Baterai Asam Timbal Cara Kerja, Konstruksi, dan Pengisian/Pengosongan

Hampir setiap perangkat portabel terdiri dari baterai. Baterai adalah perangkat penyimpanan di mana energi disimpan untuk menyediakan daya kapan pun dibutuhkan. 

Ada berbagai jenis baterai yang tersedia di dunia elektronik modern ini, di antaranya baterai Lead Acid yang biasa digunakan untuk catu daya tinggi. Biasanya baterai Lead Acid berukuran lebih besar dengan konstruksi yang keras dan berat, dapat menyimpan energi dalam jumlah besar dan umumnya digunakan pada mobil dan inverter.

Baterai Asam Timbal Cara Kerja, Konstruksi, dan Pengisian/Pengosongan

Bahkan permintaan baterai asam timbal meningkat dari hari ke hari, karena lebih murah dan mudah ditangani dibandingkan dengan baterai Li-ion. Sesuai beberapa riset pasar Pasar Baterai Asam Timbal India diproyeksikan tumbuh pada CAGR lebih dari 9% selama 2018-24. 

Jadi, ia memiliki permintaan pasar yang besar di Otomasi, Otomotif, dan Elektronik Konsumen. Meskipun sebagian besar kendaraan listrik dilengkapi dengan baterai Lithion-ion, namun masih banyak kendaraan roda dua listrik yang menggunakan baterai Lead Acid untuk menggerakkan kendaraan.

Konstruksi Baterai Asam Timbal

Apa itu Baterai Asam Timbal? Jika kita pecahkan yang namanya Lead Acid battery kita akan mendapatkan Lead, Acid, dan Battery. Timbal adalah unsur kimia (simbolnya Pb dan nomor atomnya 82). Ini adalah elemen yang lembut dan mudah dibentuk. 

Kita tahu apa itu Asam; dapat menyumbangkan proton atau menerima pasangan elektron ketika bereaksi. Jadi, baterai, yang terdiri dari Timbal dan asam plumbic anhidrat (kadang-kadang salah disebut sebagai timbal peroksida), disebut sebagai Baterai Asam Timbal.

Sekarang, apa konstruksi internalnya?

Baterai Lead Acid terdiri dari hal-hal berikut, kita dapat melihatnya pada gambar di bawah ini:

Baterai Asam Timbal Cara Kerja, Konstruksi, dan Pengisian/Pengosongan

Baterai Lead Acid terdiri dari Plat, Separator, dan Elektrolit, Plastik Keras dengan casing karet keras.

Dalam baterai, pelat terdiri dari dua jenis, positif dan negatif. Yang positif terdiri dari Timbal dioksida dan yang negatif terdiri dari Timbal Spons. Kedua pelat ini dipisahkan menggunakan separator yang merupakan bahan isolator. Konstruksi total ini disimpan dalam wadah plastik keras dengan elektrolit. Elektrolitnya adalah air dan asam sulfat.

Kasing plastik keras adalah satu sel. Sebuah toko sel tunggal biasanya 2.1V. Karena alasan ini, baterai asam timbal 12V terdiri dari 6 sel dan biasanya menyediakan 6 x 2.1V/Sel = 12.6V.

Sekarang, berapa kapasitas penyimpanan muatannya?

Ini sangat bergantung pada bahan aktif (kuantitas elektrolit) dan ukuran pelat. Anda mungkin pernah melihat bahwa kapasitas penyimpanan baterai lithium digambarkan dalam mAh atau peringkat miliamp-jam, tetapi dalam kasus baterai Asam Timbal, ini adalah Amp jam. Kami akan menjelaskan ini di bagian selanjutnya.

Cara Kerja Baterai Asam Timbal

Cara kerja baterai Asam Timbal yaitu Ada proses kimia besar yang terlibat dalam kondisi pengisian dan pengosongan baterai Asam Timbal. Molekul asam sulfat encer H2SO4 pecah menjadi dua bagian ketika asam larut. Ini akan menciptakan ion positif 2H+ dan ion negatif SO4-. 

