Prinsipyong Paggana ng Baterya: Paano Gumagana ang Baterya?

Prinsip Kerja Baterai

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

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

Ditemukan bahwa, ketika beberapa senyawa khusus 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, dll. Energi yang dilepaskan selama penerimaan elektron oleh atom netral dikenal sebagai affinitas elektron. Karena struktur atom untuk bahan yang berbeda berbeda, affinitas elektron dari bahan yang berbeda akan berbeda.

Jika dua jenis logam yang berbeda dicelupkan ke dalam larutan elektrolit yang sama, salah satunya akan menerima elektron dan yang lainnya akan melepaskan elektron. Logam (atau senyawa logam) mana yang akan menerima elektron dan mana yang akan kehilangan elektron, tergantung pada affinitas elektron dari logam tersebut. Logam dengan affinitas elektron rendah akan menerima 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 menerima elektron dan yang lainnya kehilangan elektron. Akibatnya, akan ada perbedaan konsentrasi elektron antara kedua logam tersebut.

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

Semua sel baterai didasarkan hanya pada prinsip dasar ini. Mari kita bahas satu per satu. Seperti yang telah kita sebutkan 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 terlarut 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 telah selesai. Arus akan mulai mengalir melalui beban eksternal.

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

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 dengan muatan negatif dan karenanya berfungsi sebagai katoda. Akibatnya, konsentrasi ion Zn + + dekat katoda di elektrolit meningkat.

Berdasarkan sifat elektrolit, asam sulfat yang terlarut 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 didiskripsikan dengan menyerap elektron dari atom batang tembaga. Reaksi berikut terjadi di anoda:

Sebagai hasil dari reaksi reduksi yang terjadi di elektroda tembaga, batang tembaga menjadi bermuatan positif dan karenanya berfungsi sebagai anoda.

Sel Daniell

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

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

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

Tembaga yang terbentuk menumpuk di wadah tembaga.

Sejarah Baterai

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 tersebut, ada beberapa guci tanah liat yang tertutup di bagian atas dengan aspal. Batang besi, yang dikelilingi oleh tabung silindris yang terbuat dari lembaran tembaga yang dililit, diproyeksikan keluar dari penutup atas yang tertutup.

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

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

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