Memahami Siklus Kerja Baterai

Baterai dapat menghasilkan arus karena adanya reaksi kimia antara bahan-bahan aktif yang terdapat pada pelat-pelat dan asam sulfur dalam larutan elektrolit. Ketika reaksi kimia ini terjadi, baterai mengalami pengosongan. Setelah hampir semua bahan aktif bereaksi, baterai akan kosong dan harus diisi kembali sebelum digunakan lagi.

Perhatikan bahwa baterai dengan tegangan yang sama dapat menghasilkan arus yang berbeda, karena jumlah arus yang dihasilkan ditentukan oleh jumlah dan ukuran pelat- pelatnya. Lebih banyak pelat berarti juga lebih banyak reaksi kimia yang bisa terjadi diantara larutan elektrolit dan pelat-pelat sehingga lebih banyak arus yang dapat dihasilkan. Jika dua baterai 12 Volt memiliki jumlah pelat-pelat yang berbeda, maka baterai dengan jumlah pelat yang lebih banyak akan menyuplai arus yang lebih besar dan juga akan memiliki kapasitas yang lebih tinggi.

Sebuah baterai baterai memiliki dua siklus operasi:

  • Pengosongan (Discharging)
  • Pengisian (Charging)

Siklus Pengosongan

Ketika sebuah rangkaian listrik di hubungkan ke terminal baterai positif dan negatif serta diberi beban maka arus akan mengalir dalam rangkaian. Timbal peroksida (PbO2) pada pelat positif bereaksi dengan larutan elektrolit asam sulfur (H2SO4), dan hasilnya adalah molekul oksigen (O2) yang dilepaskan ke dalam larutan elektrolit, membentuk air (H2O). Dalam reaksi ini, pelat negatif (Pb) bereaksi dengan elektrolit membentuk sulfur timbal (PbSO4). Gambar di atas memperlihatkan reaksi kimia yang terjadi selama siklus pengosongan.

Reaksi kimia ini akan berlanjut sampai pelat positif dan pelat negatif terlapisi dengan timbal sulfida atau lead sulphate (PbSO2) dan eletrolit secara kimia telah berubah menjadi air (H2O). Selama proses pengosongan, timbal sulfida terbentuk baik di pelat positif dan pelat negatif sehingga membuat kedua pelat menjadi sejenis. Lapisan timbal sulfida ini mengurangi perbedaan tegangan didalam sel, karena tegangan bergantung pada perbedaan potensial antara pelat positif dan negatif.

Jika baterai terus digunakan , maka akan lebih banyak timbal sulfur yang terbentuk di pelat- pelat dan lebih banyak juga air yang terbentuk didalam larutan elektrolit. Perlu diingat bahwa walaupun SO4 lepas dari larutan elektrolit tetapi ia tidak pernah keluar dari baterai. Karena itu, jangan pernah menambahkan asam sulfat (H2SO4) ke dalam baterai. Kelebihan SO4 hanya akan menyebabkan terjadinya proses self-discharging baterai dengan kecepatan yang lebih tinggi dari normal. Air adalah satu-satunya zat dalam baterai yang harus diganti.

Hampir tidak mungkin mengubah larutan elektrolit baterai menjadi bentuk air murni yang menghasilkan pembacaan specific gravity 1.00. Dengan kata lain, baterai jarang menjadi kosong sampai ke titik yang netral secara listrik. Biasanya yang disebut sebagai baterai mati adalah baterai yang memiliki elektrolit dengan specific gravity 1.140 sampai 1.160.

Siklus Pengisian Baterai

Reaksi kimia yang berlangsung dalam sel baterai selama siklus pengisian sesungguhnya adalah kebalikan dari yang terjadi selama siklus pengosongan. Sulfur secara radikal meninggalkan pelat-pelat dan kembali ke elektrolit, memperbanyak jumlah asam sulfur. Oksigen dari air pada larutan elektrolit yang telah mengalami pengosongan bergabung kembali dengan timbal pada pelat positif dan membentuk timbal peroksida.

Rangkaian Pengisian

Pada Charging System, baterai bekerja bersama dengan alternator. Baterai memberikan arus ke rangkaian dan menjadi kosong. Alternator memberikan arus ke baterai untuk mengisinya kembali. Ketika engine dimatikan, hanya baterai yang memberikan arus ke rangkaian aksesori. Pada kecepatan rendah, baik baterai maupun alternator memberikan arus ke rangkaian aksesori. Pada kecepatan yang lebih tinggi, alternator dapat mengambil alih dan menyuplai cukup arus untuk mengoperasikan aksesoris dan juga untuk mengisi baterai. Regulator tegangan membatasi tegangan dari alternator pada nilai yang aman sehingga tidak mengisi baterai secara berlebihan pada saat engine berputar pada kecepatan tinggi.

Elektrolisis

Ketika arus listrik mengalir dalam air, molekul air terpisah menjadi atom hidrogen dan oksigen. Kedua gas tersebut naik ke permukaan dan bercampur dengan udara. Karena itu permukaan air menurun. Proses ini dinamakan elektrolisis dan terjadi ketika baterai diisi

Sulphation

Ketika baterai mengalami pengosongan, baik pelat positif maupun pelat negatif terlapisi oleh timbal sulfida atau lead sulphate (PbSO4). Selama siklus pengisian, lapisan sulfat ini diubah seperti yang telah dijelaskan sebelumya. Namun jika lapisan sulfat ini telah mengeras maka ia tidak bisa diubah lagi. Arus keluarannya menjadi terbatas dan kondisi ini mengarah pada kerusakan total. Sebuah baterai yang telah ter-sulfat adalah baterai yang telah rusak selama proses yang disebut sulphation. Kondisi ini biasanya tidak dapat diperbaiki dan baterai harus diganti dengan yang baru

Tegangan Terminal

Tegangan baterai tidaklah konstan. Baterai tidak menghasilkan tegangan yang konstan  setiap waktu. Faktor utama yang mempengaruhi tegangan terminal baterai adalah suhu, beban kerja dan tingkat pengisian.

Suhu

Baterai menghasilkan arus oleh reaksi kimia melalui aksi asam sulfur pada pelat positif dan pelat negatif. Pada suhu yang lebih rendah zat kimia tidak bereaksi secepat yang terjadi pada suhu normal dan karenanya baterai akan memiliki tegangan yang lebih rendah. Suhu akan mempengaruhi tegangan terminal baterai. Jika suhu menurun, baterai menjadi kurang efisien, sementara itu dibutuhkan usaha yang lebih besar untuk menghidupkan engine pada suhu rendah.

Pada suhu 27°C (80°F) baterai 100% efisien dan memberikan tenaga penuh untuk cranking. Pada suhu -30°C (-22°F) baterai hanya 30% efisien.

Deep Cycling

Sebagian besar baterai kendaraan tidak dirancang untuk deep cycling. Deep cycling terjadi pada saat baterai hampir mencapai keadaan kosong total dan kemudian diisi kembali. Pengisian kembali sebuah baterai yang telah kosong sempurna cenderung lebih sulit karena panas yang timbul oleh adanya tahanan internal. Panas Ini dapat mengakibatkan pelat menjadi bengkok. Aplikasi khusus yang menggunakan baterai yang bisa sering mengalami deep cycling (cycling karena kosong total diikuti oleh pengisian penuh), seperti pada forklift elektrik, pelat-pelat dibuat lebih tebal. Baterai kendaraan tidak dirancang untuk deep cycling yang berulang dan akan rusak lebih awal jika secara berulang-ulang mengalami deep cycling.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

%d bloggers like this: