebenarnya Anda lakukan adalah menyelesaikan sebuah sirkuit. Energi kimia yang tersimpan dalam baterai diubah menjadi energi listrik yang meninggalkan baterai dan berjalan ke dasar bola lampu senter, menyebabkan lampu menyala. Arus listrik kemudian masuk kembali ke baterai, tetapi di ujung yang berlawanan dari tempat awalnya keluar.

Semua bagian baterai bekerja sama agar senter menyala. Elektroda di dalam baterai mengandung atom dari bahan konduktif tertentu. Misalnya, dalam baterai alkaline, anoda biasanya terbuat dari seng dan mangan dioksida bertindak sebagai katoda. Dan elektrolit di antara dan di dalam elektroda ini mengandung ion. Ketika ion-ion ini bertemu dengan atom-atom elektroda, reaksi elektrokimia tertentu terjadi antara ion-ion dan atom-atom elektroda.

Rangkaian reaksi kimia yang terjadi pada elektroda secara kolektif dikenal sebagai reaksi oksidasi-reduksi (redoks). Dalam baterai, katoda dikenal sebagai agen pengoksidasi karena menerima elektron dari anoda. Anoda dikenal sebagai agen pereduksi karena kehilangan elektron.

Pada akhirnya, reaksi ini menghasilkan aliran ion antara anoda dan katoda, serta pelepasan elektron dari atom elektroda, kata Sastry.

Elektron bebas ini terkumpul di dalam anoda (bagian bawah, bagian datar dari baterai alkaline). Akibatnya, kedua elektroda memiliki muatan yang berbeda: Anoda menjadi bermuatan negatif saat elektron menjadi bebas, dan katoda menjadi bermuatan positif saat elektron (bermuatan negatif) dikonsumsi. Perbedaan muatan ini menyebabkan elektron ingin bergerak menuju katoda yang bermuatan positif. Namun, tidak ada cara untuk masuk ke dalam baterai karena pemisah mencegahnya.

Semuanya berubah ketika Anda menekan tombol pada senter Anda. Elektron sekarang memiliki cara untuk mencapai katoda. Tapi pertama-tama, mereka harus lewat di bawah bola lampu senter Anda. Rangkaian selesai ketika arus listrik masuk kembali ke baterai dari bagian atas baterai di katoda.

Dapat diisi ulang dan tidak dapat diisi ulang

Untuk baterai primer, seperti pada senter, reaksi yang memberi makan baterai pada akhirnya akan berhenti, artinya elektron yang mengisi baterai tidak akan lagi menghasilkan arus listrik. Bila ini terjadi, baterai habis atau dikatakan “mati”.

Anda harus membuang baterai tersebut, jelas Sastry, karena proses elektrokimia yang membuat energi baterai dilepaskan tidak dapat dibatalkan. Namun, proses elektrokimia yang terjadi pada baterai sekunder atau baterai isi ulang dapat dibalik dengan memasok energi listrik ke baterai. Misalnya, ini terjadi ketika Anda mencolokkan baterai ponsel Anda ke pengisi daya yang terhubung ke sumber listrik.

Beberapa baterai sekunder yang paling umum digunakan saat ini adalah baterai lithium-ion (Li-ion) yang memberi daya pada sebagian besar perangkat elektronik konsumen. Baterai ini biasanya mengandung anoda karbon, katoda yang terbuat dari litium kobalt dioksida, dan elektrolit yang mengandung garam litium dalam pelarut organik.

Baterai isi ulang lainnya termasuk baterai nikel-kadmium (NiCd) dan nikel-metal hidrida (NiMH) yang dapat digunakan dalam berbagai hal seperti kendaraan listrik dan peralatan listrik tanpa kabel. Baterai timbal-asam (Pb-asam) sering digunakan untuk menyalakan mobil dan kendaraan lain untuk memulai, penerangan dan pengapian.

Semua baterai isi ulang ini bekerja dengan prinsip yang sama, kata Sastry: Saat Anda mencolokkan baterai ke sumber listrik, aliran elektron berubah arah dan anoda dan katoda kembali ke keadaan semula.

Bahasa baterai

Meskipun semua baterai bekerja kurang lebih sama, jenis baterai yang berbeda memiliki karakteristik yang berbeda. Berikut adalah beberapa istilah yang sering muncul dalam setiap diskusi tentang baterai:

Tegangan Dalam kasus baterai, tegangan, juga dikenal sebagai tegangan sel nominal, menggambarkan jumlah gaya listrik atau tekanan yang elektron bebas bergerak dari ujung positif baterai ke ujung negatif, kata Sastry. Pada baterai bertegangan rendah, arus keluar dari baterai lebih lambat (dengan gaya listrik yang lebih kecil) dibandingkan dengan baterai dengan tegangan yang lebih tinggi (daya listrik yang lebih besar). Baterai pada senter biasanya memiliki tegangan 1,5 volt. Namun, jika senter menggunakan dua baterai secara seri, baterai atau sel ini memiliki tegangan gabungan 3 volt.

Baterai timbal-asam, seperti yang digunakan di sebagian besar mobil non-listrik, biasanya memiliki tegangan 2,0 volt. Tetapi biasanya ada enam sel ini yang dihubungkan secara seri ke aki mobil, jadi Anda mungkin pernah mendengar jenis baterai ini yang disebut baterai 12 volt.

Tegangan pengenal baterai lithium-kobalt-oksida, jenis baterai Li-ion yang paling umum ditemukan di elektronik konsumen, adalah sekitar 3,7 volt, kata Sastry.

Amper : Ampere atau ampere adalah ukuran arus listrik atau jumlah elektron yang mengalir melalui suatu rangkaian dalam periode waktu tertentu.

Kapasitas : Kapasitas, atau kapasitas sel, diukur dalam ampere-jam, yang merupakan jumlah jam baterai dapat mengalirkan sejumlah arus listrik tertentu sebelum tegangannya turun di bawah ambang batas tertentu. Menurut sebuah posting yang diterbitkan oleh Departemen Teknik Elektro dan Komputer Universitas Rice.

Baterai alkaline 9 volt – jenis yang digunakan pada radio portabel – memiliki rating 1 amp jam, yang berarti baterai ini dapat menyediakan satu amp arus secara terus menerus selama 1 jam sebelum mencapai ambang tegangan dan dianggap habis.

Kepadatan daya

Kepadatan daya menggambarkan jumlah daya yang dapat diberikan baterai per satuan berat, kata Sastry. Untuk kendaraan listrik, kepadatan daya penting karena Sastry menunjukkan seberapa cepat kendaraan dapat berakselerasi dari 0 hingga 60 mph (97 km/jam). Insinyur terus-menerus berusaha menemukan cara untuk membuat baterai lebih kecil tanpa mengurangi kepadatan dayanya.

Kepadatan energi

Kepadatan energi menggambarkan berapa banyak energi yang dapat disediakan oleh baterai, dibagi dengan volume atau massa baterai, kata Sastry. Angka ini sesuai dengan hal-hal yang berdampak besar bagi pengguna, seperti seberapa jauh Anda harus pergi sebelum Anda dapat mengisi daya ponsel Anda atau seberapa jauh Anda dapat mengendarai mobil listrik Anda sebelum Anda mencolokkannya.

Leave a Reply

Your email address will not be published.