Elemen Volta

A. ELEMEN VOLTA

Bagian utama elemen Volta, yaitu

a. kutub positif (anode) terbuat dari tembaga (Cu),

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

c. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4).

Lempeng tembaga memiliki potensial tinggi, sedangkan lempeng seng memiliki potensial rendah. Jika kedua lempeng logam itu dihubungkan melalui lampu, lampu akan menyala. Hal ini membuktikan adanya arus listrik yang mengalir pada lampu. Ketika lampu menyala, larutan elektrolit akan bereaksi dengan logam tembaga maupun seng sehingga menghasilkan sejumlah elektron yang mengalir dari seng menuju tembaga. Adapun, reaksi kimia pada elemen Volta adalah sebagai berikut.

· Pada larutan elektrolit terjadi reaksi H2SO4 → 2H+ + SO2–4

· Pada kutub positif terjadi reaksi Cu + 2H+ → polarisasi H2

Pada kutub negatif 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 pada lempeng tembaga menyebabkan elemen Volta mampu mengalirkan arus listrik hanya sebentar. Tegangan yang dihasilkan setiap elemen Volta sekitar 1,1 volt. Penggunaan larutan elektrolit yang berupa cairan merupakan kelemahan elemen Volta karena dapat membasahi peralatan lainnya.

B. ELEMEN LECLANCHE

Elemen ini terdiri dari bejana kaca dan berisi karbon ( C ) sebagai elektroda positif , batang seng ( Zn ) sebagai elektroda negatif , larutan amonium klorida ( NH4CI ) sebagai elektrolit dan depolarisator mangandioksida ( MnO2 ) bercampur serbuk karbon ( C ) dalam bejana berpori.Bila ion - ion seng masuk dalam larutan amonium klorida,maka batang seng akan negatif terhadap larutan itu.Amonium klorida memberikan ion-ion amonium yang bermuatan positif yang menembus bejana berpori menuju batang karbon.Ion-ion itu memberikan muatan positifnya kepada batang karbon dan terurai menjadi amoniak ( Nh3 ) dan gas hidrogen ( H2 ).Elemen Leclanche dapat menghasilkan tegangan listrik sekitar 1,5V.Elemen ini tidak mengandung asam yang berbahaya dan pelopor dari sumber arus listrik potable yang sering dikenal dengan baterai.

C. DRY CELL / ELEMEN KERING

Elemen kering yang paling umum digunakan adalah sel karbon seng . Susunannya sebagai berikut :.

Anoda : batang karbon (C)

Katoda : seng (Zn)

Elektrolit : Amonium Clorida

(NH4Cl)

Depolarisator : Mangan dioksida dan serbuk karbon ( MnO2 + C ).

Cara kerja :

Ketika kedua elektroda dihubungkan dengan suatu penghantar maka akan terjadi reaksi kimia yang menghasilkan aliran arus listrik. Pada saat yang sama akan terjadi gelembung gas Hidrogen yang kemudian diserap oleh campuran MnO2 + C sehingga tidak menempel pada anoda.

Baterai mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

Beda potensial yang dihasilkan + 1,5 volt.

Sel karbon seng termasuk elemen primer karena jika muatanya habis maka tidak dapat diisi ulang. Namun ada juga sel kering yang bias diisi ulang. Contohnya sel Nicad.

D. ELEMEN ALKALIN

Elemen Alkalin memiliki bagian yang sama dengan dry cell.Elemen Alkalin memiliki kapasitas 1,5 volt, hanya memiliki perbedaan pada segi konstruksi, elektrolitnya, dan tahanan dalamnya lebih kecil. Batere ini memiliki kelebihan yaitu :

· Pada proses pemakaian akan tetap pada rating yang dimiliki meskipun pemakaiannya tak menentu.

· Pada pembebanan tingi dan terus menerus, mampu memberikan umur pelayanan 2 – 10 kali pemakaian dari sel leclanche.

· Sangat baik dioperasikan pada temperature rendah sampai -25 derajat celcius.

Baterai yang sering digunakan adalah zinc-alcaline manganese oxide. zinc-alcaline manganese oxide memberikan daya olebih per penggunaannya dibandingkan batere sekunder. zinc-alcaline manganese oxide mempunyai umur (waktu hidup yang lama).

Rechargeable alcaline

Baterai alcaline mempunyai umur(waktu hidup) yang panjang ,namun daur hidupnya lebih pendek dari pada batere sekunder lainnya.

E. AKI / ACCU

Susunan Accumulator sebagai berikut :

Anoda : timbal dioksida (PbO2)

Katoda : timbal (Pb)

Elektrolit : asam sulfat (H2SO4)

Beda potensial yang dihasilkan satu sel accumulator + 2 volt.

Sebuah aki 12 volt memiliki 6 sel yang disusun seri.

Cara Kerja :

Ketika accumulator digunakan terjadi :

- perubahan energi kimia menjadi energi listrik

- Reaksi kimia : PbO2 + Pb + 2 H2SO4 2PbSO4 + 2H2O

Timbal diosida dan timbal mejadi timbal sulfat. Dalam reaksi ini dilepaskan electron-elektron sehingga arus listrik mengalir pada penghantar luar dari kutub + ke kutub -. Reaksi kimia yang terjadi mengencerkan asam sulfat sehingga massa jenisnya berkurang. Pada nilai massa jenis tertentu, aki tidak dapat menghasilkan muatan listrik (accumulator mati/ soak). Agar dapat digunakan kembali accu harus di muati ulang.

Ketika accumulator diisi (dicharge) terjadi :

- perubahan energi listrik menjadi energi kimia

- reaksi kimia : 2PbSO4 + 2H2O PbO2 + Pb + 2H2SO4

Pengisian aki dilakukan dengan mengalirkan arus searah yang memiliki beda potensial lebih besar dari beda potensial aki dengan cara menghubungkan kutub positif sumber arus pengisi dengan kutub positif aki (PbO2) dan kutub negatif sumber arus pengisi dengan kutub negatif aki ( Pb).

Kapasitas penyimpanan aki diukur dalam satuan ampere hour(AH).Contoh: sebuah aki memiliki 12 V 40 AH berarti ggl aki 12 volt dan dapat mengalirkan arus 1 ampere selama 40 jam atau 0,5 ampere selama 80 jam sebelum aki dimuati ulang.

F. BATERAI NIKEL – KADMIUM

Biasa dikenal sebagai baterai Nikel-Kadmium (Ni-Cd) adalah sel kering yang dapat diisi ulang. Baterai ini sangat populer karena mempunyai kemampuan memberikan arus yang kuat dan setiap waktu dapat diisi ulang.Baterai Nikel-Kadmium terdiri atas nikel hidrosida ( Ni (OH2) ) sebagai elektroda positif dan Kadmium hidrosida ( Cd (OH2) )sebagai elektroda negatif.Larutan yang digunakan adalah potassium hidrosida ( KOH ).Baterai jenis ini memiliki tegangan sel sebesar 1,2 Volt dengan kerapatan energi dua kali lipat dari baterai asam timbal. Baterai nikel kadmium memiliki nilai hambatan intenal yang kecil dan memungkinkan untuk di charge dan discharge dengan rate yang tinggi.

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.