JENIS, KARAKTERISTIK, DAN REAKSI BATERAI - KIMIA - 2024

Di pasaran Anda bisa mendapatkan berbagai jenis baterai dengan ciri khasnya masing - masing. Baterai, yang tidak lebih dari sel volta, memberi konsumen keuntungan membawa listrik ke mana saja (selama kondisinya tidak drastis).

Baterai umumnya dapat dibeli dengan isolasi; tetapi, mereka juga dicapai dengan digabungkan satu sama lain secara seri atau paralel, yang setnya menjadi apa yang mereka sebut baterai. Dan dengan demikian terkadang istilah 'baterai' dan 'baterai' digunakan secara sembarangan, bahkan ketika keduanya tidak sama.

Baterai Alkaline: salah satu jenis baterai paling populer. Sumber: Pexels.

Tumpukan bisa datang dalam warna, bentuk, dan ukuran yang tak terhitung jumlahnya, seperti halnya bisa dibuat dari bahan lain. Demikian juga, dan yang lebih penting, struktur internalnya, tempat berlangsungnya reaksi kimia yang menghasilkan listrik, berfungsi untuk membedakannya satu sama lain.

Misalnya, gambar di atas menunjukkan tiga baterai alkaline, salah satu yang paling umum. Istilah basa mengacu pada fakta bahwa media tempat pelepasan dan aliran elektron terjadi adalah basa; artinya, ia memiliki pH lebih besar dari 7 dan anion OH ^- dan muatan negatif lainnya mendominasi .

Peringkat umum

Sebelum membahas beberapa jenis baterai yang berbeda di luar sana, perlu diketahui bahwa ini secara global diklasifikasikan sebagai baterai primer atau sekunder.

Utama

Baterai primer adalah baterai yang, setelah dikonsumsi, harus dibuang atau didaur ulang, karena reaksi kimia yang mendasari arus listrik tidak dapat diubah. Oleh karena itu, mereka tidak dapat diisi ulang.

Mereka terutama digunakan dalam aplikasi yang tidak praktis untuk mengisi ulang energi listrik; seperti di perangkat militer, di tengah medan perang. Begitu pula, mereka dirancang untuk peralatan yang menggunakan sedikit energi, sehingga tahan lebih lama; misalnya, remote control atau konsol portabel (seperti Game Boy, Tetris, dan Tamagotchi).

Baterai alkalin, untuk mengutip contoh lain, juga termasuk tipe primer. Baterai biasanya memiliki bentuk silinder, meskipun ini tidak berarti bahwa baterai silinder tidak dapat menjadi baterai sekunder atau dapat diisi ulang.

sekolah menengah

Tidak seperti baterai primer, baterai sekunder dapat diisi ulang setelah kehabisan daya.

Ini karena reaksi kimia yang terjadi di dalamnya bersifat reversibel, dan oleh karena itu, setelah menerapkan tegangan tertentu, menyebabkan spesies produk menjadi reaktif kembali, sehingga memulai reaksi lagi.

Beberapa sel sekunder (disebut baterai) biasanya berukuran kecil, seperti sel primer; namun, baterai ditujukan untuk perangkat yang mengonsumsi lebih banyak energi dan yang penggunaan baterai primernya tidak praktis secara ekonomis dan energik. Misalnya, baterai ponsel mengandung sel sekunder.

Juga, sel sekunder dirancang untuk peralatan atau sirkuit besar; misalnya, aki mobil, yang terdiri dari beberapa aki atau sel volta.

Mereka umumnya lebih mahal daripada sel primer dan baterai, tetapi untuk penggunaan jangka panjang mereka menjadi pilihan yang lebih cocok dan efektif.

Aspek lainnya

Tumpukan diklasifikasikan sebagai primer atau sekunder; tetapi secara komersial atau populer, mereka biasanya diklasifikasikan menurut bentuknya (silinder, persegi panjang, jenis kancing), perangkat yang dimaksudkan (kamera, kendaraan, kalkulator), namanya (AA, AAA, C, D, N, A23, dll. ), dan kode IEC dan ANSI mereka.

