Baterai adalah suatu proses kimia listrik,
dimana pada saat
pengisian/cas/charge energi listrik diubah menjadi kimia dan saat
pengeluaran/discharge energi kimia diubah menjadi energi listrik.Baterai
(dalam hal ini adalah aki; aki mobil/motor) terdiri dari sel-sel dimana
tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki motor
yang memiliki tegangan 12 V terdiri dari 6 sel yang dipasang secara
seri (12 V = 6 x 2 V) sedangkan aki yang memiliki tegangan 6 V memiliki 3
sel yang dipasang secara seri (6 V = 3 x 2 V).
Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh dinding penyekat yang
terdapat dalam bak baterai, artinya tiap ruang pada sel tidak
berhubungan karena itu cairan elektrolit pada tiap sel juga tidak
berhubungan (dinding pemisah antar sel tidak boleh ada yang
bocor/merembes).
Di dalam satu sel terdapat susunan pelat pelat yaitu beberapa pelat
untuk kutub positif (antar pelat dipisahkan oleh kayu, ebonit atau
plastik, tergantung teknologi yang digunakan) dan beberapa pelat untuk
kutub negatif. Bahan aktif dari plat positif terbuat dari oksida timah
coklat (PbO2) sedangkan bahan aktif dari plat negatif ialah timah (Pb)
berpori (seperti bunga karang).
Pelat-pelat tersebut terendam oleh cairan elektrolit yaitu asam sulfat (H2SO4).
Saat baterai mengeluarkan arus
1. Oksigen (O) pada pelat positif terlepas karena
bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan hidrogen (H) pada cairan elektrolit
yang secara perlahan-lahan keduanya bergabung/berubah menjadi air
(H20).
2. Asam (SO4) pada cairan elektrolit bergabung dengan timah (Pb) di
pelat positif maupun pelat negatif sehigga menempel dikedua pelat
tersebut.
Reaksi ini akan berlangsung terus sampai isi (tenaga baterai) habis alias dalam keadaan discharge.
Pada saat
battery dalam keadaan discharge maka hampir semua asam
melekat pada pelat-pelat dalam sel sehingga cairan eletrolit
konsentrasinya sangat rendah dan hampir melulu hanya terdiri dari air
(H2O), akibatnya berat jenis cairan menurun menjadi sekitar 1,1 kg/dm3
dan ini mendekati berat jenis air yang 1 kg/dm3. Sedangkan baterai yang
masih berkapasitas penuh berat jenisnya sekitar 1,285 kg/dm3. Nah,
dengan perbedaan berat jenis inilah kapasitas isi
battery bisa
diketahui apakah masih penuh atau sudah berkurang yaitu dengan
menggunakan alat hidrometer. Hidrometer ini merupakan salah satu alat
yang wajib ada di bengkel aki (bengkel yang menyediakan jasa setrum/cas
aki). Selain itu pada saat baterai dalam keadaan discharge maka 85%
cairan elektrolit terdiri dari air (H2O) dimana air ini bisa membeku,
bak baterai pecah dan pelat-pelat menjadi rusak.
Air memiliki berat jenis 1 kg/dm3 (1 kg per 1000 cm3 atau 1 liter) dan
asam sulfat memiliki berat jenis 1,285 kg/dm3 pada suhu 20 derajat
Celcius.kg = kilogramdm3 = decimeter kubik = litercm3 = centimeter kubik
/ cc (centimeter cubic)1 dm = 1 liter = 1000 cm3 = 1000 cc
Saat baterai menerima arus
Battery yang menerima arus adalah baterai yang sedang disetrum/dicas alias sedang diisi dengan cara dialirkan listrik
DC,
dimana kutup positif battery dihubungkan dengan arus listrik positif
dan kutub negatif dihubungkan dengan arus listrik negatif. Tegangan yang
dialiri biasanya sama dengan tegangan total yang dimiliki baterai,
artinya baterai 12 V dialiri tegangan 12 V DC, baterai 6 V dialiri
tegangan 6 V DC, dan dua baterai 12 V yang dihubungkan secara seri
dialiri tegangan 24 V DC (baterai yang duhubungkan seri total
tegangannya adalah jumlah dari masing-maing tegangan baterai: Voltase1 +
Voltase2 = Voltasetotal). Hal ini bisa ditemukan di bengkel aki dimana
ada beberapa baterai yang duhubungkan secara seri dan semuanya disetrum
sekaligus. Berapa kuat arus (ampere) yang harus dialiri bergantung juga
dari kapasitas yang dimiliki baterai tersebut (penjelasan tentang ini
bisa ditemukan di bagian bawah).
