Makalah Baterai Lithium [PDF]

Citation preview

DAFTAR ISI



DAFTAR ISI..................................................................................................................................................... 1 BAB I .............................................................................................................................................................. 2 PENDAHULUAN ............................................................................................................................................. 2 Latar Belakang........................................................................................................................................... 2 Rumusan Masalah ..................................................................................................................................... 2 Tujuan ....................................................................................................................................................... 2 BAB II ............................................................................................................................................................. 3 PEMBAHASAN ............................................................................................................................................... 3 Pengertian Baterai Lithium dan Sejarahnya ............................................................................................. 3 Kelebihan dan Kekurangan Baterai Lithium.............................................................................................. 4 Susunan Baterai Lithium ........................................................................................................................... 5 Cara Kerja dan Reaksi Kimia Baterai Lithium ............................................................................................ 5 Aplikasi dan Kegunaan Baterai Lithium dalam Kehidupan sehari-hari ..................................................... 8 Dampak Baterai Lithium Pada Lingkungan dan Tubuh ............................................................................. 9 BAB III………………………………………………………………………………………………………………………………………………...…11 PENUTUP……………………………………………………………………………………………………………………………………………….11 Kesimpulan…………………………………………………………………………………………………………………………………………….11



1



BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Baterai adalah perangkat yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Reaksi kimia yang terjadi di dalam baterai menimbulkan arus listrik bermuatan positif dan negatif. Baterai mengalirkan arus listrik secara langsung. Baterai juga merupakan alat listrik-kimiawi yang dapat menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk listrik. Tentunya sebagai alat yang mengeluarkan energi listrik,baterai mempunyai fungsi yang sangat banyak dan beraneka ragam. Salah satunya adalah baterai lithium. Baterai lithium merupakan jenis baterai yang digunakan banyak jenis elektronik seperti handphone, laptop, kamera bahkan mobil hybrid. Tentunya masih banyak lagi fungsi dari baterai lithium. Untuk itu, dalam makalah ini akan dibahas tentang BATERAI LITHIUM beserta fungsi, jenis, sejarah dan perkembangannya, dll. Rumusan Masalah 1. Apa itu baterai lithium dan bagaimana sejarahnya ? 2. Apa saja keunggulan dan kekurangan penggunaan baterai lithium ? 3. Bagaimana susunan baterai lithium ? 4. Bagaimana cara kerja dan reaksi kimia baterai lithium ? 5. Apa saja aplikasi/kegunaan baterai lithium pada kehidupan sehai-hari ? 6. Apa saja dampak baterai lithium pada lingkungan dan tubuh ? Tujuan 1. Mengetahui bagaimana sejarah baterai lithium. 2. Mengetahui keunggulan dan kekurangan penggunaan baterai lithium. 3. Mengetahui susunan baterai lithium. 4. Mengetahui cara kerja dan reaksi kimia baterai lithium. 5. Mengetahui aplikasi/kegunaan baterai lithium pada kehiduan sehari-hari. 6. Mengetahui dampak yang disebabkan oleh baterai lithium.



2



BAB II PEMBAHASAN Pengertian Baterai Lithium dan Sejarahnya Baterai adalah alat yang mampu menghasilkan energi listrik dengan menggunakan energi kimia. Baterai belumlah dikenal di zaman dahulu kala. Orang-orang bahkan belum mengenal listrik. Penerangan hanya bersumber dari api. Seiring dengan kemajuan zaman, orang-orang terus berpikir untuk menemukan kehidupan yang lebih efisien. Manusia terus melakukan penelitian-penelitian untuk menemukan suatu cara hidup yang lebih maju. Baterai Lithium pertama kali ditemukan oleh M.S. Whittingham pada tahun 1970 yang menggunakan Titanium(II)Sulfide sebagai katoda dan logam Lithium sebagai anoda. Dengan penelitian yang intensif selama lebih dari 20 tahun, akhirnya pada tahun 1991 Sony tampil sebagai pionir yang mampu memproduksi secara komersial baterai lithium-ion. Sejak produksi komersial tahun 1991, produksi baterai lithium-ion mengalami kenaikan yang sangat pesat karena telah membuat revolusi didunia elektronik. Hampir semua jenis gadget elektronik seperti handphone, laptop, kamera bahkan mobil hibrida menggunakan baterai lithium-ion. Selain Lithium-ion, ada juga baterai yang disebut baterai lithium. Baterai Lithium adalah baterai yang umumnya tidak bisa diisi ulang atau hanya sekali pakai habis, sedangkan baterai Lithium-ion justru sebaliknya. Perbedaan lain dari kedua baterai tersebut adalah materi dasarnya. Baterai lithium menggunakan logam murni, sedangkan baterai Lithium-ion menggunakan campuran lithium yang jauh lebih stabil dan dapat diisi ulang beberapa ratus kali. Saat ini negara Jepang merupakan produsen baterai terbesar yang dimotori oleh Sony, Panasonic, dan Toshiba. Lithium-ion baterai juga merupakan pemimpin produk beterai yang menguasai 46% atau sekitar 4 milliar US dollar pangsa pasar pada tahun 2007. Elektrokimia berbasis lithium menawarkan beberapa ciri yang menonjol. Salah satunya adalah lithium merupakan unsur logam paling ringan dan memiliki potensial redoks sangat rendah [E(Li+/Li) = -3,04 V], yang memungkinkan sel memiliki tegangan tinggi dan densitas energi besar. Selain itu, ion Li+ memiliki jari-jari ion kecil yang menguntungkan untuk difusi dalam padatan. Dipadukan dengan umur



