Baterai Lithium
BateraiLithium
Dewasa ini, hampir semua peralatan elektronik portabel seperti telpon genggam, kamera, dan pemutar musik menggunakan baterai lithium. Dibandingkan dengan dengan baterai-baterai sebelumnya, baterai lithium lebih ringan dan kapasitas penyimpanan listriknya yang lebih tinggi. Baterai lithium merupakan baterai yang menggunakan logam lithium atau paduan lithium sebagai elektroda negatif (anoda) dan material lain seperti mangan dioksida (MnO2), tionil klorida (SOCl2), sulfur dioksida (SO2), ( SO2), Li-I2, Li-Ag2CrO4, Li(CFx)n dsb sebagai elektroda positif. Lithium merupakan logam yang paling ringan, rasio elektron/massa paling besar dan potensial elektroda paling negatif sehingga baterai lithium mempunyai mempunyai densitas energi yang tinggi dan tegangan yang tinggi. Selain itu it u proses dischargenya berlangsung berlangsung stabil, suhu operasi yang luas, dan kinerja yang baik pada temperatur r endah serta waktu hidup yang panjang menjadikan baterai Lithium menjadi populer belakangan ini. Baterai Polimer Ion Lithium
Kelemahan dari baterai lithium adalah sifatnya yang reaktif terhadap air atau uap air. Akibatnya perakitan baterai harus benar-benar bebas air. Elektrolit yang digunakan biasanya adalah garam lithium yang dilarutkan dalam larutan organik polar. Kelemahan ini diatasi dengan munculnya konsep baterai ion lithium dimana sebagai elektroda positif (katoda) tidak digunakan logam lithium akan tetapi menggunakan oksida logam lithium seperti LixCoO2, LiNiO2, dan LiMnO4. Sebagai elektroda negatif (anoda) digunakan material karbon (LixC6). Polimer ion lithium pada prinsipnya sama dengan baterai ion lithium. Perbedaannya Perbedaannya adalah penggunaan polimer padat sebagai elektrolit, sedangkan pada baterai ion lithium menggunakan menggunakan liquid atau gel elektrolit. Penggunaan elektrolit polimer mempunyai kelebihan dalam hal kemudahan dalam proses pabrikasi, fleksibel, ringan, elastik dan transparan. tr ansparan.
Elektrolit Polimer
Elektrolit padat baterai tersusun atas polimer sebagai matrik, garam lithium sebagai pembawa muatan dan sering kali ditambah plastisizer untuk meningkatkan konduktivitas ionik dari polimer. Pada awalnya garam lithium yang digunakan adalah LiClO4, LiBF4, LiPF6 dan LiAsF6 karena mempunyai energi kisi rendah dan anion yang mudah terkoordinasi. Akan tetapi karena kurang stabil, penggunaan garam lithium dengan anion bulky seperti li thium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [LiN(CF3SO2)2, LiTFSI], lithium tris(trifuorosulfonyl)methide [LiC(CF3SO2)3, LiTSFM] dan lithium (bis(perfluoroethylsulfonyl) imide [LiN(SO2CF2CF3)2, LiBETI] yang dapat membantu solvasi ion dan mencegah bersatunya pasangan ion menjadi lebih disukai. Selain itu sering juga digunakan garam lithium dengan anion turunan borat karena anionnya dapat mendelokalisasikan muatan. Garam lithium perfluoroalkylphosphate Li[(C2F5)3PF3] pada etylene carbonate:dimethyl carbonate (50:50 wt %) dapat meningkatkan stabilitas anodik dan efisiensi discharge yang lebih tinggi. Kenaikan kinerja elektrokimia pada elektrolit disebabkan karena perisai sterik dari fosfor dan delokalisasi muatan negatif melalui sifat hidrofobik dan penarikan elektron dari gugus perfluorinated alkyl. Pendekatan lain untuk meningkatkan dissosiasi garam l ithium adalah menggunakan agen pengkomplek anion. Contohnya pada aza-ether tersubtitusi dimana atom hidrogen pada nitrogen digantikan oleh gugus penarik elektron seperti CF3SO3 sehingga nitrogen menjadi kekurangan elektron. Contoh lain pada sisi boron pada senyawa borat atau boran yang kekurangan elektron karena adanya gugus aril atau alkil yang terflourinasi. Pada elektrolit polimer, ion bergerak pada inter dan intrapolimer diantara sisi koordinasi yang ditunjang dengan fleksibilitas rantai utama dan rantai samping polimernya. Elektrolit polimer mempunyai atom atau gugus atom yang mempunyai kekuatan donor elektron untuk membentuk ikatan koordinasi dengan kation dengan kemudahan dalam rotasi ikatan dan jarak antara sisi koordinasi yang sesuai untuk menghilangkan pengaruh interaksi ion.