Selain itu, karakteristik seperti voltase (1,2 hingga 12 volt), serta masa manfaat dan harga, bertanggung jawab untuk memberikan klasifikasi tertentu di mata konsumen.

Daftar jenis baterai

-Karbon-seng

Baterai karbon-seng (juga dikenal sebagai sel Leclanché atau baterai saline) adalah salah satu yang paling primitif, dan saat ini dianggap hampir tidak digunakan dibandingkan dengan baterai lain; terutama, dibandingkan dengan baterai alkaline, yang meskipun sedikit lebih mahal, memiliki umur dan voltase yang lebih lama.

Seperti namanya, elektrodanya terdiri dari kaleng seng dan batang grafit, masing-masing sesuai dengan anoda dan katoda.

Di elektroda pertama, anoda, elektron berasal dari oksidasi seng logam. Elektron ini kemudian melewati sirkuit eksternal yang memberi makan perangkat dengan energi listrik, dan kemudian mereka berakhir di katoda grafit, di mana siklus diselesaikan dengan mengurangi mangan dioksida tempat ia dibenamkan.

Reaksi

Persamaan kimia untuk reaksi yang terjadi pada elektroda adalah:

Zn (s) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (Anoda)

2 MnO ₂ (s) + 2e ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (Katoda)

Baterai ini sangat mirip dengan baterai alkaline: keduanya berbentuk silinder (seperti pada gambar). Namun, baterai karbon-seng dapat dibedakan dengan membaca karakteristik yang diberi label di bagian luar secara mendetail, atau jika kode IEC-nya diawali dengan huruf R. Tegangannya 1,5 V.

-Alkaline

Baterai alkalin sangat mirip dengan jenis karbon-seng, perbedaannya adalah media tempat elektroda berada mengandung anion OH ^- . Media ini terdiri dari elektrolit kuat kalium hidroksida, KOH, yang menyumbang OH ^- yang berpartisipasi dan "berkolaborasi" dalam migrasi elektron.

Itu datang dalam berbagai ukuran dan voltase, meskipun yang paling umum adalah 1.5V. Mereka mungkin baterai paling terkenal di pasar (Duracell, misalnya).

Reaksi yang terjadi pada elektroda Anda adalah:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- (Anoda)

2MnO ₂ (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (s) + 2OH ^- (aq) (Katoda)

Saat suhu meningkat, semakin cepat reaksi terjadi dan semakin cepat baterai habis. Menariknya, rumor populer menyebar untuk memasukkannya ke dalam freezer untuk meningkatkan masa hidup mereka; Namun, saat didinginkan, isinya dapat mengalami kemungkinan pemadatan yang dapat menyebabkan cacat atau risiko berikutnya.

Air raksa

Baterai merkuri kemungkinan, yang bisa disalahartikan dengan baterai oksida perak. Sumber: Multicherry.

Baterai merkuri sangat khas karena bentuk tombol peraknya yang khas (gambar di atas). Hampir semua orang akan mengenali mereka pada pandangan pertama. Mereka juga bersifat basa, tetapi katoda mereka menggabungkan, selain grafit dan mangan dioksida, oksida merkuri, HgO; yang, setelah direduksi, diubah menjadi logam merkuri:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^-

HgO (s) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (s) + 2OH ^-

Perhatikan bagaimana anion OH ^- dikonsumsi dan dibuat ulang dalam reaksi sel ini .

Menjadi baterai kecil, ini ditujukan untuk perangkat kecil, seperti jam tangan, kalkulator, kontrol mainan, dll. Siapapun yang telah menggunakan salah satu dari benda-benda ini akan menyadari bahwa tidak perlu mengganti baterai selama hampir "selamanya"; yang kira-kira setara dengan 10 tahun.

Perak oksida

Baterai perak oksida. Sumber: Lukas A, CZE.

Cacat utama baterai merkuri adalah bila dibuang, baterai tersebut menimbulkan masalah serius bagi lingkungan, karena karakteristik toksik dari logam ini. Mungkin inilah sebabnya mengapa tidak ada kode IEC dan ANSI. Untuk baterai oksida perak, kode IEC-nya diawali dengan huruf S.

Salah satu pengganti baterai merkuri sesuai dengan baterai oksida perak, jauh lebih mahal, tetapi dengan dampak ekologis yang lebih sedikit (gambar atas). Mereka awalnya mengandung merkuri untuk melindungi seng dari korosi basa.

Ini tersedia dengan tegangan 1,5V, dan aplikasinya sangat mirip dengan baterai merkuri. Padahal, sekilas kedua baterai tersebut terlihat identik; meskipun mungkin ada tumpukan oksida perak yang jauh lebih besar.

Reaksi di elektrodanya adalah:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s) + 2 e ^-

Ag ₂ O (s) + 2H ⁺ (aq) + 2e ^- → 2Ag (s) + H ₂ O (l)

Air kemudian mengalami elektrolisis, terurai menjadi ion H ⁺ dan OH ^- .

Perhatikan bahwa alih-alih merkuri, perak metalik terbentuk di katoda.

-Nikel-kadmium (NiCad)

Baterai NiCd. Sumber: LordOider.

Dari titik ini sel sekunder atau baterai dipertimbangkan. Seperti merkuri, baterai nikel-kadmium berbahaya bagi lingkungan (untuk satwa liar dan kesehatan) karena kadmium logamnya.

Mereka dicirikan dengan menghasilkan arus listrik yang tinggi dan dapat diisi ulang dalam jumlah besar. Bahkan, mereka bisa diisi ulang sebanyak 2000 kali, yang setara dengan daya tahan yang luar biasa.

Elektrodanya terdiri dari nikel oksida hidroksida, NiO (OH), untuk katoda, dan kadmium logam untuk anoda. Alasan kimiawi, pada dasarnya, tetap sama: kadmium (bukan seng) kehilangan elektron, dan kadmium NiO (OH) memperolehnya.

Reaksi setengah sel adalah:

Cd (s) + 2OH ^- (aq) → Cd (OH) ₂ (s) + 2e ^-

2NiO (OH) (s) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq)

The OH ^- anion , sekali lagi, berasal dari elektrolit KOH. Baterai NiCad, kemudian, menghasilkan hidroksida logam nikel dan kadmium.

Mereka digunakan secara individual atau digabungkan dalam paket (seperti yang berwarna kuning, gambar di atas). Jadi mereka datang dalam kemasan besar atau kecil. Anak-anak kecil terbiasa menggunakan mainan; tapi yang besar digunakan untuk pesawat terbang dan kendaraan listrik.

-Nikel-logam hidrida (Ni-HM)

Baterai Ni-HM. Sumber: Ramesh NG dari Flickr (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

Sel atau baterai terkenal lainnya, yang melebihi NiCad dalam kapasitas energinya, adalah Ni-HM (nikel dan logam hidrida). Ini bisa datang dalam format silinder (baterai konvensional, gambar di atas), atau digabungkan dalam baterai.

Secara kimiawi, ia memiliki karakteristik yang hampir sama dengan baterai NiCad, dengan perbedaan utama adalah elektroda negatifnya: katoda bukanlah kadmium, tetapi paduan intermetalik logam tanah jarang dan logam transisi.

Paduan ini bertanggung jawab untuk menyerap hidrogen yang terbentuk selama pengisian, menghasilkan logam hidrida kompleks (oleh karena itu huruf H dalam namanya).

