Prinsipyo sa Pagtrabaho sa Bateria: Pwersona ang Bateria?

Prinsip Kerja Bateri

Bateri bekerja berdasarkan reaksi oksidasi dan reduksi elektrolit dengan logam. Ketika dua bahan logam yang berbeda, disebut elektroda, ditempatkan dalam elektrolit yang encer, reaksi oksidasi dan reduksi terjadi pada elektroda masing-masing tergantung pada affinitas elektron dari logam elektroda. Sebagai hasil dari reaksi oksidasi, satu elektroda menjadi bermuatan negatif disebut katoda dan karena reaksi reduksi, elektroda lainnya menjadi bermuatan positif disebut anoda.

Katoda membentuk terminal negatif sementara anoda membentuk terminal positif bateri. Untuk memahami prinsip dasar bateri dengan benar, pertama-tama, kita harus memiliki beberapa konsep dasar tentang elektrolit dan affinitas elektron. Sebenarnya, ketika dua logam yang berbeda dicelupkan ke dalam elektrolit, akan ada perbedaan potensial yang dihasilkan antara logam-logam tersebut.

Ditemukan bahwa, ketika beberapa senyawa tertentu ditambahkan ke air, mereka larut dan menghasilkan ion negatif dan positif. Jenis senyawa ini disebut elektrolit. Contoh populer dari elektrolit adalah hampir semua jenis garam, asam, dan basa. Energi yang dilepaskan selama atom netral menerima elektron dikenal sebagai affinitas elektron. Karena struktur atom untuk bahan yang berbeda berbeda, maka affinitas elektron dari bahan yang berbeda juga akan berbeda.

Jika dua jenis logam yang berbeda dicelupkan ke dalam larutan elektrolit yang sama, salah satunya akan mendapatkan elektron dan yang lainnya akan melepaskan elektron. Logam (atau senyawa logam) mana yang akan mendapatkan elektron dan mana yang akan kehilangan elektron, tergantung pada affinitas elektron dari logam tersebut. Logam dengan affinitas elektron rendah akan mendapatkan elektron dari ion negatif larutan elektrolit.

Di sisi lain, logam dengan affinitas elektron tinggi akan melepaskan elektron dan elektron-elektron ini keluar ke larutan elektrolit dan ditambahkan ke ion positif larutan. Dengan cara ini, salah satu logam mendapatkan elektron dan logam lainnya kehilangan elektron. Akibatnya, akan ada perbedaan konsentrasi elektron antara kedua logam tersebut.

Perbedaan konsentrasi elektron ini menyebabkan perbedaan potensial listrik yang terbentuk antara logam. Perbedaan potensial listrik atau emf ini dapat digunakan sebagai sumber tegangan dalam elektronik atau rangkaian listrik. Ini adalah prinsip umum dan dasar bateri dan inilah cara kerja bateri.

Semua sel baterai didasarkan hanya pada prinsip dasar ini. Mari kita bahas satu per satu. Seperti yang telah kita katakan sebelumnya, Alessandro Volta mengembangkan sel baterai pertama, dan sel ini dikenal secara populer sebagai sel voltaik sederhana. Jenis sel sederhana ini dapat dibuat dengan sangat mudah. Ambil satu wadah dan isi dengan asam sulfat yang encer sebagai elektrolit. Sekarang kita celupkan satu batang seng dan satu batang tembaga ke dalam larutan dan kita hubungkan keduanya secara eksternal dengan beban listrik. Sekarang sel voltaik sederhana Anda selesai. Arus akan mulai mengalir melalui beban eksternal.

Seng dalam asam sulfat yang encer melepaskan elektron seperti di bawah:

Ion-ion Zn + + ini masuk ke elektrolit, dan setiap ion Zn + + meninggalkan dua elektron di batang. Sebagai hasil dari reaksi oksidasi di atas, elektroda seng ditinggalkan bermuatan negatif dan oleh karena itu bertindak sebagai katoda. Akibatnya, konsentrasi ion Zn + + dekat katoda di elektrolit meningkat.

Menurut sifat elektrolit, asam sulfat yang encer dan air telah terpisah menjadi ion hidronium positif dan ion sulfat negatif seperti di bawah:

Karena konsentrasi tinggi ion Zn+ + dekat katoda, ion H3O+ dipaksa menuju elektroda tembaga dan didiskargakan dengan menyerap elektron dari atom-atom batang tembaga. Reaksi berikut terjadi di anoda:

Sebagai hasil dari reaksi reduksi yang terjadi di elektroda tembaga, batang tembaga menjadi bermuatan positif dan oleh karena itu bertindak sebagai anoda.

Sel Daniell

Sel Daniell terdiri dari wadah tembaga yang berisi larutan sulfat tembaga. Wadah tembaga sendiri berfungsi sebagai elektroda positif. Pot berpori yang berisi asam sulfat yang encer ditempatkan di dalam wadah tembaga. Batang seng yang diamalgamasi, dicelupkan ke dalam asam sulfat, berfungsi sebagai elektroda negatif.

Asam sulfat yang encer di dalam pot berpori bereaksi dengan seng dan sebagai hasilnya gas hidrogen dihasilkan. Reaksi terjadi seperti di bawah:

Pembentukan ZnSO4 di dalam pot berpori tidak mempengaruhi kerja sel sampai kristal ZnSO4 terendapkan. Gas hidrogen melewati pot berpori dan bereaksi dengan larutan CuSO4 seperti di bawah:

Tembaga yang terbentuk mengendap di wadah tembaga.

Sejarah Bateri

Pada tahun 1936, di tengah musim panas, sebuah makam kuno ditemukan selama pembangunan jalur kereta api baru dekat kota Bagdad di Irak. Artefak yang ditemukan di makam tersebut berusia sekitar 2000 tahun. Di antara artefak-artefak tersebut, ada beberapa guci tanah liat yang ditutup di bagian atas dengan pitch. Batang besi, dikelilingi oleh tabung silindris yang terbuat dari lembaran tembaga yang dililit, ditempatkan keluar dari tutup yang tertutup tersebut.

Ketika penemu mengisi guci-guci tersebut dengan cairan asam, mereka menemukan perbedaan potensial sekitar 2 volt antara besi dan tembaga. Guci tanah liat ini diduga sebagai sel bateri berusia 2000 tahun. Mereka menamai guci tersebut sebagai bateri Parthian.

Pada tahun 1786, Luigi Galvani, seorang ahli anatomi dan fisiologi Italia, terkejut melihat bahwa ketika dia menyentuh kaki katak mati dengan dua logam yang berbeda, otot-otot kaki tersebut berkontraksi.

Dia tidak bisa memahami alasan sebenarnya, jika tidak, dia akan dikenal sebagai penemu pertama sel bateri. Dia berpikir bahwa reaksi tersebut mungkin disebabkan oleh sifat jaringan.