Baterai Nikel
1.
Baterai Nikel Kadmium
Baterai nikel kadmium ditemukan tahun 1899, namun baru diproduksi secara masal pada tahun 1960an. Baterai jenis ini memiliki tegangan sel sebesar 1,2 Volt dengan kerapatan energi dua kali lipat dari baterai asam timbal. Sebagai katoda, baterai ini menggunakan nikel hidroksida Ni(OH)2 dan kadmium (Cd) sebagai anodanya yang dipisahkan oleh alkalin potasium hidroksida sebagai elektrolitnya. Baterai nikel kadmium memiliki nilai hambatan intenal yang kecil dan memungkinkan untuk di charge dan discharge dengan rate yang tinggi. Umumnya baterai jenis ini memiliki waktu siklus hingga lebih dari 500 siklus. Salah satu kekurangan baterai jenis nikel kadmium adalah adanya efek ingatan (memory effect) yang berarti bahwa baterai dapat mengingat jumlah energi yang dilepaskan pada saat discharge sebelumnya. Efek ingatan disebabkan oleh perubahan yang terjadi pada struktur kristal elektrode ketika baterai nikel kadmium diisi muatan listrik kembali sebelum seluruh energi listrik yang terdapat pada baterai nikel kadmiun dikeluarkan/digunakan. Selain itu, baterai nikel kadmium juga sangat sensitif terhadap kelebihan pengisian, sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan listrik pada baterai. Baterai Nikel Cadmium merupakan baterai yang dapat diisi ulang kembali. Baterai ini biasa digunakan pada perangkat elektronik portable, lampu darurat, dll. B a t e r a i i n i m e n g g u n a k a n C d s e b a g a i a n o d a d a n p a s t a N i O ( O H ) s eb ag ai katodanya. Sedangkan elektrolitnya adalahKOH. Reaksi yang terjadi : Reaksi Anoda : Cd(s) + 2OH (aq) Cd(OH)2(s) + 2e Reaksi Katoda : 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e 2Ni(OH)2(s) + 2OH (aq) Reaksi Sel : Cd(s) + 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)2(s) Potensial sel yang dihasilkan sebesar 1,4 volt. Kelebihan dari baterai ini adalah tempat yang digunakan sama dengan tempat yang digunakan pada baterai biasa sehingga tidak perlu memodifikasi casing-nya. Selain itu jika dibandingkan dengan baterai biasa, baterai nikel cadmium atau yang lebih dikenal sebagai Baterai NiCad ini, mempunyai daya tahan sedikit di atas baterai biasa (dengan catatan kondisi baterai NiCad ini masih baik). Kekurangan baterai NiCad adalah biaya pembuatannya mahal, kapasitas berkurang jika tidak baterai dikosongkan (memory effect), dan tidak ramah lingkungan (beracun). Solusi : Baterai nikel kadmium sangat sensitif terhadap kelebihan pengisian, →
→
→
sehingga perlu perhatian khusus pada saat pengisian muatan listrik pada baterai. Pada saat pengisian telah selesai maka suhu akan naik dengan cepat (panas meningkat dengan cepat) sehingga charger perlu dimatikan. Karena jika tidak dimatikan akan dapat menyebabkan suhu baterai akan naik terus dan pada akhirnya akan meledak.
Dan logam Cd itu beracun, oleh karena itu penggunaan Cd diganti dengan logam hidrida, misalnya litium hidrida (LiH)
2.
Baterai Nikel Metal Hidrida
Baterai nikel metal hidrida sebenarnya memiliki karakteristik yang sama dengan baterai nikel kadmium. Perbedaannya terletak pada penggunaan material untuk anodanya. Bila pada baterai nikel kadmium, kadmium digunakan sebagai anoda, maka pada baterai jenis ini metal hidrida yang digunakan. Metal hidrida terbuat dari campuran lanthanium yang dapat menyerap dan menghasilkan hidrogen. Baterai jenis ini memiliki kerapatan energi dua kali lebih besar dibandingkan dengan baterai jenis asam timbal dan 40 % lebih tinggi dibandingkan dengan baterai nikel kadmium. Keuntungan penggunaan baterai jenis nikel metal hidrida diantaranya adalah rendahnya impedansi internal, memiliki siklus hidup sebesar 500 siklus, dan memiliki kedalaman pelepasan energi listrik yang tinggi. Selain itu baterai ini juga cenderung lebih ramah lingkungan karena tidak mengandung kadmium, raksa maupun timbal. Adapun kekurangan baterai nikel metal hidrida yang paling menonjol yaitu tingginya kecepatan pelepasan muatan sendiri (self-discharge), adanya efek ingatan dan memiliki efisiensi energi yang cukup rendah (65 %).