Meskipun baterai Ni-HM menyediakan lebih banyak daya (sekitar 40% lebih), baterai tersebut lebih mahal, lebih cepat aus, dan tidak dapat diisi ulang beberapa kali seperti baterai NiCad; artinya, mereka memiliki masa manfaat yang lebih pendek. Namun, mereka kekurangan efek memori (hilangnya kinerja baterai karena tidak habis sepenuhnya).

Karena alasan inilah mereka tidak boleh digunakan pada mesin yang bekerja dalam jangka waktu lama; meskipun masalah ini telah diatasi dengan baterai LSD-NiHM. Demikian pula, sel atau baterai Ni-HM memiliki karakteristik termal yang sangat stabil, dapat dioperasikan dalam berbagai suhu tanpa menimbulkan risiko.

Reaksi

Reaksi yang terjadi pada elektroda Anda adalah:

Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq) ⇌ NiO (OH) (s) + H ₂ O (l) + e ^-

H ₂ O (l) + M (s) + e ^- ⇌ OH ^- (aq) + MH (s)

-Ion-litium

Baterai lithium-ion untuk laptop. Sumber: Kristoferb dari Wikipedia.

Dalam sel lithium dan baterai, mereka didasarkan pada migrasi ion Li ⁺ , yang ditransfer dari anoda ke katoda, produk tolakan elektrostatis karena meningkatnya muatan positif.

Beberapa dapat diisi ulang, seperti baterai laptop (gambar atas), dan lainnya, baterai silinder dan persegi panjang (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ atau LiMnO ₂ ) tidak bisa.

Baterai lithium-ion memiliki karakteristik yang sangat ringan dan energik, yang memungkinkannya digunakan di banyak perangkat elektronik, seperti smartphone dan peralatan medis. Demikian pula, baterai hampir tidak mengalami efek memori, kepadatan muatannya melebihi baterai dan sel NiCad dan Ni-HM, dan perlu waktu lebih lama untuk mengosongkan.

Namun, mereka sangat sensitif terhadap suhu tinggi, bahkan meledak; dan selain itu, harganya cenderung lebih mahal dibandingkan dengan baterai lainnya. Namun, baterai lithium dipandang baik di pasar, dan banyak konsumen menilai mereka sebagai yang terbaik.

-Acid memimpin

Baterai asam timbal khas untuk mobil. Sumber: Tntflash

Dan terakhir, bakteri asam timbal, seperti namanya, tidak mengandung ion OH ^- tapi H ⁺ ; khususnya, larutan asam sulfat pekat. Sel volta ditemukan di dalam kotaknya (gambar atas), di mana tiga atau enam di antaranya dapat digabungkan secara seri, menghasilkan baterai 6 atau 12 V.

Ia mampu menghasilkan muatan listrik dalam jumlah besar, dan karena sangat berat, ia ditujukan untuk aplikasi atau perangkat yang tidak dapat diangkut secara manual; misalnya, mobil, panel surya, dan kapal selam. Baterai asam ini merupakan yang tertua dan masih ada di industri otomotif.

Elektrodanya terbuat dari timbal: PbO ₂ untuk katoda, dan timbal logam spons untuk anoda. Reaksi yang terjadi di dalamnya adalah:

Pb (s) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (aq) + 2e ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O (l)

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
2. Odunlade Emmanuel. (24 Juli 2018). Berbagai jenis baterai dan aplikasinya. Sirkuit Intisari. Diperoleh dari: circuitdigest.com
3. UJI. (sf). Jenis baterai. Diperoleh dari: prba.org
4. Isidor Buchman. (2019). Baterai apa yang terbaik? Universitas Baterai. Diperoleh dari: batteryuniversity.com
5. Perusahaan McGraw-Hill. (2007). Bab 12: Baterai. . Diperoleh dari: oakton.edu
6. Shapley Patricia. (2012). Jenis baterai umum. Universitas Illinois. Diperoleh dari: butane.chem.uiuc.edu
7. Sikap Ekologis. (22 Januari 2017). Jenis baterai: panduan lengkap dengan baterai yang ada. Diperoleh dari: actitudecologica.com