SEL VOLTA
Sel volta
adalah sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik. Sel volta ini ditemukan
oleh dua orang ahli berkebangsaan Italia. Mereka berdua adalah Alessandro
Giuseppe Volta (1745-1827) dan Lugini Galvani (1737-1798).
Ciri
khas dari sel volta adalah menggunakan jembatan garam. Jembatan garam
berupa pipa U yang diisi agar-agar yang mengandung garam kalium klorida. Sel
volta terdiri dari anoda yang bermuatan negatif dan katoda yang
bermuatan positif. Pada anoda terjadi proses oksidasi, oksidasi adalah
pelepasan elektron. Sedangkan pada katodanya terjadi proses reduksi, reduksi
adalah penangkapan elektron.
Sel volta
banyak sekali digunakan pada kehidupan sehari-hari. Sel volta yang biasa
digunakan pada kehidupan manusia seperti jenis-jenis baterai dan aki (accu).
Baterai dan aki sangatlah berbeda, perbedaan ini dapat dilihat dari setelah
pemakaian kedua benda tersebut. Baterai apabila sudah terpakai tidak dapat
digunakan lagi karena sudah tidak ada lagi arus listrik pada baterai tersebut.
Sedangkan, aki apabila arus listriknya sudah habis dapat diisi lagi dengan
mengalirkan arus listrik.
Sel
volta dibagi menjadi tiga bagian, yaitu Sel Volta Primer, Sel Volta
Sekunder, Sel Bahan Bakar. Ketiga bagian tersebut juga memiliki
contoh masing-masing lagi. Oleh karena itu marilah kita lihat pembahasan
mengenai macam-macam dari sel volta berikut ini.
v SEL VOLTA PRIMER
a1. Sel Kering Seng – Karbon
Sel kering juga dapat disebut sel
Lenchanche atau baterai. Baterai kering ini mendapatkan hak paten
penemuan di tahun 1866. Sel Lanchache ini terdiri atas suatu silinder zink
berisi pasta dari campuran batu kawi (MnO2), salmiak (NH4Cl),
karbon (C), dan sedikit air. Dengan adanya air jadi baterai kering ini tidak
100% kering.
Sel ini biasanya digunakan
sebagai sumber tenaga atau energi pada lampu, senter, radio, jam dinding, dan
masih banyak lagi. Penggunaan logam seng adalah sebagai anoda sedangkan katoda
digunakan elektrode inert, yaitu grafit, yang dicelupkan ditengah-tengah pasta.
Pasta ini bertujuan sebagai oksidator. Seng tersebut akan dioksidasi sesuai
dengan persamaan reaksi di bawah ini:
Zn(s)
→ Zn2+(aq) + 2e- (anoda)
Sedangkan katoda terdiri atas
campuran dari MnO2 dan NH4Cl. Reaksi yang terjadi dapat
ditulis sebagai berikut:
2MnO2(s)
+ 2NH4+(aq) 2e- → Mn2O3(s)
+ 2NH3(aq) + H2O(l) (katoda)
Katoda akan menghasilkan
ammonia, ammonia ini akan bereaksi dengan Zn2+ yang dihasilkan di
anode. Reaksi tersebut akan membentuk ion yang kompleks [Zn(NH3)4]2+.
Sel kering ini tidak dapat digunakan berulang kali dan memiliki daya tahan yang
tidak lama. Dan harganya di pasaran sangatlah murah.
22. Baterai Merkuri
Baterai
merkuri ini merupakan satu dari baterai kecil yang dikembangkan untuk usaha
perdagangan atau komersial. Anoda seng dan katoda merkuri (II) oksida (HgO)
adalah penyusun dari baterai merkuri ini yang dihubungkan dengan larutan
elektrolit kalium hidroksida (KOH). Sel ini mempunyai beda potensial ± 1,4V.
Reaksi yang terjadi pada baterai ini adalah:
Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O
+ 2e- (anoda)
HgO(s) + H2O + 2e- → Hg(l) +
2OH-(aq) (katoda)
Reaksi dari
keseluruhan atau disebut reaksi bersih adalah:
Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l)
3. Baterai
Perak Oksida
Baterai perak oksida tergolong
tipis dan harganya yang relatif lebih mahal dari baterai-baterai yang lainnya.
