Elektrokimia : Aplikasi Baterai dan Sel Bahan Bakar

Rafli Imam Madluthfi (@Z12-RAFLI)

Abstrak

Artikel ini membahas tentang aplikasi baterai dan sel bahan bakar dalam kehidupan sehari-hari. Baterai dan sel bahan bakar telah menjadi komponen penting dalam teknologi modern, digunakan dalam berbagai perangkat elektronik, kendaraan listrik, dan aplikasi energi terbarukan. Artikel ini akan membahas perkembangan terkini dalam teknologi baterai dan sel bahan bakar, serta aplikasi praktisnya.

Pendahuluan

Baterai dan sel bahan bakar adalah sumber daya energi yang penting dalam masyarakat modern. Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari ponsel dan laptop hingga kendaraan listrik dan penyimpanan energi terbarukan. Dengan perkembangan teknologi yang pesat, aplikasi baterai dan sel bahan bakar terus berkembang dan semakin penting dalam memenuhi kebutuhan energi masyarakat.

Rumusan Masalah

·       Jenis-jenis baterai

·       Prinsip kerja baterai

·       Teknologi sel bahan bakar

 

Tujuan

·       Mengetahui jenis-jenis baterai

·       Mengetahui prinsip kerja baterai

·       Mengetahui teknologi sel bahan bakar

Pembahasan

• Baterai primer adalah baterai sekali pakai yang tidak bisa diisi ulang karena reaksi kimianya bersifat irreversible (tidak dapat dibalikkan).

 

• Baterai zinc-carbon Baterai zinc –cabon terbuat dari seng dan karbon sebagai bahan utamanya. Seng digunakan sebagai pembukus baterai sekaligus wadah elektroda negatif. Sedangkan karbon berbentuk batang ditengah baterai digunakan sebagai elektroda positif. Contoh baterai zinc-carbon adalah baterai berbentuk tabung yang digunakan untuk jam dinding.

 

• Baterai alkalin, baterai alkalin menghasilkan tiga hingga lima kali energi lebih banyak dari baterai zinc-carbon dengan ukuran yang sama. Sehingga baterai alkalin jauh lebih tahan lama daripada baterai zinc-carbon.

 

•  Baterai sekunder Baterai sekunder adalah baterai yang bida dipakai berkali-kali atau diisi ulang. Hal tersebut memungkinkan karena reaksi elektrokimia dalam baterai sekunder bersifat reversible (bolak-balik).

 

•   Baterai nikel-kadmium (NiCd) Baterai NiCd adalah baterai yang katodanya terbuat dari logam nikel, sedangkan anodanya terbuat dari kadmium yang digulung berlapis dengan lapisan pemisah di antara keduanya. Baterai NiCd mengeluarkan lebih banyak daya dari baterai alkalin dan dapat diisi ulang sebanyak 1000 kali.

 

• Baterai litium-ion (Li-Ion) Baterai Li-Ion adalah baterai yang paling sering digunakan dalam alat elektronik portable seperti ponsel pintar dan juga laptop. Hal ini dikarenakan baterai Li-Ion menghasilkan listrik dalam jumlah besar, tegangan yang konstan, hemat daya, dan juga jauh lebih ringan dibanding jenis baterai sekunder lainnya.

• Baterai asam-timbal Baterai asam timbal adalah baterai yang terdiri dari ksida timbal sebagai elektroda positif dan timbal sebagai elektroda negatif yang tersendam dalam larutan asam H2SO4. Bateri asam-timbal menghasilkan tegangan dan arus yang tinggi sehingga digunakan untuk menyalakan mesin kendaraan bermotor seperti, mobil, motor, dantruk.

 

Prinsip kerja baterai

Baterai bekerja dengan dua cara yang berbeda namun berkesinambungan, yaitu prinsip pengisian dan pengosongan. Prinsip pengisian adalah mekanisme konvensi energi listrik untuk disimpan ke dalam bentuk energi kimia. Dalam pengisian, baterai yang telah digunakan energi kimianya diisi ulang agar dapat kembali menghasilkan listrik. Prinsip pengosongan adalah mekanisme konvensi energi kimia menjadi energi listrik. Pada pengosongan, energi kimia dipecah dengan cara elektrokimia menjadi energi listrik. Energi listrik dilepaskan ke perangkat elektronik, sedangkan energi kimia menjadi kosong atau habis.

