Baterai Seng Karbon | Jenis Baterai Seng Karbon | Kelebihan dan Kekurangan

Baterai Seng Karbon

Baterai seng karbon telah populer digunakan selama 100 tahun terakhir. Secara umum ada dua jenis baterai seng karbon yang tersedia - Baterai Leclanche dan Baterai Seng Klorida. Kedua baterai ini adalah baterai primer. Baterai ini ditemukan oleh Goerge Lionel Leclanche pada tahun 1866. Ini adalah baterai pertama yang menggunakan elektrolit korosif rendah seperti klorida amonium. Sebelum itu, hanya asam mineral kuat yang digunakan sebagai elektrolit sistem baterai.
Dalam sel baterai ini, satu botol kaca digunakan sebagai wadah utama. Wadah tersebut diisi dengan larutan klorida amonium sebagai elektrolit. Batang seng amalgamasi dicelupkan ke dalam elektrolit ini sebagai elektroda negatif atau anoda. Dalam sel baterai Leclanche, sebuah pot berpori diisi dengan campuran satu banding satu dari dioksida mangan dan bubuk karbon. Batang karbon dimasukkan ke dalam campuran ini.

Pot berpori bersama dengan campuran dan batang karbon berfungsi sebagai elektroda positif atau katoda dan ini ditempatkan dalam larutan klorida amonium dalam botol. Pada tahun 1876, Leclanche sendiri memperbaiki desain prototipe baterai seng karbon. Di sini dia mencampur pengikat gula getah dengan dioksida mangan dan bubuk karbon untuk membentuk blok padat campuran dengan tekanan hidraulik. Berkat struktur padat dari campuran katoda, tidak ada lagi kebutuhan akan pot berpori dalam sel baterai Leclanche. Pada tahun 1888, Dr. Carl Gassner, lebih lanjut mengembangkan konstruksi sel Leclanche. Di sini dia menggunakan pasta gips Paris dan klorida amonium sebagai elektrolit, bukan larutan klorida amonium cair. Alih-alih memasukkan batang seng ke dalam elektrolit dalam wadah kaca, dia membuat wadah dari seng itu sendiri. Oleh karena itu, wadah ini juga berfungsi sebagai anoda baterai. Dia meminimalkan reaksi kimia lokal dalam baterainya dengan membungkus kain yang disaturasi dengan seng klorida – klorida amonium ke blok campuran katoda silinder.

Kemudian dia mengganti gips Paris dengan tepung gandum, dalam campuran elektrolit. Ini adalah desain komersial pertama dari sel baterai seng karbon kering. Ini bukan akhir perjalanan. Baterai Leclanche lebih lanjut dikembangkan untuk memenuhi permintaan pasar yang berlanjut di abad ke-20. Kemudian arang hitam asetilena digunakan sebagai pengumpul arus katoda. Ini lebih konduktif daripada grafit. Pengembangan juga dilakukan dalam desain pemisah dan sistem segel ventilasi.

Setelah tahun 1960, lebih banyak upaya dialihkan untuk pengembangan sel baterai seng klorida. Ini juga versi populer dari baterai seng karbon. Di sini, seng klorida digunakan sebagai elektrolit alih-alih klorida amonium. Ini dikembangkan untuk memberikan kinerja yang lebih baik dalam aplikasi drainase berat. Dengan kata lain, baterai seng klorida adalah substitusi yang ditingkatkan dari baterai Leclanche dalam aplikasi drainase berat.

Reaksi Kimia dalam Baterai Seng Karbon

Dalam sel baterai Leclanche, seng digunakan sebagai anoda, dioksida mangan digunakan sebagai katoda, dan klorida amonium digunakan sebagai elektrolit utama tetapi ada beberapa persen klorida seng dalam elektrolit. Dalam sel baterai seng klorida, seng digunakan sebagai anoda, dioksida mangan digunakan sebagai katoda, dan klorida seng digunakan sebagai elektrolit.
Dalam kedua baterai seng karbon, selama pembuangan, anoda seng terlibat dalam reaksi oksidasi dan setiap atom seng yang terlibat dalam reaksi ini melepaskan dua elektron.

Elektron-elektron ini datang ke katoda melalui rangkaian beban eksternal.
Dalam sel baterai Leclanche, klorida amonium (NH4Cl) ada dalam campuran elektrolit sebagai NH4+ dan Cl –. Di katoda MnO2 akan direduksi menjadi Mn2O3 dalam reaksi dengan ion amonium (NH4+). Selain Mn2O3 reaksi ini juga menghasilkan amonia (NH3) dan air (H20).

Tetapi selama proses kimia ini, beberapa ion amonium (NH4+ ) langsung direduksi oleh elektron dan membentuk amonia gas (NH3) dan hidrogen(H2).

Dalam baterai seng karbon, gas amonia ini lebih lanjut bereaksi dengan klorida seng (ZnCl2) untuk membentuk klorida seng amonium padat dan gas hidrogen bereaksi dengan dioksida mangan untuk membentuk trioksida di-mangan padat dan air. Dua reaksi ini mencegah pembentukan tekanan gas selama pembuangan baterai.

Reaksi keseluruhan adalah,

Baterai seng klorida adalah versi yang ditingkatkan dari baterai seng karbon. Baterai-baterai ini umumnya diberi label sebagai baterai tugas berat. Sel seng klorida hanya mengandung pasta klorida seng (ZnCl2) sebagai elektrolit. Baterai ini menyediakan arus yang lebih besar, lebih voltase dan lebih lama dibandingkan baterai seng karbon tujuan umum. Reaksi katoda adalah,

Reaksi keseluruhan adalah,

Peringkat Voltase Baterai Seng Karbon

Peringkat voltase standar baterai seng karbon ditentukan oleh jenis bahan anoda dan katoda yang digunakan dalam sel baterai. Dalam sel baterai seng karbon, seng adalah bahan anoda dan dioksida mangan adalah bahan katoda. Potensial elektroda seng adalah – 0.7 volt sedangkan potensial elektroda dioksida mangan adalah 1.28.
Oleh karena itu, voltase teoretis setiap sel seharusnya adalah – (- 0.76) + 1.23 = 1.99 V tetapi mempertimbangkan banyak kondisi praktis, output voltase aktual baterai seng karbon standar tidak lebih dari 1.5 V.

Kepadatan Energi Sel Baterai Seng Karbon

Berat mol bahan katoda, dioksida mangan adalah 87 g/mol. Di sini dalam reaksi baterai, ditemukan bahwa dua elektron mengurangi dua molekul dioksida mangan. Oleh karena itu, menurut konstanta Faraday 28.6 Ah dapat disampaikan oleh reduksi lengkap satu mol atau 87 g dioksida mangan. Jadi, 87/26.8 = 3.24 g dioksida mangan diperlukan untuk menyampaikan 1 Ah listrik.
Berat mol anoda, bahan seng adalah 65 g/mol. Di sini dalam reaksi baterai, ditemukan bahwa dua elektron mengoksidasi satu atom seng. Oleh karena itu, menurut konstanta Faraday 28.6 Ah dapat disampaikan oleh oksidasi lengkap satu mol atau 65/2 g atau 32.5 g seng. Jadi, 32.5/26.8 = 1.21 g seng diperlukan untuk menyampaikan 1 Ah listrik.
Kepadatan energi total baterai seng karbon adalah 3.24 g/Ah + 1.21 g/Ah = 4.45 g/Ah =1 / 4.45 Ah/g = 0.224 Ah/g atau 224 Ah/Kg. Ini adalah perhitungan teoretis absolut, tetapi dalam praktek banyak bahan lain seperti, elektrolit, arang hitam, air harus dimasukkan ke dalam baterai, berat yang tidak dapat diabaikan. Selain itu, banyak kondisi praktis lainnya harus dipertimbangkan dalam baterai. Memperhitungkan semuanya, sel baterai Leclanche’ tugas ringan memiliki kepadatan energi 75 Ah/Kg dan sama untuk baterai tugas berat dan pembuangan intermiten, sekitar 35 Ah/Kg.

Jenis Baterai Seng Karbon

Seperti yang kami katakan sebelumnya, ada dua jenis baterai seng karbon.

1. Baterai Leclanche’

2. Baterai seng klorida.

Lagi pula, baterai Leclanche’ ada dua jenis utama, sel tujuan umum dan sel tugas berat.
Dalam baterai Leclanche’ tujuan umum biaya rendah, seng murni digunakan sebagai anoda, klorida amonium digunakan sebagai elektrolit utama bersama dengan persentase klorida seng. Di sini bijih dioksida mangan alami digunakan sebagai bahan katoda. Baterai-baterai ini umumnya digunakan di mana biaya lebih merupakan faktor vital daripada kinerjanya.
Aplikasi baterai Leclanche’ tugas berat didominasi oleh baterai seng klorida, tetapi masih ada beberapa produsen yang terus memproduksi baterai Leclanche’ tugas berat dengan menambahkan dioksida mangan elektrolitik atau kimia bersama dengan bijih dioksida mangan sebagai katoda.
Dalam baterai seng klorida tujuan umum, seng murni digunakan sebagai an