Baterai ini sangat populer digunakan pada jam, kamera, dan kalkulator
elektronik. Perak oksida (Ag2O) sebagai katoda dan seng sebagai
anodanya. Reaksi elektrodenya terjadi dalam elektrolit yang bersifat basa dan
mempunyai beda potensial sama seperti pada baterai alkaline sebesar 1,5V.
Reaksi yang terjadi adalah:
Zn(s)
+ 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e-
(anoda)
Ag2O(s)
+ H2O + 2e- → 2Ag(s) + 2OH-(aq)
(katoda)
d4. Baterai Litium
Terdiri atas litium sebagai
anoda dan MnO2 sebagai oksidator (seperti pada baterai alkaline).
Baterai Litium ini dapat menghasilkan arus listrik yang lebih besar dan daya
tahannya lebih lama dibandingkan baterai kering yang berukuran sama. Berikut
notasi dari baterai Litium:
Li│Li+
(pelarut non-air)│KOH (pasta)│MnO2, Mn(OH)3, C
v SEL VOLTA SEKUNDER
a1. Aki Timbal
Aki merupakan jenis
baterai yang dapat digunakan untuk kendaran bermotor atau automobil. Aki timbal
mempunyai tegangan 6V atau 12V, tergantung jumlah sel yang digunakan dalam
konstruksi aki timbal tersebut. Aki timbal ini terdiri atas katoda PbO2
(timbel(IV) oksida) dan anodanya Pb (timbel=timah hitam). Kedua zat sel ini
merupakan zat padat, yang dicelupkan kedalam larutan H2SO4.
Reaksi yang terjadi dalam aki adalah:
Pb(s)
+ SO42-(aq) → PbSO4(s) + 2e-
(anoda)
PbO2(s)
+ 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e-
→ PbSO4(s) + 2H2O (katoda)
Aki ini dapat diisi ulang dengan mengalirkan lagi arus listrik ke dalamnya. Pengisian
aki dilakukan dengan membalik arah aliran elektron pada kedua elektrode. Pada
pengosongan aki, anoda (Pb) mengirim elektron ke katoda (PbO2).
Sementara itu pada pengisian aki, elektrode timbal dihubungkan dengan kutub
negatif sumber arus sehingga Pb2SO4 yang terdapat
pada elektrode timbal itu direduksi. Berikut reaksi pengisian aki:
PbSO4(s)
+ H+(aq) +2e- → Pb(s) + HSO4-(aq)
(elektrode Pb sebagai katoda)
PbSO4(s)
+ 2H2O(l) → PbO2(s) + HSO4-(aq)
+ 3H+(aq) + 2e- (elektrode PbO2
sebagai anoda).
b2. Baterai Nikel Kadmium
Baterai nikel-kadmium
merupakan baterai kering yang dapat diisi ulang. Sel ini biasanya disebut nicad
atau bateray nickel-cadmium. Reaksi yang terjadi pada baterai
nikel-kadmium adalah:
Cd(s) +
2OH-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2e- (anoda)
NiO2(s)
+ 2H2O + 2e- → Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)
(katoda)
Reaksi keseluruhan adalah:
Cd(s)
+ NiO(aq) + 2H2O(l) → Cd(OH)2(s) +
Ni(OH)2(s)
Baterai nikel-kadmium merupakan zat padat yang melekat pada kedua elektrodenya.
Baterai nikel-kadmium memiliki tegangan sekitar 1,4V. Dengan membalik arah
aliran elektron, zat-zat tersebut dapat diubah kembali seperti zat semula.
c3.
Sel Perak Seng
Sel ini mempunyai kuat arus (I) yang besar dan banyak digunakan pada
kendaran-kendaraan balap. Sel perak seng dibuat lebih ringan dibandingkan
dengan sel timbal seng. KOH adalah elektrolit yang digunakan dan elektrodenya
berupa logam Zn (seng) dan Ag (perak).
d4.
Sel Natrium Belerang
Sel natrium belerang ini dapat menghasilkan energi listrik yang lebih besar
dari sel perak seng. Elektrodenya adalah Na (natrium) dan S
(sulfur).
e5. Sel Bahan
Bakar
Sel bahan
bakar adalah sel yang menggunakan bahan bakar seperti campuran hidrogen dengan
oksigen atau campuran gas alam dengan oksigen. Sel bahan bakar ini biasanya
digunakan untuk sumber energi listrik pesawat ulang-alik, pesawat Challenger
dan Columbia. Yang berperan sebagai katode adalah gas oksigen dan anodanya gas
hidrogen. Masing-masing elektrode dimasukkan kedalam elektrode karbon yang
berpori-pori dan masing-masingnya elelktrode digunakan katalis dari serbuk
platina.
