Sumber Listrik

ARTIKEL SUMBER LISTRIK

 

Angeline Vedy

9C/5

Berbagai pengertian mengenai Sumber arus listrik

1.     Sumber arus listrik : Alat yang berfungsi sebagai tempat pengubah suatu energy menjadi energy listrik  

2.     Gaya gerak listrik (GGL): Beda potensial antar kutub-kutub penghantar sebelum dialiri arus listrik

3.     Tegangan jepit : Beda potensial antar kutub-kutub sumber tegangan pada saat mengalir arus listrik

4.     Elemen primer : Sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang bila muatan nya habis

5.     Elemen sekunder : Sumber arus listrik yang bisa diisi ulang bila muatannya habis

6.     Anode : Elektrode yang bermuatan positif

7.     Katode : Elektrode yang bermuatan negatif

8.     Polarisasi : peristiwa tertutupnya lempeng tembaga oleh pada elektrokimia gelembung-gelembung gas hidrogen

9.     Dispolarisator : Bahan yang dapat menghilangkan polarisasi

10.                                                                                                                 Elektrokimia : Sumber arus listrik yang dihasilkan oleh reaksi kimia

11.                                                                                                                 Akumulator : sebuah alat yang dapat menyimpan energi

Contoh Elemen Primer

1.    Elemen Volta

Elemen volta adalah sel-sel elektromia yang dapat menimbulkan arus listrik . Sel elektroda merupakan suatu sel yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik . elemen volta terdiri atas lempeng , seng sebagai elektrode negatif , lempeng tembaga sebagai elektrode positif , dan tabung kaca berisi larutan asam sulfat (H₂SO₄) sebagai larutan elektrolit . Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik . Dalam alrutan elektrolit inilah lempeng tembaga dan seng dicelupkan sehingga menimbulkan reaksi kimia di dalamnya .

Bagian utama elemen volta :

a.       Kutub positif (anode) terbuat dari Cu

b.      kutub negatif (katoda) terbuat dari Zn

c.       Larutan elektrolit terbuat dari H₂SO₄

Pada larutan elektrolit terjadi reaksi

H₂SO₄                 2H⁺ + SO^2- ₄

Pada kutub positif terjadi reaksi

Cu + 2H⁺               Polarisasi H₂

Pada kutub negative terjadi reaksi

Zn + SO₄                ZnSO₄ + 2e

Reaksi kimia pada elemen Volta akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen tidak dapat bereaksi dengan tembaga, sehingga gas hidrogen hanya menempel dan menutupi lempeng tembaga yang bersifat isolator listrik. Hal ini menyebabkan terhalangnya aliran elektron dari seng menuju tembaga maupun arus listrik dari tembaga menuju seng. Peristiwa tertutupnya lempeng tembaga oleh gelembung-gelembung gas hidrogen disebut polarisasi. Adanya polarisasi gas hidrogen padalempeng tembaga menyebabkan elemen Volta mampu mengalirkanarus listrik hanya sebentar. Tegangan yang dihasilkan setiap elemen Volta sekitar 1,1 volt.

2.    Elemen Leclanche

Elemen Leclanche kali pertama ditemukan oleh seoran ilmuwan Prancis , George Leclanche (1838-1882) . Prinsip kerja elemen leclanche hampir mirip dengan elemen daniell . Elektrode positif (anode) dari elemen leclanche adalah batang karbon (C), sedangkan elektrode negative (katode) adalah batang seng (Zn) Kedua electrode tersebut ditempatkan dalam larutan elektrolit ammonium klorida (NH₄Cl) dan zat depolaritasornya adalah magan dioksida (MnO₂) yang dicampur sebagai serbuk karbon

Bagian utama elemen kering adalah

a. kutub positif (anode) terbuat dari batang karbon (C), 

b. kutub negatif (katode) terbuat dari seng (Zn),

c. larutan elektrolit terbuat dari amonium klorida (NH4Cl),

d. dispolarisator terbuat dari mangan dioksida (MnO2).

Pada larutan elektrolit terjadi reaksi

Zn + 2NH₄Cl                 Zn²⁺ + 2Cl + 2NH₃ + H₂ (ditangkap dispolarisasi)

Pada dispolarisator terjadi reaksi

H2 + 2MnO2                Mn2O3 + H2O

Reaksi kimia pada batu baterai akan menghasilkan gelembung-gelembung gas hidrogen (H2). Gas hidrogen akan ditangkap dan bereaksi dengan dispolarisator yang berupa mangandioksida (MnO2) menghasilkan air (H2O), sehingga pada batu baterai tidak terjadi polarisasi gas hidrogen yang mengganggu jalannya aruslistrik. Bahan yang dapat menghilangkan polarisasi gas hidrogen disebut dispolarisator. Adanya bahan dispolarisator pada batu baterai, menyebabkan arus listrik yang mengalir lebih lama. Setiap batu baterai menghasilkan tegangan 1,5 volt.

3.    Elemen Daniell

Elemen ini dibuat oleh John Daniell pada tahun 1835. untuk mencegah terjadinya polarisasi, elektroda dilindungi oleh suatu bahan kimia yang disebut depolarisator. Pada elemen Daniell yang digunakan adalah tembaga sulfat (CuSO₄) yang dipisahkan dengan elektrolit asam sulfat encer oleh bejana berpori. Jadi, ion-ion masih dapat pergi dari elektroda ke elektroda lain melalui depolarisator.

Bagian utama elemen daniell adalah

a. kutub positif (anode): CuSO₄

b. kutub negatif (katode): H₂SO₄

Larutan CuSO₄ berfungsi sebagai zat depolarisator , yakni mencegah terjadinya proses polarisasi pada lempeng tembaga (anode). Caranya , dengan mencegah terbentuknya gelembung gas hydrogen dalam larutan asam sulfat sehingga aliran muatan listrik (elektron) dalam elemen ini tidak terhambat .

Pada elektrode positif (anode) terjadi reaksi

H₂ + CuSO₄         Cu + H₂SO₄

Pada elektrode negatif (katode) terjadi reaksi 

Zn + H₂SO4        ZnSO₄ + H₂

Contoh Elemen Sekunder

1.      Akumulator

Akumulator sering disebut aki . elektrode baik anode dan katode terbuat dari timbul (Cu) berpori .

Bagian utama akumulator yaitu :

a. kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO₂)

b. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb)

c. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H₂SO₄) dengan kepekatan 30%

Pada larutan elektrolit terjadi reaksi

H₂SO₄              2H⁺   +  SO₄^2-

Pada kutub positif terjadi reaksi

PbO₂ + 2H⁺   +  2e + H₂SO₄           PbSO₄ + 2H₂O

Pada kutub negatif terjadi reaksi

Pb + SO₄^2-             PbSO₄

Lempeng timbak dioksida dan timbal murni disusun saling berssipan akan membentuk satu pasang sel akumulator yang saling berdekatan dan dipisahkan oleh bahan penyekat berupa isolator . Beda potensial yang dihasilkan setiap satu sel akumulator 2 volt .

2.      Baterai Nikel Katmium

Baterai nikel kadmium ditemukan tahun 1899, namun baru diproduksi secara masal pada tahun 1960an. Baterai jenis ini memiliki tegangan sel sebesar 1,2 Volt dengan kerapatan energi dua kali lipat dari baterai asam timbal. Sebagai katoda, baterai ini menggunakan nikel hidroksida Ni(OH)2 dan kadmium (Cd) sebagai anodanya yang dipisahkan oleh alkalin potasium hidroksida sebagai elektrolitnya. Baterai nikel kadmium memiliki nilai hambatan intenal yang kecil dan memungkinkan untuk di charge dan discharge dengan rate yang tinggi.

Bagian utama Nikel Katmium yaitu :

a. Kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO₂)

b. Kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb)

c. Larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H₂SO₄) dengan kepekatan 30%

Umumnya baterai jenis ini memiliki waktu siklus hingga lebih dari 500 siklus. Salah satu kekurangan baterai jenis nikel kadmium adalah adanya efek ingatan (memory effect) yang berarti bahwa baterai dapat mengingat jumlah energi yang dilepaskan pada saat discharge sebelumnya. Efek ingatan disebabkan oleh perubahan yang terjadi pada struktur kristal elektrode ketika baterai nikel kadmium diisi muatan listrik kembali sebelum seluruh energi listrik yang terdapat pada baterai nikel kadmiun dikeluarkan/digunakan. Selain itu, baterai nikel kadmium juga sangat sensitif terhadap kelebihan pengisian, sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan listrik pada baterai.

3.      Baterai Asam Timbal

Baterai asam timbal adalah baterai sekunder yang paling banyak dikembangkan di dunia. Baterai jenis ini pertama kali ditemukan oleh Gaston Plante pada tahun 1859. Baterai asam timbal banyak digunakan untuk aplikasi otomotif, sehingga dinamakan juga sebagai baterai SLI (Starting, Lightning and Ignition). Penggunaan masal baterai jenis SLI dikarenakan material untuk membuat baterai tersebut cukup murah namun baterai memiliki performa cukup baik. Akan tetapi, untuk aplikasi yang membutuhkan daya yang lebih tinggi dengan waktu yang relatif lama, baterai SLI tidak dapat digunakan. Hal ini karena baterai asam timbal hanya memiliki kedalaman pelepasan muatan listrik (Depth of Discharge – DOD) sebesar 50 % saja.

Bagian utama elemen volta :

a.       Kutub positif (anode) terbuat dari Pb (sepon logam timbal)

b.      Kutub negatif (katoda) terbuat dari  PbO₂

c.       Larutan elektrolit terbuat dari H₂SO₄

Baterai jenis asam timbal tersusun atas timbal dioksida sebagai katoda, sepon logam timbal sebagai anoda dan asam sulfat sebagai elektrolitnya. Setiap sel memiliki tegangan sebesar 2 Volt. Keuntungan penggunaan baterai jenis asam timbal diantaranya adalah kuat, murah, handal, toleran terhadap kelebihan pengisian, impedansi internal yang rendah, dan banyaknya perusahaan pembuat baterai jenis ini di berbagai belahan dunia.

4.      Baterai Nikel Metal Hibrida

Baterai nikel metal hidrida sebenarnya memiliki karakteristik yang sama dengan baterai nikel kadmium. Perbedaannya terletak pada penggunaan material untuk anodanya. Bila pada baterai nikel kadmium, kadmium digunakan sebagai anoda, maka pada baterai jenis ini metal hidrida yang digunakan. Metal hidrida terbuat dari campuran lanthanium yang dapat menyerap dan menghasilkan hidrogen. Baterai jenis ini memiliki kerapatan energi dua kali lebih besar dibandingkan dengan baterai jenis asam timbal dan 40 % lebih tinggi dibandingkan dengan baterai nikel kadmium.

Bagian utama Nikel Metal Hibrida yaitu :

a. Kutub positif (anode) terbuat dari campuran lanthanium (La)

b. Kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb)

c. Larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H₂SO₄) dengan kepekatan 30%

 Keuntungan penggunaan baterai jenis nikel metal hidrida diantaranya adalah rendahnya impedansi internal, memiliki siklus hidup sebesar 500 siklus, dan memiliki kedalaman pelepasan energi listrik yang tinggi. Selain itu baterai ini juga cenderung lebih ramah lingkungan karena tidak mengandung kadmium, raksa maupun timbal. Adapun kekurangan baterai nikel metal hidrida yang paling menonjol yaitu tingginya kecepatan pelepasan muatan sendiri (self-discharge), adanya efek ingatan dan memiliki efisiensi energi yang cukup rendah (65 %).