Seperti yang kami katakan sebelumnya, dua elektroda dihubungkan sebagai pelat, Anoda dan Katoda. Anoda menangkap ion negatif dan katoda menarik ion positif. Ikatan ini di Anoda dan SO4- dan Katoda dengan 2H+ bertukar elektron dan yang selanjutnya bereaksi dengan H2O atau dengan air (Asam sulfat encer, Asam Sulfat + Air).

Baterai memiliki dua keadaan reaksi kimia, Pengisian dan Pengosongan.

Pengisian Baterai Asam Timbal

Seperti yang kita ketahui, untuk mengisi baterai, kita perlu memberikan tegangan yang lebih besar dari tegangan terminal. Jadi untuk mengisi baterai 12.6V, 13V dapat diterapkan.

Tapi apa yang sebenarnya terjadi ketika kita mengisi Baterai Asam Timbal?

Nah, reaksi kimia yang sama yang kami jelaskan sebelumnya. Secara khusus, ketika baterai dihubungkan dengan charger, molekul asam sulfat pecah menjadi dua ion, ion positif 2H+ dan ion negatif SO4-. Hidrogen bertukar elektron dengan katoda dan menjadi hidrogen, hidrogen ini bereaksi dengan PbSO4 di katoda dan membentuk Asam Sulfat (H2SO4) dan Timbal (Pb). 

Di sisi lain, SO4- bertukar elektron dengan anoda dan menjadi SO4 radikal. SO4 ini bereaksi dengan PbSO4 dari anoda dan menghasilkan timbal peroksida PbO2 dan asam sulfat (H2SO4). Energi disimpan dengan meningkatkan gravitasi asam sulfat dan meningkatkan tegangan potensial sel.

Seperti dijelaskan di atas, reaksi kimia berikut terjadi di Anoda dan Katoda selama proses pengisian.

Di katoda

PbSO4 + 2e- => Pb + SO42-

Di anoda

PbSO4 + 2H2O => PbO2 + SO42- + 4H- + 2e-

Menggabungkan dua persamaan di atas, reaksi kimia keseluruhan akan menjadi

2PbSO4 + 2H2O => PbO2 + Pb + 2H2SO4

Baterai Asam Timbal Cara Kerja, Konstruksi, dan Pengisian/Pengosongan

Ada berbagai metode yang dapat diterapkan untuk mengisi baterai timbal-asam. Setiap metode dapat digunakan untuk baterai timbal-asam tertentu untuk aplikasi tertentu. Beberapa aplikasi menggunakan metode pengisian tegangan konstan, beberapa aplikasi menggunakan metode arus konstan, sedangkan pengisian gelitik juga berguna dalam beberapa kasus. Biasanya produsen baterai menyediakan metode yang tepat untuk mengisi baterai timbal-asam tertentu. Pengisian arus konstan biasanya tidak digunakan dalam pengisian Baterai Asam Timbal.

Metode pengisian yang paling umum digunakan dalam baterai asam timbal adalah metode pengisian tegangan konstan yang merupakan proses yang efektif dalam hal waktu pengisian. Dalam siklus pengisian penuh, tegangan pengisian tetap konstan dan arus secara bertahap menurun dengan meningkatnya tingkat pengisian baterai.

Pengosongan Baterai Asam Timbal

Pengosongan baterai asam timbal sekali lagi terlibat dengan reaksi kimia. Asam sulfat dalam bentuk encer dengan rasio 3:1 biasanya dengan air dan asam sulfat. Ketika beban dihubungkan melintasi pelat, asam sulfat kembali pecah menjadi ion positif 2H+ dan ion negatif SO4. Ion hidrogen bereaksi dengan PbO2 dan membuat PbO dan air H2O. PbO mulai bereaksi dengan H2SO4 dan menghasilkan PbSO4 dan H2O.

Di sisi lain ion SO4- bertukar elektron dari Pb, menciptakan SO4 radikal yang selanjutnya menciptakan PbSO4 bereaksi dengan Pb.

