Mengapa Baterai Menjadi Datar?

Anda mungkin pernah mengalami baterai habis, yang merupakan gangguan jika Anda mencoba menggunakannya di perangkat elektronik. Kimia sel baterai dapat memberi tahu Anda sifat-sifat cara kerjanya termasuk bagaimana baterai menjadi datar.

•••Syed Hussain Ather

Ketika reaksi elektrokimia baterai menghabiskan bahan, baterai menjadi kempes. Ini biasanya terjadi setelah penggunaan baterai yang lama.

Baterai umumnya menggunakan sel primer, sejenissel galvanikyang menggunakan dua logam berbeda dalam elektrolit cair untuk memungkinkan transfer muatan di antara mereka. Muatan positif mengalir darikatoda, dibangun dengan kation atau ion bermuatan positif seperti tembaga, keanoda, dengan anion atau ion bermuatan negatif seperti seng.

• Baterai menjadi kempes karena bahan kimia elektrolit mengering di dalam baterai. Dalam kasus baterai alkaline, ini adalah saat semua mangan dioksida telah diubah. Pada tahap ini baterai sudah habis.

Untuk mengingat hubungan ini, Anda dapat mengingat kata "MINYAK". Ini memberitahu Anda bahwa

Sel primer juga dapat bekerja dengan setengah sel individu dari logam yang berbeda dalam larutan ionik yang dihubungkan oleh jembatan garam atau membran berpori. Sel-sel ini menyediakan baterai dengan segudang kegunaan.

​Baterai alkaline, yang secara khusus menggunakan reaksi antara anoda seng dan katoda magnesium, digunakan untuk senter, perangkat elektronik portabel, dan kendali jarak jauh. Contoh lain dari elemen baterai populer termasuk lithium, merkuri, silikon, oksida perak, asam kromat dan karbon.

Desain teknik dapat memanfaatkan baterai yang habis untuk menghemat dan menggunakan kembali energi. Baterai rumah tangga murah umumnya menggunakan sel karbon-seng yang dirancang sedemikian rupa sehingga, jika seng mengalami:korosi galvanik, sebuah proses di mana logam terkorosi secara istimewa, baterai dapat menghasilkan listrik sebagai bagian dari sirkuit elektron tertutup.

Pada suhu berapa baterai meledak? Kimia sel baterai lithium-ion berarti baterai ini memulai reaksi kimia yang menghasilkan ledakan pada sekitar 1.000 °C. Bahan tembaga di dalamnya meleleh yang menyebabkan inti internal pecah.

Pada tahun 1836 ahli kimia Inggris John Frederic Daniell membangunSel Danielldi mana ia menggunakan dua elektrolit, bukan hanya satu, untuk membiarkan hidrogen yang dihasilkan oleh satu untuk dikonsumsi oleh yang lain. Dia menggunakan seng sulfat sebagai pengganti asam sulfat, praktik umum baterai saat itu.

Sebelum itu, para ilmuwan menggunakan sel volta, sejenis sel kimia yang menggunakan reaksi spontan, yang kehilangan daya dengan kecepatan tinggi. Daniell menggunakan penghalang antara pelat tembaga dan seng untuk mencegah kelebihan hidrogen menggelegak dan menghentikan baterai agar tidak cepat aus. Karyanya akan menghasilkan inovasi dalam telegrafi dan elektrometalurgi, metode menggunakan energi listrik untuk menghasilkan logam.

​Sel sekunder, di sisi lain, dapat diisi ulang. Baterai isi ulang, juga disebut baterai penyimpanan, sel sekunder atau akumulator, menyimpan muatan dari waktu ke waktu karena katoda dan anoda terhubung dalam rangkaian satu sama lain.

Saat pengisian, logam aktif positif seperti nikel oksida hidroksida menjadi teroksidasi, menciptakan elektron dan kehilangan mereka, sedangkan bahan negatif seperti kadmium berkurang, menangkap elektron dan mendapatkan mereka. Baterai menggunakan siklus pengisian-pengosongan menggunakan berbagai sumber termasuk listrik arus bolak-balik sebagai sumber tegangan eksternal.

Baterai isi ulang masih bisa habis setelah digunakan berulang kali karena bahan yang terlibat dalam reaksi kehilangan kemampuannya untuk mengisi dan mengisi ulang. Karena sistem baterai ini aus, ada berbagai cara baterai menjadi kempes.

Karena baterai digunakan secara rutin, beberapa di antaranya seperti baterai timbal-asam mungkin kehilangan kemampuan untuk diisi ulang. Litium baterai litium-ion dapat menjadi logam litium reaktif yang tidak dapat masuk kembali ke siklus pengisian-pengosongan. Baterai dengan elektrolit cair dapat berkurang kelembapannya karena penguapan atau pengisian daya yang berlebihan.

Baterai ini umumnya digunakan pada starter mobil, kursi roda, sepeda listrik, perkakas listrik, dan pembangkit listrik penyimpanan baterai. Para ilmuwan dan insinyur telah mempelajari penggunaannya dalam baterai pembakaran internal hibrida dan kendaraan listrik agar lebih efektif dalam penggunaan daya dan bertahan lebih lama.

Baterai timbal-asam yang dapat diisi ulang memecah molekul air (H₂HAI) ke dalam larutan hidrogen berair (H⁺) dan ion oksida (HAI^2-) yang menghasilkan energi listrik dari ikatan yang terputus saat air kehilangan muatannya. Ketika larutan hidrogen berair bereaksi dengan ion oksida ini, ikatan O-H yang kuat digunakan untuk memberi daya pada baterai.

Energi kimia ini menggerakkan reaksi redoks yang mengubah reaktan berenergi tinggi menjadi produk berenergi lebih rendah. Perbedaan antara reaktan dan produk memungkinkan reaksi terjadi dan membentuk sirkuit listrik ketika baterai dihubungkan dengan mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

Dalam sel galvanik, reaktan, seperti seng logam, memiliki energi bebas tinggi yang memungkinkan reaksi terjadi secara spontan tanpa gaya eksternal.

Logam yang digunakan di anoda dan katoda memiliki energi kohesif kisi yang dapat mendorong reaksi kimia. Energi kohesif kisi adalah energi yang diperlukan untuk memisahkan atom-atom penyusun logam satu sama lain. Seng logam, kadmium, litium, dan natrium sering digunakan karena memiliki energi ionisasi yang tinggi, energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu unsur.

Sel galvanik yang digerakkan oleh ion logam yang sama dapat menggunakan perbedaan energi bebas untuk menyebabkan energi bebas Gibbs menggerakkan reaksi. ItuEnergi bebas Gibbsadalah bentuk energi lain yang digunakan untuk menghitung jumlah kerja yang digunakan proses termodinamika.

Dalam hal ini, perubahan energi bebas Gibbs standarG^Hai menggerakkan tegangan, atau gaya gerak listrikE​​^Haidalam volt, sesuai dengan persamaan

di manav_eadalah jumlah elektron yang ditransfer selama reaksi dan F adalah konstanta Faraday (F = 96485,33 C mol⁻¹).

ItuΔ_rG^Hai menunjukkan persamaan menggunakan perubahan energi bebas Gibbs (Δ_rG^Hai =​​G_terakhir -​ ​G_awal).Entropi meningkat karena reaksi menggunakan energi bebas yang tersedia. Dalam sel Daniell, perbedaan energi kohesif kisi antara seng dan tembaga menyumbang sebagian besar perbedaan energi bebas Gibbs saat reaksi terjadi.Δ_rG^Hai= -213 kJ/mol, yang merupakan perbedaan energi bebas Gibbs produk dan reaktan.

Jika Anda memisahkan reaksi elektrokimia sel galvanik menjadi setengah reaksi oksidasi dan reduksi proses, Anda dapat menjumlahkan gaya gerak listrik yang sesuai untuk mendapatkan perbedaan tegangan total yang digunakan dalam sel.

Misalnya, sel galvanik tipikal dapat menggunakan CuSO₄ dan ZnSO₄ dengan setengah reaksi potensial standar sebagai:Cu²⁺ + 2 e⁻ Cudengan potensial gerak listrik yang sesuaiE^Hai = +0,34 VdanZn²⁺ + 2 e⁻ Zndengan potensiE^Hai = 0,76 V.​

Untuk reaksi keseluruhan,Cu²⁺ + Zn Cu + Zn²⁺ , Anda dapat "membalik" persamaan setengah reaksi untuk seng sambil membalik tanda gaya gerak listrik untuk mendapatkanZn Zn²⁺ + 2 e⁻ denganE^Hai = 0,76 VPotensial reaksi keseluruhan, jumlah gaya gerak listrik, kemudian+0,34 V​ ​(−0,76 V) = 1,10 V​.