3



siklusnya yang lama dan kecepatan pengisian yang tinggi, sifat ini yang menyebabkan teknologi ion lithium mampu menangkap pasar elektronik portabel. Selain yang disebutkan pada ciri-ciri diatas, baterai ion lithium merupakan baterai yang ringan dan kompak, beroperasi dengan tegangan sel -4 V dengan energi spesifik dalam kisaran 100180 Wh/kg. Baterai Lithium merupakan baterai primer yang menggunakan Lithium sebagai anode. Pada katode, ada berbagai unsur atau senyawa yang bisa dipakai, contohnya SO2, SO2Cl2, FeS2, dan lain – lain. Namun, yang paling sering dijumpai adalah baterai lithium dengan katode MnO2 atau Mangan Oksida. Baterai Lithium umumnya dibuat seperti bentuk uang logam, sehingga biasa dikenal sebagai baterai koin (coin battery), atau baterai kancing (button cell). Kelebihan dan Kekurangan Baterai Lithium 1. Kelebihan Baterai Lithium : 



Ringan. Elektroda baterai terbuat dari lithium dan karbon. Lithium adalah elemen yang bisa menyimpan energy dalam ikatan atomnya.







Bertenaga. Dalam 1 kg baterai Li-Ion dapat menyimpan 150 watt-jam. Sedangkan 1 kg baterai NiMH (nickel-metal hydride) hanya mampu menyimpan 100 watt-jam.







Tahan lama. Dapat bertahan hingga 10 bahkan lebih dari 15 tahun.







Awet. Baterai ini mampu melakukan ratusan kali siklus isi dan kuras.







Tidak perlu menunggu baterai benar-benar habis untuk mengisi ulang.



2. Kekurangan Baterai Lithium : 



Umumnya baterai Li-Ion ini dapat bertahan 2 s/d 3 tahun sejak keluar dari pabriknya, baik digunakan ataupun tidak digunakan.







Tidak tahan suhu tinggi sehingga dia akan cepat haus apabila sering digunakan pada suhu tinggi.







Harga lebih mahal karena memiliki beberapa komponen onboard didalamnya.







Ada kemungkinan baterai ini meledak dan terbakar, meskipun kemungkinannya sangat kecil. Dari berbagai berita, hal ini hanya terjadi pada 2 dari 3 dalam 1 juta baterai. Namun saat ini baterai jenis ini sudah dilengkapi sensor suhu sehingga rangkaian kecil didalamnya akan memutuskan aliran listrik apabila suhu meningkat panas pada saat pengisian atau pemakaian dan berusaha mendinginkannya. 4



Susunan Baterai Lithium



Cara Kerja dan Reaksi Kimia Baterai Lithium Baterai lithium-ion memiliki kemampuan penyimpanan energi tinggi per satuan volume. Energi yang tersimpan merupakan jenis energi elektrokimia. Energi elektrokimia merupakan jenis energi listrik yang berasal dari reaksi kimia yang dalam hal ini terjadi di dalam baterai. Agar bisa berfungsi, setiap sel elektrokimia harus memiliki dua elemen penting yaitu elektroda dan elektrolit. Elektroda terdiri dari dua jenis yaitu anoda dan katoda yang menghantarkan energi listrik (ion). Anoda dihubungkan ke terminal negatif baterai sementara katoda dihubungkan ke terminal positif baterai. Elektroda terendam dalam elektrolit yang bertindak sebagai medium cair untuk pergerakan ion. Elektrolit juga bertindak sebagai buffer dan berfungsi membantu reaksi elektrokimia dalam baterai. Pergerakan elektron dalam elektrolit dan di antara elektroda akan menghasilkan arus listrik. Untuk cara kerja baterai lithium-ion anoda dan katoda baterai lithium-ion terbuat dari karbon dan oksida lithium. Sedangkan elektrolit terbuat dari garam lithium yang dilarutkan dalam pelarut organik. Bahan pembuat anoda sebagian besar merupaan grafit sedangkan katoda terbuat dari salah satu bahan berikut : lithium kobalt oksida (LiCoO2), lithium besi fosfat (LiFePO4), atau lithium oksida mangan (LiMn2O4).