Seperti dijelaskan di atas, reaksi kimia berikut terjadi di Anoda dan Katoda selama proses pemakaian. Reaksi ini adalah kebalikan dari reaksi pengisian:

Di katoda

Pb + SO42- => PbSO4 + 2e-

Di anoda:

PbO2 + SO42- + 4H- + 2e- => PbSO4 + 2H2O

Menggabungkan dua persamaan di atas, reaksi kimia keseluruhan akan menjadi

PbO2 + Pb + 2H2SO4 => 2PbSO4 + 2H2O

Baterai Asam Timbal Cara Kerja, Konstruksi, dan Pengisian/Pengosongan

Karena pertukaran elektron melintasi anoda dan katoda, keseimbangan elektron melintasi pelat terpengaruh. Elektron kemudian mengalir melalui beban dan baterai akan habis.

Selama pembuangan ini, gravitasi asam sulfat encer berkurang. Juga, pada saat yang sama, perbedaan potensial sel berkurang.

Faktor Risiko dan Peringkat Listrik

Baterai Asam Timbal berbahaya jika tidak dirawat dengan aman. Karena baterai menghasilkan gas Hidrogen selama proses kimia, sangat berbahaya jika tidak digunakan di area yang berventilasi. Selain itu, pengisian daya yang tidak akurat sangat merusak baterai.

Apa peringkat standar baterai Asam Timbal?

Setiap baterai timbal-asam dilengkapi dengan lembar data untuk arus pengisian standar dan arus pengosongan. Biasanya baterai timbal-asam 12V yang berlaku untuk aplikasi otomotif dapat berkisar dari 100Ah hingga 350Ah. Peringkat ini didefinisikan sebagai peringkat debit dengan periode waktu 8 jam.

Misalnya, baterai 160Ah dapat menyediakan arus suplai 20A ke beban selama 8 jam rentang. Kita dapat menarik lebih banyak arus tetapi tidak disarankan untuk melakukannya. Dengan menarik arus lebih dari arus pelepasan maksimum dalam waktu 8 jam akan merusak efisiensi baterai dan resistansi internal baterai juga dapat diubah, yang selanjutnya meningkatkan suhu baterai.

Di sisi lain, selama fase pengisian, kita harus berhati-hati dengan polaritas pengisi daya, itu harus terhubung dengan benar dengan polaritas baterai. Polaritas terbalik berbahaya untuk pengisian baterai timbal-asam. 

Pengisi daya siap pakai dilengkapi dengan voltase pengisian dan pengukur arus pengisian dengan opsi kontrol. Kita harus memberikan tegangan yang lebih besar dari tegangan baterai untuk mengisi baterai. Arus pengisian maksimum harus sama dengan arus suplai maksimum pada tingkat pemakaian 8 jam. Jika kita ambil contoh 12V 160Ah yang sama, maka arus suplai maksimum adalah 20A, sehingga arus pengisian aman maksimum adalah 20A.

Kita tidak boleh menambah atau memberikan arus pengisian yang besar karena ini akan menghasilkan panas dan peningkatan produksi gas.

Aturan perawatan baterai timbal-asam

  1. Penyiraman adalah fitur perawatan yang sering diabaikan dari baterai timbal-asam yang tergenang. Karena pengisian yang berlebihan mengurangi air, kita perlu sering memeriksanya. Lebih sedikit air menciptakan oksidasi pada pelat dan mengurangi masa pakai baterai. Tambahkan air suling atau air terionisasi bila diperlukan.
  2. Periksa ventilasi, Ini Perlu disempurnakan dengan tutup karet, seringkali tutup karet menempel dengan lubang terlalu kencang.
  3. Isi ulang baterai timbal-asam setelah digunakan. Waktu yang lama tanpa pengisian ulang memberikan sulfat pada pelat.
  4. Jangan membekukan baterai atau mengisi daya lebih dari 49 derajat celcius. Dalam lingkungan yang dingin, baterai harus terisi penuh karena baterai yang terisi penuh lebih aman daripada baterai kosong dalam hal pembekuan.
  5. Jangan mengosongkan baterai dalam-dalam kurang dari 1.7V per sel.
  6. Untuk menyimpan baterai asam timbal, baterai harus terisi penuh kemudian elektrolit perlu dikuras. Kemudian baterai akan menjadi kering dan dapat disimpan untuk jangka waktu yang lama.

0 Response to "Baterai Asam Timbal Cara Kerja, Konstruksi, dan Pengisian/Pengosongan"

Post a Comment

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel