Baterai [PDF]

Citation preview

BATERAI Bambang Eko S



Baterai merupakan sel listrik yang didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berkebalikan). Pada baterai dapat berlangsung proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik dan sebaliknya, yaitu pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan didalam sel.



Alessandro Volta, seorang fisikawan Italia, adalah orang pertama yang menemukan baterai. Pada tahun 1800 ia menemukan “tumpukan volta”, yaitu metode praktis pertama untuk memproduksi listrik.



Tumpukan volta dibuat dengan menumpuk piringan logam secara berselingan dengan potongan karton yang dicelupkan dalam air garam yang ditempatkan di antara kedua piringan tersebut.



Tumpukan tersebut mampu menghasilkan arus listrik. Penemuan ini diakui sebagai baterai pertama yang menghasilkan arus listrik secara konsisten dan dapat diandalkan.



Dua proses yang terjadi pada baterai:



Pengisian: perubahan energi listrik menjadi energi kimia



Pengosongan: perubahan energi kimia menjadi energi listrik



Pada proses pengosongan baterai, jika sel dihubungkan dengan beban maka elektron mengalir dari anoda ke katoda, kemudian ion-ion negatif mengalir ke anoda dan ion-ion positif mengalir ke katoda. Arus listrik dapat mengalir disebabkan adanya elektron yang bergerak ke dan/atau dari elektroda sel melalui reaksi ion antara molekul elektroda dengan molekul elektrolit sehingga memberikan jalan bagi elektron untuk mengalir.



Pada proses pengisian baterai, jika sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda serta proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut: • Aliran elektron menjadi terbalik, mengalir dari katoda melalui power supply ke anoda • Ion-ion negatif mengalir dari katoda ke anoda



• Ion-ion positif mengalir dari anoda ke katoda.



baterai primer



baterai sekunder



• tidak dapat digunakan lagi setelah energi yang ada didalamnya habis.



• dapat digunakan berkali kali dengan mengisi kembali muatannya jika energinya telah habis dipakai.



baterai ZincCarbon



baterai alkaline



baterai lithium



baterai perak oksida



• Lapisan zink (Zn) berfungsi sebagai anoda atau kutub negatif, dimana lapisan ini dilapisi oleh selubung baja. • Karbon berfungsi sebagai katoda atau kutub positif. Karbon diletakkan di tengah sel dan terhubung pada tonjolan logam di bagian luar atas baterai. • Ruang antara batang karbon dan lapisan zink diisi pasta dari campuran amonium klorida (NH4Cl), batu kawi (MnO2), karbon (C), sedikit air (H2O), dan zink klorida (ZnCl2).



• Pada dasarnya sama dengan baterai zink-karbon, tetapi bersifat basa karena menggunakan KOH yang menggantikan NH4Cl dalam pasta. • Menghasilkan arus lebih besar dan total muatan lebih banyak dibanding baterai kering biasa. • Memiliki daya tahan yang lebih lama dan harga yang lebih mahal dibanding baterai zink-karbon.



• Merupakan baterai yang paling kuat diantara baterai sekali pakai lainnya. • Dapat bertahan hingga 10 tahun dan bekerja pada suhu yang rendah. • Sering digunakan pada memori backup mikrokomputer dan jam tangan.



• Harganya tergolong mahal karena mahalnya harga perak (silver). • Menghasilkan energi yang tinggi tapi dalam bentuk yang relatif kecil dan ringan. • Biasa dipergunakan pada kamera, alat bantu pendengaran, dan jam tangan.



baterai Ni-Cd



baterai Ni-MH



baterai lithium ion



• Mampu beroperasi pada jangkauan suhu yang luas dan siklus daya tahan yang lama. • Baterai Ni-Cd akan melakukan self discharge sekitar 30% per bulan ketika tidak digunakan. • Saat ini penggunaannya sudah dilarang karena mengandung cadmium yang bersifat racun.



• Kapasitasnya 30% lebih besar dibanding baterai NiCd. • Akan melakukan self discharge sebesar 40% per bulan ketika tidak digunakan. • Lebih ramah lingkungan dibanding baterai Ni-Cd.



• Ion litium berpindah dari LiCoO2 ke elektrode grafit ketika digunakan, dan sebaliknya. • Daya tahannya lebih tinggi dan tingkat penurunan daya saat tidak digunakan lebih rendah. • Banyak digunakan pada perangkat portable.



KARAK T E R I S T I K • Bentuk : AAA, AA, C, D • Voltase : 1.2 volt • Batere ini yang paling umum saat ini sebagai rechargeable yang termasuk murah dan cukup tersebar dimana - mana. • Batere jenis ini juga muncul untuk menjawab kekurangan pada batere NiCd seperti : - hilangnya memory effect - lebih rentan terhadap udara dingin - kapasitas baterai dg ukuran sama lebih tinggi



KEGUNAAN • Saat ini Baterai Ni-MH banyak digunakan dalam Kamera dan Radio Komunikasi. • Pada saat ini banyak sekali digunakan pada perangkat elektronika (seperti Hp), permainan anak-anak (mobil tamiya, kamera digital, handy talky) hingga kendaraan hybrid.



ke-UNGGUL-an • Baterai Ni-MH mempunyai kapasitas 30% lebih tinggi dibandingkan dengan Baterai Ni-Cd • Baterai Ni-MH dapat diisi ulang hingga ratusan kali sehingga dapat menghemat biaya dalam pembelian baterai. • Baterai Ni-MH memiliki Self-discharge sekitar 40% setiap bulan jika tidak digunakan. • Tidak memiliki zat berbahaya Cadmium yang dapat merusak lingkungan dan kesehatan manusia.



• Meskipun tidak memiliki zat berbahaya Cadmium, Baterai Ni-MH tetap mengandung sedikit zat berbahaya yang dapat merusak kesehatan manusia dan Lingkungan hidup, sehingga perlu dilakukan daur ulang (recycle) dan tidak boleh dibuang di sembarang tempat.



ke-LEMAH-an • Memiliki efek memori, yaitu jika kapasitas baterai tersebut belum berkurang hingga batas minimum-nya (yaitu 1.0V – 1,1V / sel) dan kemudian baterai tersebut diisi ulang. Maka hal tersebut akan menimbulkan endapan yang dapat mengurangi kapasitas baterai.



UNIK NYA • Semua baterai rechargeable memiliki sifat pengosongan sendiri (self discharge) walaupun tidak digunakan, besarnya antara 10% hingga 30% per bulan. Sehingga baterai yang terisi penuh akan kosong dengan sendirinya dalam beberapa bulan tanpa dipergunakan.



• Dalam kondisi suhu normal, baterai NiMH akan kehilangan daya sekitar 1% per harinya dan semakin tinggi atau rendah suhunya maka kehilangan daya tersebut akan semakin besar. • Kelebihan dari baterai NiMH ini antara lain adalah semakin sering digunakan maka baterai dapat bertahan lebih lama. • Jika baterai NiMH akan tidak digunakan dalam waktu yang lama, setidaknya anda harus melakukan isi ulang minimal seminggu sekali.



Reaksi -Selnya A = MH + OHK = NiO(OH) + H2O + e R.Sel = MH + NiO(OH)



M + H2O + e Ni(OH)2 +OHNi(OH)2 + M



TIPS



• Jangan menjatuhkan baterai NiMH ke lantai atau tempat yang keras • Jangan memasukkan baterai NiMH ke tas ataupun kantung celana tanpa penutup karena hubungan pendek bisa saja terjadi bila bersentuhan dengan benda besi seperti uang logam, kunci dan lainnya. • Pastikan bahwa baterai NiMH yang anda beli dapat menghindarkan masalah "Overcharging" atau terlalu lama diisi ulang karena masalah ini adalah salah satu penyebab sering rusaknya baterai NiMH.



• Biasakan untuk mengosongkan baterai sebelum diisi untuk meminimalisir efek memori. • Gunakan Charger yang memiliki fungsi penghentian pengisian otomatis pada mode pengisian cepat (kurang dari 4 jam) shg sangat berguna agar baterai tidak overcharging yang dapat menyebabkan kerusakan pada baterai. • Jangan tinggalkan baterai pada charger yang masih menyala lebih dari 20 jam. Biasanya bila menggunakan charger dengan mode pengisian standar (overnight charging), pada mode ini baterai akan penuh pada rentang waktu 16 jam.



• Jangan sekali-kali melakukan hubung singkat pada baterai (menggabungkan kutub positif dan negatif baterai secara langsung menggunakan kabel atau bahan konduktor lainnya). • Jangan gunakan perangkat elektronik jika dalam mode pengisian (Charging). Biasanya hal ini sering terjadi pada penggunaan telepon seluler dan laptop, hal ini menyebabkan kemampuan baterai cepat menurun yang ditandai dengan menggelembung-nya baterai. Usahakan pada saat mode pengisian (charging) perangkat tersebut dalam keadaan nonaktif.



• Jangan mengganti-ganti pasangan baterai dengan pasangan baterai lainnya. • Jika Baterai akan disimpan dalam jangka waktu yang cukup lama (beberapa bulan). Hendaknya baterai dikosongkan dan diisi hingga penuh sebelum disimpan. Pisahkan baterai dari perangkat elektronik dan tempatkan pada tempat sejuk dan kering.



• PENTING! Umur baterai rechargeable diukur berdasarkan banyaknya baterai tersebut mengalami siklus pengisian dan pengosongan, siklus tersebut memiliki nilai maksimum yaitu 500X, jika melebihi batas tersebut maka kemampuan baterai akan mulai menurun secara significan dan akhir-nya tidak dapat digunakan kembali. Maka dari itu tips ini diberikan agar para pengguna baterai ini dapat mencapai siklus maksimum yang ditentukan oleh pabrikan baterai.



ACCUMULATOR (AKI) suatu alat untuk menyimpan tenaga listrik dalam bentuk tenaga kimia.



Konstruksi Baterai Bagian-bagian Baterai



Gangguan yang sering terjadi pada Baterai dan bagianbagian yang diperiksa



Konstruksi Baterai 1.



Kotak Baterai Yaitu Wadah yang menampung elektrolit dan elemen baterai. Pada kotak baterai terdapat garis tanda upper level dan lower level.



Konstruksi Baterai 2.



Terminal Baterai Yaitu bagian dari baterai yang mempunyai simbol (+) dan (-) pada body baterai. Biasanya terminalk ini untuk dudukan kabel baterai.



Konstruksi Baterai 3. Elektrolit Baterai merupakan campuran antara air suling (H2O) dengan asam sulfat (SO4), komposisi campuran adalah 64 % H2O dan dan 36 % SO4 .



Konstruksi Baterai 4. Tutup Baterai Ialah tutup untuk lubang pengisian elektrolit. Fungsinya untuk memisahkan gas hidrogen dan uap asam sulfat di dalam baterai dengan membiarkan gas hidrogen keluar dari lubang baterai dan asam sulfat menetes ke bawah.



Konstruksi Baterai 5. Sel Baterai Sel baterai terdapat plat (+) dan (-). Plat (+) berwarna cokelat gelap dan plat (-) berwarna abuabu metalik. Tiap sel menghasilkan tegangan 2 – 2,2 volt.



Cara Kerja Accu



Kondisi Bermuatan Penuh Elektrolit Pelat(-) Pelat(+) 2H2SO4 Pb PB02 + Asam Timbal Timbal Sulfat dan berpori Peroksida Air



Kondisi Terpakai Habis Pelat(+)



PENGISIAN



Pelat(-) PEMAKAIAN PbSO4 Elektrolit PbSO4 + + Timbal 2H2O air Timbal Sulfat Sulfat



PENGGUNAAN BATERAI O Memberi aliran listrik untuk memutar



mesin (starter) O Memberi aliran listrik pada sistem kelistrikan lainnya (penerangan,horn,dll) O Membuat stabil tegangan pada sistem kelistrikan.



TIPE ACCUMULATOR



TIPE BASAH (wet type)



WET CHARGED



DRY CHARGED



TIPE KERING (dry type)



MF (maintenance free)



TIPE BATERAI (wet type=tipe basah) Wet charged: * plat (+) : Pb * plat (-) : Pb * elektrolit: asam belerang lemah * bat.baru harus di – setroom



Dry charged: * plat (+) : PbO2 * plat (-) : Pb * elektrolit: asam belerang kuat * bat.baru tanpa di – setroom



Type Wet Charged adalah battery yang sudah terisi arus listrik DC sebesar 12.6V pada total cell atau 2.1V tiap cell pada saat shipment ke konsumen. Aki tersebut pada kondisi “Fresh from Oven “ langsung di charging di pabrik pembuatnya.



Type Dry Charged



Bagian – bagian dari aki



Pada saat aki digunakan terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Pada saat accu diisi ulang terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia



BATERAI BASAH-TIPE DRYCHARGED Kekurangannya :  Wajib memeriksa ketinggian air accu secara berkala  Memiliki tingkat Self-Discharge paling besar (0.8-1.0% volume/day). Keuntungannya :  Dapat menggunakan ‘vitamin accu’ berupa tablet atau larutan EDTA,  Harga relatif lebih murah



BATERAI KERING ( SEALED BATTERY)



 Sebenarnya tidak benar- benar kering  Cairan electrolyte pada batere biasa di accu kering dibuat menjadi gel yang bersifat lembab  Accu kering ukuran besar untuk mobil nama teknisnya VRLA (Valve Regulating Lead Acid)



REAKSI KIMIA PADA BATERAI KERING



• 1. Proses pengisian • Ni(OH)2 + KOH



+ Fe(OH)2



⇒ Ni(OH)3 + KOH+



Fe



• pelat positif terdiri dari Ni(OH)2 atau hydroxid nikel • pelat negatif berisi Fe(OH)2



• 2. Proses pengosongan • Ni(OH)2 + KOH + Fe(OH)2



⇐ Ni(OH)3 + KOH + Fe



• Pada akumulator ini tidak terjadi pengosongan sendiri, karena KOH tidak ikut mengambil bagian dalam reaksi kimia walaupun tidak dipakai lama.



MF BATTERY KEUNGGULAN



 Tidak perlu check level dan tambah cairan elektrolit  Dapat diletakkan dalam segala posisi



 Self discharge lebih kecil  Life Time lebih lama  Cranking power lebih tinggi KEKURANGAN



 Manufacturing cost tinggi



18



Kerusakan – kerusakan baterai 1. 2. 3. 4. 5. 6.



Kotak Baterai retak atau Pecah. Sel batrei Rusak. Tutup baterai tersumbat sehingga batrei melambung Terminal baterai korosif. Air aki selalu kering. Tegangan baterai selalu turun.



KAPASITAS BATERAI / ACCU  Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere x waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan/menyuplai sejumlah isinya secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V  Misal, baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt (Watt = V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A). Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama 10 jam.



Faktor yang Mempengaruhi Kapasitas Baterai  Kedalaman Pembebanan Jika baterai discharge dengan cepat, kapasitas akan berkurang. Sebaliknya, baterai yang discharge dengan lambat akan memiliki kapasitas yang besar  Umur Baterai kehilangan kapasitas dari waktu ke waktu dan dipertimbangkan berada pada akhir masa hidup saat 20 persen kapasitas aslinya hilang  Suhu / keadaan lingkungan Meskipun kapasitas baterai menurun pada suhu rendah, umur baterai meningkat. Begitu pula, suhu baterai yang bertambah, umur baterai semakin pendek



Hubungan Elektrolit dengan Kapasitas Baterai



Pengisian Baterai  Pengisian Normal • Besar arus yang diisikan 1/10 dari kapasitas baterai • Waktu yang digunakan 1 jam untuk setiap 10% kekosongan baterai



 Pengisian Cepat • Hanya untuk keadaan darurat • Besar arus maksimal 80% dari kapasitas(Batarai eropa) dan 50 % dari kapasitas(Baterai jepang) • Waktu yang diperlukan :



𝐁𝐞𝐬𝐚𝐫 𝐊𝐞𝐤𝐨𝐬𝐨𝐧𝐠𝐚𝐧 𝐁𝐞𝐬𝐚𝐫 𝐀𝐫𝐮𝐬 𝐏𝐞𝐧𝐠𝐢𝐬𝐢𝐚𝐧



x 1jam



Cara menghitung Lama Waktu Pemakaian dan Pengisian Aki Untuk Inverter



Rumus dasar : P=VxI V= P/I I = P/V dimana, I = Kuat Arus (Ampere) P = Daya (Watt) V = Tegangan (Volt)



A. Perhitungan berapa lama aki dapat mem-backup beban : • Misalnya : - Beban 50 Watt. - Aki yang digunakan 12 V/50 Ah. Maka didapat : I = 50 W/12 V = 4,167 Ampere Waktu pemakaian = 50 Ah/4,167 A = 11,99 jam - dieffisiensi Aki sebesar 20 % = 11,99 jam - 2,398 jam = 9,592 Jam ( 9 Jam 35 Menit 31,2 Detik )



Kesimpulan : Lama ketahanan aki ditentukan oleh besarnya Kapasitas Ampere aki dan berapa watt beban.



B. Perhitungan Waktu Pengisian Aki Untuk rumus mudahnya adalah : Besar Ah aki dibagi Besar Arus Charger = Jam



Contoh pertama : Jika anda memiliki battery/ aki/ accumulator 12V 100Ah dan anda memiliki inverter charger sebesar 12V 10Ampere maka rumus mudahnya adalah 100Ah dibagi 10Ah sama dengan 10 jam Contoh kedua : Jika anda memiliki battery/ accumulator/ aki 12V 70Ah dan anda memiliki inverter charger sebesar 12V 10Ampere maka rumus mudahnya adalah 70Ah dibagi 10Ah sama dengan 7 jam Rumus diatas berlaku untuk battery yang benar benar baru Sedangkan untuk battery atau aki atau accumulator yang sudah pernah terpakai maka kurang dari waktu tersebut



Untuk menghitung waktu pengisian Aki beberapa hal yang harus diperhatikan adala sebagai berikut: Misalnya : 1. Voltase Aki 12 Volt. 2.Tentukan berapa banyak aki yang akan diisi ulang, 2 buah misalnya. 3.Berapa kapasitas aki (berapa Ah), misalnya hanya 1 aki 50 Ah 4.Berapa lama waktu pengisian yang dibutuhkan ? (misalnya 2 jam)



I = 50Ah/2 jam = 25 Ampere NB : Tambahkan 20% untuk diefisiensi aki, Kuat Arus yang dibutuhkan untuk pengisian 2 jam :



25 Ampere + 20% = 30 Ampere



Berapa watt charger yang dibutuhkan untuk mengisi aki 50 Ah selama 2 jam : Diketahui tegangan standart charger Aki = 13,8 Volt P = V x I = 13.8 Volt x 30 Ampere = 414 Watt Berarti yang dibutuhkan untuk mengisi aki dengan waktu 2 jam adalah charger dengan spesifikasi: Arus Output sebesar 30 Ampere dan Output tegangan sebesar 13,8 Volt. NB : Terlalu besar pengisi daya dapat merusak aki dan terlalu kecil akan memakan waktu lebih lama untuk pengisian ulang aki.



Tidak bisa secara langsung charge aki/accu dengan listrik PLN, harus menggunakan charge inverter atau power inverter atau membuat sendiri charger aki secara manual Aki juga tidak bisa digunakan secara langsung untuk digunakan pada peralatan rumah tangga. Bisa menggunakan power inverter.



•



•



•



•



• •



•



Berapa jam bisa dipakai kalau kekuatan Aki 60AH 12 volt dan daya dipergunakan 100 W 60AH x 12 = 720, kemudian 720 : 100 = 7.2 jam, Catatan : Penghitungan ini menggunakan Aki baru atau aki dalam kondisi normal, hasil akan sangat bervariasi tergantung pada keadaan Aki dan suhu ruang. Untuk accu mobil akan charge otomatis saat mobil dinyalakan, untuk pemakaian di rumah jika ingin lebih lama, pakai yang auto charge. Inverter berapa watt yang saya butuhkan? Hitung total watt peralatan listrik yg akan digunakan, misalnya: 1 buah TV 100w+ 1 buah kipas angin 15w + 5 buah lampu 25w = total 240 watt. Jika menggunakan inverter dengan daya murni 40% (manual) maka butuh 240w/40%=600 watt. Jika menggunakan inverter dengan daya murni 80% (auto chargeauto ups), maka butuh 240/80%=300 watt. Untuk mobil, berapa watt maksimal power inverter bisa dipasang? Power inventer dengan kapasitas besar tidak bisa dicolokkan pada cigarette lighter mobil, tetapi harus dipasangkan langsung pada Accu / Battere 12 Volt. Untuk mobil maksimal 700w. Bagaimana agar pemakaiannya bisa lebih lama? Bisa memakai lebih dari 1 accu, memakai type auto charge, , atau memakai accu dengan ampere besar. Accu bisa diparalel agar voltase nya tetap, hanya jam pemakaian akan bertambah. Berapa ampere arus charge untuk inverter auto charge? Untuk 1000w = 10a. Untuk 1500w-3000w 20a. Bisakah instalasi kabelnya menggunakan instalasi listrik rumah? Tidak bisa. Peralatan elektronik harus langsung dihubungkan ke power inverter, bukan melalui colokan listrik rumah. Jadi jika diperlukan untuk menghubungkan beberapa alat elektronik sekaligus, maka harus dibuatkan T atau instalasi kabel sendiri. Berapa lama power inverter mencharge ulang aki? Power inverter “auto charge” menggunakan daya 20Ampere untuk mencharge ulang aki,