5



Elektrolit yang umum digunakan adalah garam lithium seperti lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium tetrafluoroborate (LiBF4), dan lithium peklorat (LiClO4) yang dilarutkan dalam pelarut organik seperti etilen karbonat, dimetil karbonat, dan dietil karbonat. Bahan baterai lithium ini secara jenis penggunaannya terbagi lagi menjadi 2 bagian, yaitu Unrechargeable Battery dan Rechargeable Battery. 1. Sel Primer/Un-rechargeable Battery (Litium Mangan Oksida) Baterai ini tidak dapat diisi ulang, karena logam litium logam reaktif yang dapat meledak, terutama pada suhu yang relatif tinggi. Baterai ini menggunakan logam litium sebagai anoda dan MnO2 sebagai katoda, dengan garam litium (misalnya LiClO4) sebagai elektrolit dalam pelarut bebas air. 



Cara Kerja : Pada anode Litium menerima elektron dari katode, dan menghasilkan potensial reduksi



sebesar -3,05 volt. Oleh karena kenegatifannya inilah, litium dimanfaatkan sebagai anode. Kemudian direaksikan dengan Mangan Oksida yang berpotensial reduksi +0,35 volt. Agar reaksi terjadi secara spontan, mangan oksida ditempatkan sebagai katode. Terjadilah proses antara anoda dan katoda akan mengalir arus, yaitu dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda). Sedangkan elektron akan mengalir dari katoda menuju anoda. Proses ini adalah proses yang terjadi pada sel volta, dimana reaksi kimia dapat menghasilkan energi listrik. Berikut adalah reaksinya (Jika pada kondisi standar) :



Berdasarkan hasil reaksi tersebut, baterai Litium menghasilkan potensial 3,4 volt. Namun pada saat digunakan turun menjadi 2,8 volt. Penurunan potensial seperti ini mungkin saja terjadi seiring lamanya baterai digunakan karena elektron terus mengalir dan sel tidak pada kondisi standar, sesuai dengan percobaan Walther Nerst pada tahun 1889. (Kondisi standar 25oC, tekanan 1 atm, dan konsentrasi 1M).



2. Sel Sekunder/Rechargeable Battery (Baterai Lithium Kobalt & Mangan)



6



Ini adalah jenis baterai isi ulang dimana ion litium bergerak antara anoda dan katoda. Pada sel sekunder, anode dan katode bereaksi secara kimia. Namun sel dapat diisi ulang dengan proses elektrolisis untuk mengembalikan anode dan kaode ke kondisi awal. Ion litium sebagai anoda, bukan logam litium, maka reaksi sel didalamnya bukanlah reaksi redoks. Melainkan hanya pergerakan ion litium melalui elektrolit dari satu elektrode ke elektrode lainnya. Jenis baterai ini umum digunakan dalam perlatan elektronik portabel, karena tidak memiliki efek memori, dan daya hilang yang lambat sehingga tidak butuh perlakuan apapun jika tidak digunakan dan dapat menyimpan cadangan energi yang relatif besar dalam waktu yang relatif lama. Terbagi atas dua tipe, yaitu mangan (Mn) dan kobalt (Co). 



Cara Kerja : Pada saat digunakan berkerja sebagai sel volta: Lithium akan mengantarkan elektron



dari anoda menuju alat yang membutuhkan elektron seperti kapasitor dan processor di handphone atau laptop kemudian berakhir di katoda. Sedangkan proton dari katoda masuk menembus separator diantara anoda dan katoda (proses interkalasi). Proses ini berlangsung terus menerus hingga kapasitas penggunaan baterai habis (ditunjukkan dengan garis atau persentase kapasitas baterai di layar handphone atau laptop). Pada saat di-charge dia bekerja sebagai elektrolisis: Sedangkan bila baterai diisi ulang atau recharge maka elektron akan kembali dari katoda ke anoda melalui alat pengisi ulang (charger) dan dengan dibantu arus yang masuk dari charger, proton akan kembali menuju katoda. Sehingga kondisi kembali menjad seperti semula. Berikut adalah reaksinya saat pemakaian dan pengisian ulang energi listrik :