Katoda:
menghasilkan ion OH-
O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH-(aq)
Anoda: dari
katode bereaksi dengan gas H2
H2(g) + 2OH-(aq) → 2H2O(l)
+ 2e-
Reaksi selnya
adalah: O2(g) + 2H2(g) → 2H2O(l)
A. Aki /
Baterai Timbal (Accu)
Nilai sel
terletak pada kegunaannya. Diantara berbagai sel, sel timbal (aki) telah
digunakan sejak 1915. Berkat sel ini, mobil/sepeda motor dapat mencapai
mobilitasnya, dan akibatnya menjadi alat transportasi terpenting saat ini.
Baterai timbal dapat bertahan kondisi yang ekstrim (temperatur yang bervariasi,
shock mekanik akibat jalan yang rusak, dll) dan dapat digunakan secara kontinyu
beberapa tahun.
Dalam baterai timbal, elektroda
negatif adalah logam timbal (Pb) dan elektroda positifnya adala timbal yang
dilapisi timbal oksida (PbO2), dan kedua elektroda dicelupkan dalam
larutan elektrolit asam sulfat (H2SO4). Reaksi
elektrodanya adalah sebagai berikut :
Anoda Pb (-) : Pb + SO42- → PbSO4 + 2e–
Katoda PbO2 (+) : PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e– → PbSO4 + 2H2O
Reaksi total : Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- → 2PbSO4 + 2H2O
Kondisi Saat aki digunakan :
Saat aki menghasilkan listrik, Anoda Pb dan katoda PbO2 bereaksi dengan SO42- menghasilkan PbSO4. PbSO4 yang dihasilkan dapat menutupi permukaan lempeng anoda dan katoda. Jika telah terlapisi seluruhnya maka lempeng anoda dan katoda tidak berfungsi. Akibatnya aki berhenti menghasilkan listrik.
Saat aki menghasilkan listrik dibutuhkan ion H+ dan ion SO42- yang aktif bereaksi. akibatnya jumlah ion H+ dan ion SO42- pada larutan semakin berkurang dan larutan elektrolit menjadi encer maka arus listrik yang dihasilkan dan potensial aki semakin melemah.
Oleh karena reaksi elektrokimia pada aki merupakan reaksi kesetimbangan (reversibel) maka dengan memberikan arus listrik dari luar ( mencas ) keadaan 2 elektroda (anoda dan katoda) yang terlapisi dapat kembali seperti semula. demikian pula ion akan terbentuk lagi sehingga konsentrasi larutan elektrolit naik kembali seperti semula.
Anoda PbO2 ( - ) : PbSO4 + 2H2O → PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e–
Katoda Pb ( + ) : PbSO4 + 2e– → Pb + SO42-
Reaksi total : 2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42-
Selama proses penggunaan maupun pengecasan aki terjadi reaksi sampingan yaitu elektrolisis air dan tentu saja ada air yang menguap dengan demikian penting untuk menambahkan air terdistilasi ke dalam baterai timbal. Baru-baru ini jenis baru elektroda yang terbuat dari paduan timbal dan kalsium, yang dapat mencegah elektrolisis air telah dikembangkan. Baterai modern dengan jenis elektroda ini adalah sistem tertutup dan disebut dengan baterai penyimpan tertutup yang tidak memerlukan penambahan air.
B. Baterai / Sel Kering / Sel Lelanche
Sel Leclanché ditemukan oleh insinyur Perancis Georges Leclanché (1839-1882) lebih dari seratus tahun yang lalu. Berbagai usaha peningkatan telah dilakukan sejak itu, tetapi, yang mengejutkan adalah desain awal tetap dipertahankan, yakni sel kering mangan.
Sel kering mangan terdiri dari bungkus dalam zink (Zn) sebagai elektroda negatif (anoda), batang karbon/grafit (C) sebagai elektroda positif (katoda) dan pasta MnO2 dan NH4Cl yang berperan sebagai larutan elektrolit.
Anoda Pb (-) : Pb + SO42- → PbSO4 + 2e–
Katoda PbO2 (+) : PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e– → PbSO4 + 2H2O
Reaksi total : Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- → 2PbSO4 + 2H2O
Kondisi Saat aki digunakan :
Saat aki menghasilkan listrik, Anoda Pb dan katoda PbO2 bereaksi dengan SO42- menghasilkan PbSO4. PbSO4 yang dihasilkan dapat menutupi permukaan lempeng anoda dan katoda. Jika telah terlapisi seluruhnya maka lempeng anoda dan katoda tidak berfungsi. Akibatnya aki berhenti menghasilkan listrik.