Konsekuensinya, proses penerimaan arus ini berlawanan dengan proses
pengeluaran arus, yaitu :1. Oksigen (O) dalam air (H2O) terlepas karena
bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan timah (Pb) pada pelat positif dan
secara perlahan-lahan kembali menjadi oksida timah colat (PbO2).2. Asam
(SO4) yang menempel pada kedua pelat (pelat positif maupun negatif)
terlepas dan bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H2O) di dalam
cairan elektrolit dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat (H2SO4)
sebagai cairan elektrolit. Akibatnya berat jenis cairan elektrolit
bertambah menjadi sekitar 1,285 (pada baterai yang terisi penuh).
Cairan elektrolit
Pelat-pelat baterai harus selalu terendam cairan elektrolit, sebaiknya
tinggi cairan elektrolit 4 - 10 mm diatas bagian tertinggi dari pelat.
Bila sebagian pelat tidak terendam cairan elektrolit maka bagian pada
pelat yang tidak terendam tersebut akan langsung berhubungan dengan
udara akibatnya bagian tersebut akan rusak dan tak dapat dipergunakan
dalam suatu reaksi kimia yang diharapkan, contoh, sulfat tidak bisa lagi
menempel pada bagian dari pelat yang rusak, sebab itu bisa ditemukan
konsentrasi sulfat yang sangat tinggi dari ruang sel yang sebagian
pelatnya sudah rusak akibat sulfat yang sudah tidak bisa lagi bereaksi
dengan bagian yang rusak dari pelat. Oleh karena itu kita harus
memeriksa tinggi cairan elektrolit dalam baterai kendaraan bermotor
setidaknya 1 bulan sekali (kalau perlu tiap 2 minggu sekali agar lebih
aman) karena senyawa dari cairan elektrolit bisa menguap terutama akibat
panas yang terjadi pada proses pengisian (charging), misalnya pengisian
yang diberikan oleh alternator.
Bagaimana jika cairan terlalu tinggi? Ini juga tidak baik karena cairan
elektrolit bisa tumpah melalui lubang-lubang sel (misalnya pada saat
terjadi pengisian) dan dapat merusak benda-benda yang ada disekitar
baterai akibat korosi, misalnya sepatu kabel, penyangga/dudukan baterai,
dan bodi kendaraan akan terkorosi, selain itu proses pendinginan dari
panasnya cairan elektrolit baterai oleh udara yang ada dalam sel tidak
efisien akibat kurangnya udara yang terdapat di dalam sel, dan juga asam
sulfat akan berkurang karena tumpah keluar; bila asam sulfat berkurang
dari volume yang seharusnya maka kapasitas baterai tidak akan maksimal
karena proses kimia yang terjadi tidak dalam keadaan optimal sehingga
tenaga/kapasitas yang bisa diberikan akan berkurang, yang sebelumnya
bisa menyuplai -katakanlah- 7 ampere dalam satu jam menjadi kurang dari 7
ampere dalam satu jam, yang sebelumnya bisa memberikan pasokan tenaga
sampai -katakanlah- 1 jam kini kurang dari 1 jam isi/tenaga baterai
sudah habis.
Penyulfatan
Battery, digunakan ataupun tidak, akan mengeluarkan isinya
(maksudnya tenaga baterai keluar/berkurang bukan cairan elektrolit).
Bila sedang tidak digunakan maka pengeluaran tersebut terjadi secara
perlahan yang biasa disebut pengeluaran isi sendiri (self discharge).
Cepat atau lambatnya pengeluaran dipengaruhi oleh beberapa faktor
diantaranya adalah suhu elektrolit. Sebuah baterai tak terpakai yang
berisi penuh akan habis isinya dalam jangka waktu 3 bulan jika
elektrolit memiliki suhu 40 derajat Celcius, sedangkan makin dingin
suhunya maka makin lambat isi berkurang, contoh, elektrolit yang bersuhu
20 derajat Celcius isinya hanya akan hilang setengah bagian (50%) dalam
3 bulan, dan yang bersuhu 15 derajat Celcius isinya hanya akan
berkurang sebesar 7-8% dalam 3 bulan.
Baterai yang sedang mengeluarkan isinya sendiri secara perlahan akan
menyulfat. Maksud penyulfatan adalah sulfat timah (PbSO4) yang terbentuk
selama pengeluaran membuat bahan aktif menjadi keras dan mati.
Penyulfatan kadang-kadang bisa dihilangkan dengan pengisian lambat (slow
charge) sehingga bagian-bagian dari timah sulfat (PbSO4) mencapai harga
yang normal. Penyulfatan yang sudah terlalu banyak pada satu baterai
tidak mungkin dihilangkan, baterai ini harus diganti. Penggantian cairan
elektrolit (biasa dikenal dengan pengurasan) tidak akan membantu atau
tidak akan banyak membantu karena yang sudah rusak disini
adalah pelat-pelatnya, kalaupun berhasil memiliki kapasitas setelah
dikuras, dalam waktu yang sangat singkat (tergantung pada tingkat
kerusakan pelat-pelatnya) baterai akan lemah (drop) kembali.
Mengatasi penyulfatan
1. Baterai yang tak terpakai disimpan pada ruangan yang bersuhu rendah (suhu yang lebih dingin).
2. Baterai yang tak terpakai diisi dengan arus pengisian yang sangat
rendah yaitu dengan pengisian perawatan (maintenance charge) sampai
penuh, ATAU, baterai diisi secara teratur tiap bulan.Pada nomor 2,
metode yang paling baik adalah dengan pengisian perawatan (maintenance
charge), artinya Anda harus memiliki alat pengisi (charger)
(lebih baik lagi kalau kuat arus dari alat tersebut bisa Anda atur kuat
lemahnya) yang secara otomatis menghentikan proses pengisian jika
baterai sudah terisi penuh dan kembali menghidupkan proses pengisian
jika isi baterai mulai berkurang (memiliki fitur deteksi). Jika tidak
ada fitur otomatisasi maka terpaksa yang Anda lakukan adalah mengisi
baterai secara penuh menggunakan pengisian lambat (slow charge) tiap
bulan. Terpaksa disini disebabkan karena baterai yang sudah terisi penuh
tidak akan bertambah lagi isinya walaupun tetap terus diisi, selain itu
baterai yang terisi penuh akan kian bertambah panas bila terus
diisi/disetrum (overcharging) sehingga beresiko merusaknya, ditambah
lagi dengan terjadinya penguapan gas, dan terutama bahaya kemungkinan
meledak yang pada akhirnya merusak baterai secara total (sama sekali
tidak bisa dipergunakan) dan bahkan berbahaya bagi orang yang ada
disekelilingnya jika cairan asam dari baterai muncrat dan mengenai orang
tersebut! Ingat, cairan asam bisa mengorosi/merusak plat besi, apalagi
daging manusia! Termasuk juga cairan accu zur (cairan yang disikan pada
baterai baru yaitu saat pertama kali diisi) cukup korosif! Jadi
berhati-hatilah jika berhubungan dengan cairan accu zur terlebih lagi
cairan yang telah ada dalam baterai!
Battery Capacity
Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere x
waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan/menyuplai sejumlah isinya
secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun
(drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan
sebesar 2 V; jika dipakai maka tegangan akan terus turun dan kapasitas
efektif dikatakan sudah terpakai semuanya bila tegangan sel telah
menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa
memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan
daya rata-rata sebesar 900 Watt (Watt = V x I = Voltase x Ampere = 12 V
x 75 A). Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 900 Watt
selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama 10 jam, walaupun pada
kenyataannya tidak seperti itu (dijelaskan di bawah ini). Kembali ke
kapasitas baterai, pada kendaraan bermotor kapasitas ini bisa
dianalogikan sebagai volume maksimal tangki bahan bakar namun yang
membuat berbeda adalah kapasitas pada baterai bisa berubah-ubah dari
nilai patokannya, jadi mirip tangki bahan bakar mobil yang bahannya
terbuat dari karet. Sebagai ilustrasi saya beri contoh balon karet,
isinya bisa besar jika terus dimasukkan udara atau bisa juga kecil jika
udara yang ditiup sedikit saja. Nah, kapasitas baterai juga tidak tetap,
mirip contoh balon karet tadi, dimana ada tiga faktor yang menentukan
besar kecilnya kapasitas baterai yaitu :
Jumlah bahan aktif
Makin besar ukuran pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka
makin besar kapasitasnya; makin banyak pelat yang bersentuhan dengan
cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya. Jadi untuk mendapatkan
kapasitas yang besar luas pelat dan banyaknya pelat haruslah
ditingkatkan, dengan catatan bahwa pelat haruslah terendam oleh cairan
elektrolit. Dari sini Anda kembali bisa menyadari betapa pentingnya bagi
pelat-pelat agar terendam oleh cairan elektrolit karena bagian dari
pelat yang tidak terendam sama sekali tidak akan berfungsi bagi
peningkatan kapasitas!