 

Teknologi sel bahan bakar

Teknologi sel bahan bakar (fuel cell) menawarkan tenaga listrik yang bersih, efisien, andal untuk hampir semua perangkat yang membutuhkan tenaga listrik. Fuel cell digunakan dalam berbagai aplikasi portabel, stasioner, dan transportasi, mulai dari pengisi baterai, pemanas rumah, dan listrik mobil. Fuel cell merupakan peralatan konversi energi (mesin) yang cocok diterapkan sebagai energi alternatif untuk kendaraan modern sebagai teknologi hijau. Berbeda dengan mesin berbasis minyak dan gas alam, fuel cell dengan hidrogen tidak menghasilkan emisi carbon. Pengembangan kendaraan fuel cell menjadi konsentrasi produsen otomotif untuk mendorongnya sebagai kendaraan komersial.

Fuel cell adalah suatu perangkat konversi energi yang bekerja seperti baterai, dimana keduanya menghasilkan listrik dari proses reaksi elektrokimia. Baik fuel cell maupun baterai mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Selama proses reaksi berlangsung juga menghasilkan energi lain dalam bentuk kalor. Contoh susunan fuel cell disajikan dalam gambar di depan, dimana hidrogen akan bereaksi dengan oksigen dengan bantua katalis untuk menghasilkan muatan listrik.

Baterai menyediakan listrik dalam kapasitas tertentu dan ketika muatan listrik habis atau berkurang dapat dilakukan pengisian (re-charging) melalui sumber listrik eksternal untuk mendorong reaksi elektrokimia dalam arah sebaliknya. Di sisi lain, fuel cell hanya dapat bekerja jika ada suplai energi kimia dari luar dan dapat bekerja tanpa batas jika suplai energi kimia tidak diputus.

Hidrogen (H₂) dan Oksigen (O₂) adalah dua jenis sumber kimia sebagai energi pemasok pada fuel cell. Hidrogen umumnya disebut sebagai bahan bakar, meskipun tidak ada reaksi pembakaran yang terjadi  ketika tidak ada oksigen. Selama oksidasi, atom hidrogen bereaksi dengan atom oksigen untuk membentuk air dengan sangat efiesien. Selama proses, elektron dilepaskan dan mengalir melalui sirkuit eksternal dan menghasilkan arus listrik.

Fuel cell memiliki variasi model dan sistem kerja yang beragam, mulai dari perangkat kecil yang memproduksi listrik hanya beberapa watt, sampai ke pembangkit listrik besar yang mampu memproduksi listik dalam kapasitas megawatt. Namun demikian, semua fuel cell tetap berbasis pada desain dasar, yaitu proses elektrokimia menggunakan dua buah elektroda yang dipisahkan oleh elektrolit yang membawa partikel bermuatan listrik. Untuk mempercepat reaksi pada kedua elektroda, pada fuel cell ditambahkan dengan katalis.

                            

Kesimpulan

Baterai dan sel bahan bakar memiliki peran yang penting dalam masyarakat modern, dan aplikasinya terus berkembang dengan pesat. Meskipun terdapat beberapa tantangan dalam pengembangan teknologi ini, perkembangan terkini menjanjikan solusi yang inovatif dan berkelanjutan. Dengan terus mendorong inovasi dan investasi dalam penelitian dan pengembangan, kita dapat memanfaatkan potensi penuh dari baterai dan sel bahan bakar untuk memenuhi kebutuhan energi masyarakat di masa depan.

Daftar Pustaka

Zheng j., Masa Depan Teknologi Baterai, sciencedirect.com, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344919300230.

Concordia University, Sel Bahan Bakar, users.encs.concordia.ca, https://users.encs.concordia.ca/~pillay/fuel-cells.html.

Setiyo M. Sel Bahan Bakar (fuel cell), muji.blog.unimma.ac.id, https://muji.blog.unimma.ac.id/sel-bahan-bakar-fuel-cell/.

Utami S.N. , Gischa S., Baterai: Definisi, Jenis, Fungsi, dan Prinsipnya, kompas.com, https://www.kompas.com/skola/read/2021/09/06/124328469/baterai-definisi-jenis-fungsi-dan-prinsipnya?page=all#:~:text=Fungsi%20baterai,tanpa%20harus%20tersambung%20ke%20listrik