Saat aki menghasilkan listrik dibutuhkan ion H+ dan ion SO42- yang aktif bereaksi. akibatnya jumlah ion H+ dan ion SO42- pada larutan semakin berkurang dan larutan elektrolit menjadi encer maka arus listrik yang dihasilkan dan potensial aki semakin melemah.
Oleh karena reaksi elektrokimia pada aki merupakan reaksi kesetimbangan (reversibel) maka dengan memberikan arus listrik dari luar ( mencas ) keadaan 2 elektroda (anoda dan katoda) yang terlapisi dapat kembali seperti semula. demikian pula ion akan terbentuk lagi sehingga konsentrasi larutan elektrolit naik kembali seperti semula.
Anoda PbO2 ( - ) : PbSO4 + 2H2O → PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e–
Katoda Pb ( + ) : PbSO4 + 2e– → Pb + SO42-
Reaksi total : 2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42-
Selama proses penggunaan maupun pengecasan aki terjadi reaksi sampingan yaitu elektrolisis air dan tentu saja ada air yang menguap dengan demikian penting untuk menambahkan air terdistilasi ke dalam baterai timbal. Baru-baru ini jenis baru elektroda yang terbuat dari paduan timbal dan kalsium, yang dapat mencegah elektrolisis air telah dikembangkan. Baterai modern dengan jenis elektroda ini adalah sistem tertutup dan disebut dengan baterai penyimpan tertutup yang tidak memerlukan penambahan air.
B. Baterai / Sel Kering / Sel Lelanche
Sel Leclanché ditemukan oleh insinyur Perancis Georges Leclanché (1839-1882) lebih dari seratus tahun yang lalu. Berbagai usaha peningkatan telah dilakukan sejak itu, tetapi, yang mengejutkan adalah desain awal tetap dipertahankan, yakni sel kering mangan.
Sel kering mangan terdiri dari bungkus dalam zink (Zn) sebagai elektroda negatif (anoda), batang karbon/grafit (C) sebagai elektroda positif (katoda) dan pasta MnO2 dan NH4Cl yang berperan sebagai larutan elektrolit.
a. Baterai Biasa
Anoda : logam seng (Zn)
Katoda : batang karbon/gafit (C)
Elektrolit : MnO2, NH4Cl dan serbuk karbon (C)
Anoda Zn (-) : Zn → Zn2+ + 2e–
Katoda C (+) : 2MnO2 + 2NH4+ + 2e- → Mn2O3 + 2NH3 + H2O
Reaksi total : Zn + 2MnO2 + 2NH4+ → Zn2+ + Mn2O3 + 2NH3 + H2O
b. Baterai Alkaline
Dalam sel kering alkalin, padatan KOH atau NaOH digunakan sebagai ganti NH4Cl. Umur sel kering mangan (baterai biasa) diperpendek oleh korosi zink akibat keasaman NH4Cl. Sedangkan pada sel kering alkali bebas masalah ini karena penggantian NH4Cl yang bersifat asam dengan KOH/NaOH yang bersifat basa. Jadi umur sel kering alkali lebih panjang.Selain itu juga menyebabkan energi yang lebih kuat dan tahan lama.
Anoda Zn (-) : Zn → Zn2+ + 2e–
Katoda C (+) : 2MnO2 + H2O + 2e- → Mn2O3 + 2OH–
Reaksi total : Zn + 2MnO2 + H2O → Zn2+ + Mn2O3 + 2OH–
c. Baterai Nikel-Kadmium
Mirip dengan baterai timbal, sel nikel-kadmium juga reversibel. Selain itu dimungkinkan untuk membuat sel nikel-kadmium lebih kecil dan lebih ringan daripada sel timbal. Jadi sel ini digunakan sebagai batu baterai alat-alat portabel seperti : UPS, handphone dll.
Anoda Cd (-) : Cd + 2OH– → Cd(OH)2 + 2e–
Katoda NiO2 (+) : NiO2 + 2H2O + 2e– → Ni(OH)2 + 2OH–
Reaksi total : Cd + NiO2 + 2H2O → Cd(OH)2 + Ni(OH)2
Tidak ada komentar:
Posting Komentar