7



Seperti yang telah dipaparkan sebelumnya bahwa baterai Li-ion terbagi atas dua tipe, yaitu Mangan (Mn) dan Kobalt (Co). Untuk tipe mangan, sel terdiri dari anode Li1xMn2O4 dan katode grafit. Elektrolitnya adalah garam Li yang larut dalam pelarut organik. Reaksinya :



Untuk tipe kobalt, sel terdiri dari anode Li1-xCoO2 dan katode grafit. Elektrolitnya adalah garam Li yang larut dalam pelarut organik. Reaksinya :



dimana x menyatakan jumlah ion litium yang berpindah dari LiCoO2 ke grafit. Litium ion kobalt menghasilkan potensial yang relatif besar dibandingkan dengan litium ion mangan. Hal ini dikarenakan pada deret volta, kobalt bersifat lebih tereduksi dibanding mangan, sehingga menghasilkan beda potensial sel yang relatif besar terhadap litium dibandingkan dengan mangan.



Aplikasi dan Kegunaan Baterai Lithium dalam Kehidupan sehari-hari Baterai Lithium pada umumnya sudah banyak tergunakan di kehidupan sehari-hari. Seperti yang telah dijelaskan di atas, baterai dengan unsur lithium telah digunakan untuk berbagai peralatan elektronik, seperti telepon seluler saat ini, kamera, MP3 Player, bahkan hingga untuk Notebook. Baterai Lithium ion atau Li-ion merupakan baterai standar yang banyak digunakan pada gadget masa kini. 8



Dibandingkan baterai dengan bahan nikel, Li-Ion lebih efisien energi dan tidak memiliki efek memori, tetapi juga lebih mahal harganya. Li-Ion juga sedikit lebih ringan daripada baterai NimH dan memiliki umur lebih lama. Sebagai contoh, satu kilogram baterai Li-Ion mampu menampung 150 watt-jam, sementara satu kilogram baterai NiMH hanya mampu menampung 100 watt-jam. Baterai Li-Ion juga memiliki umur yang lebih lama karena hanya kehilangan sekitar 5% dari kapasitasnya setiap bulan dibandingkan dengan baterai NiMH yang kehilangan hingga 20% kapasitasnya setiap bulannya. baterai ini juga dapat bertahan hingga 1000 kali pengisian ulang. Berikut adalah beberapa contoh baterai dengan unsur lithium yang sering digunakan pada alat – alat elektronik :



Dampak Baterai Lithium Pada Lingkungan dan Tubuh Ketika baterai lithium-ion atau jenis apapun meledak, tentunya bukan hanya api dan luka bakar yang berbahaya bagi manusia. Justru bahan kimia dari dalam baterai seperti timah, asam sulfat, dan lainnya, yang akan membahayakan tubuh internal manusia.



9



Ketika baterai meledak, bahan kimia tersebut akan bersenyawa dengan oksigen di sekitar, dan dapat terhirup oleh manusia. Hal tersebut bisa menyebabkan penyakit seperti gangguan pernapasan, gangguan otak, bahkan impotensi. Yang lebih rentan terkena dampak ledakan baterai, adalah anak-anak dan perempuan. Bahan kimia yang mereka hirup dapat menyebabkan gangguan pertumbuhan, otak, serta saraf pada anak-anak, dan gangguan kehamilan dan janin pada perempuan. Karena itulah, terdapat peringatan keras untuk menjauhkan baterai dari jangkauan anak-anak. Pemegang baterai disarankan untuk segera mencuci tangan dan tidak langsung menyentuh mulut, mata, dan bagian tubuh sensitif lainnya sehabis menyentuh baterai.



10



BAB III PENUTUP Kesimpulan 1. Baterai Lithium adalah baterai primer (baterai sekali pakai) yang menggunakan logam Lithium sebagai anodenya. 2. Dikarenakan bentuknya, baterai Lithium dikenal juga dengan baterai koin (coin battery), atau baterai kancing (button cell). 3. Prinsp kerja baterai Lithium adalah dengan reaksi redoks untuk menghasilkan energi listrik. 4. Keunggulan utama baterai Lithium adalah daya tahannya yang lama dan arus yang dihasilkan lebih tinggi daripada baterai jenis lain. 5. Penggunaan baterai Lithium pada umumnya adalah pada peralatan yang memerlukan umur panjang seperti pada jam tangan, alat oseanografi, dan alat pacu jantung.



11