Temperatur
Makin rendah temperatur (makin dingin) maka makin kecil kapasitas
baterai saat digunakan karena reaksi kimia pada suhu yang rendah makin
lambat tidak peduli apakah arus yang digunakan tinggi atapun rendah.
Kapasitas baterai biasanya diukur pada suhu tertentu, biasanya 25
derajat Celcius.
Waktu dan arus pengeluaran
Pengeluaran lambat (berupa pengeluaran arus yang rendah) mengakibatkan
waktu pengeluaran juga diperpanjang alias kapasitas lebih tinggi.
Kapasitas yang dinyatakan untuk baterai yang umum pemakaiannya pada
pengeluaran tertentu, biasanya 20 jam. Contoh: Baterai 12 V 75 Ah bisa
dipakai selama 20 jam jika kuat arus rata-rata yang digunakan dalam 1
jam adalah 3,75 Ampere (75 Ah / 20 h), sedangkan bila digunakan sebesar 5
Ampere maka waktu pemakaian bukannya 15 jam (75 Ah / 5 A) tapi lebih
kecil yaitu 14 jam, sedangkan pada penggunaan Ampere yang jauh lebih
besar, yaitu 7,5 Ampere maka waktu pemakaian bukan 10 jam (75 A / 7,5 A)
tapi hanya 7 jam!Hal ini bisa menjadi jawaban bagi mereka yang
menggunakan UPS, misal 500 VA atau 500 Watt.hour, yang mana baterai UPS
hanya bertahan lebih kurang 5 - 15 menit untuk komputer yang memerlukan
daya 250 Watt, padahal kalau berdasarkan hitungan kasar seharusnya bisa
bertahan selama 2 jam (500 Watt.hour / 250 Watt).Saya beri satu contoh
nyata, sebuah aki kering 12 V dan 18 Ah mencantumkan nilai spesifikasi
sebagai berikut :20 hr @ 0,9 A = 18 A5 hr @ 3,06 A = 15,3 A1 hr @ 10,8 A
= 10,8 A1/2 hr @ 18 A = 9 AJika dilihat dari spesifikasi maka aki ini
memiliki kapasitas efektif sebesar 18 Ah namun suplai dari aki
sebenarnya hanya bisa dilakukan selama :- 20 jam jika kuat arus yang
dipakai hanya sebesar 0,9 A untuk tiap jam artinya hanya memakai daya
sebesar 10,8 Watt/jam (12 V x 0,9 A) --> Kapasitas = 18 Ah (0,9 A x
20 hour)- 5 jam jika kuat arus yang dipakai 3,06 A atau berdaya 36,72
Watt/jam (12 V x 3,06 A) --> Kapasitas = 15,3 Ah (3,06 A x 5 hour)- 1
jam jika kuat arus yang dipakai 10,8 A atau berdaya 129,6 Watt/jam (12 V
x 10,8 A) --> Kapasitas = 10,8 Ah (10,8 A x 1 hour)- 1/2 jam jika
kuat arus yang dipakai sama dengan kapasitas efektifnya yang 18 Ah atau
berdaya 216 Watt/jam (12 V x 18 A) --> Kapasitas = 9 Ah (18 A x 0,5
hour)Dari sini Anda sudah bisa menyimpulkan bahwa makin rendah arus yang
dikeluarkan/dipergunakan maka baterai mampu menyuplai dalam waktu yang
lebih panjang artinya kapasitas baterai bisa sama persis dengan
kapasitas efektif sebesar 18 Ah bila menggunakan kuat arus seperduapuluh
dari kapasitas efektifnya (1/20 x 18 A) dan sebaliknya semakin besar
pemakaian arus makin kecil pula kapasitas baterai yang bahkan bisa cuma
mencapai 9 Ah.Saya pribadi tidak tahu persis apa rumus yang bisa
menghitung hubungan flukutasi arus dengan kapasitas yang dihasilkannya
tapi secara kasar -berdasarkan data diatas- pemakain arus sebesar 60%
dari kapasitas efektifnya akan bertahan selama 1 jam. Jadi untuk
mendapatkan kapasitas baterai yang bisa menyalakan peralatan berdaya 300
Watt selama satu jam digunakan perhitungan berikut :- Dapatkan ukuran
Ampere, yaitu 25 A (Ampere (I) = Daya / Voltase = P / V = 300 / 12 =
25)- Kapasitas efektif dari baterai yang dicari adalah 41,67 Ah (Ampere /
60% = 25 x 100 / 60).
Pengisian baterai/Cas aki/Accu charging
Pengisian arus dialirkan berlawanan dengan waktu pengeluaran isi yang
berarti juga bahwa beban aktif dan elektrolit diubah supaya energi kimia
bateari mencapai maksimum.
Ada tiga metode pengisian bateari :
1. Pengisian perawatan (maintenance charging) digunakan untuk
mengimbangi kehilangan isi (self discharge), dilakukan dengan arus
rendah sebesar 1/1000 dari kapasitas baterai. Ini biasa dilakukan pada
baterai tak terpakai untuk melawan proses penyulfatan. Bila baterai
memiliki kapasitas 45 Ah maka besarnya arus pengisian perawatan adalah
45 mA (miliAmpere).
2. Pengisian lambat (slow charging) adalah suatu pengisian yang lebih
normal. Arus pengisian harus sebesar 1/10 dari kapasitas baterai. Bila
baterai memiliki kapasitas 45 Ah maka besarnya arus pengisian lambat
adalah 4,5 A. Waktu pengisian ini bergantung pada kapasitas baterai,
keadaan baterai pada permulaan pengisian, dan besarnya arus pengisian.
Pengisian harus sampai gasnya mulai menguap dan berat jenis elektrolit
tidak bertambah walaupun pengisian terus dilakukan sampai 2 - 3 jam
kemudian.
3. Pengisian cepat (fast charging) dilakukan pada arus yang besar yaitu
mencapai 60 - 100 A pada waktu yang singkat kira-kira 1 jam dimana
baterai akan terisi sebesar tiga per empatnya. Fungsi pengisian cepat
adalah memberikan baterai suatu pengisian yang memungkinkannya dapat
menstarter motor yang selajutnya generator memberikan pengisian ke
baterai.
Hal-hal lain tentang baterai
Baterai yang terawat dengan baik dapat berfungsi sampai beberapa tahun,
sebaliknya jika tak terawat, baterai bisa diganti kurang dari satu
tahun! Pemegang baterai yang longgar bisa menyebabkan baterai tak tahan
lama, kabel starter yang rusak dapat mengakibatkan hubungan singkat
sehingga baterai cepat rusak, dan baterai yang kotor dapat menyebabkan
arus hilang terutama pada kondisi cuaca yang lembab.
Gas-gas yang menguap pada waktu pengisian baterai dapat meledak sehingga
menggunakan api pada ruangan dimana baterai diisi terlarang keras!
Selain itu ruangan baterai harus dilengkapi dengan ventilasi yang baik
untuk mencegah timbulnya karat karena adanya gas asam sulfur. Campuran
timah pada baterai selalu beracun karena itu diperlukan kebersihan dan
kehati-hatian ekstra.
Memeriksa kondisi batere tidak bisa hanya dengan mengukur tinggi
tegangan/voltase yang dihasilkan tapi juga harus dengan memberikan beban
pada baterai tersebut.
Bila mengunakan baterai lebih dari satu dimana kondisinya secara
keseluruhan sudah lemah maka seluruh baterai harus diganti jadi tidak
bisa hanya sekedar mengganti baterai yang sudah lemah saja! Karena jika
sebagian diganti dan sebagian lain masih menggunakan baterai yang lama
maka peralatan listrik akan menggunakan karakteristik dari baterai
terlemah yaitu baterai lama yang masih dipakai dan berakibat penggantian
baterai yang lebih cepat; dalam jangka panjang biayanya justru lebih
tinggi daripada mengganti seluruh baterai sedari awal.
Selain itu alat pengisi baterai (charger) akan melihat keseluruhan
baterai sebagai satu kesatuan baterai sehingga baterai lama ada
kemungkinan bisa mengalami overcharging dan baterai baru mengalami
undercharging yang pada akhirnya mengakibatkan kerusakan baterai secara
total terlebih lagi hasil dari baterai gabungan tersebut menyebabkan
peralatan listrik tidak bekerja/berjalan secara memadai.
Aki kering maupun basah memiliki prinsip kerja yang sama termasuk
pengisian arusnya. Jadi substitusi dimungkinkan terjadi namun perlu
diperhatikan karakteristik dari peralatan yang menggunakannya dan sistem
yang ada.
