Apa itu kimia baterai?

Kimia Bateri

Kimia baterai merujuk kepada reaksi elektrokimia yang berlaku dalam bateri. Bateri menyimpan tenaga kimia yang kemudian ditukar menjadi tenaga listrik saat dihubungkan ke sebuah rangkaian. Proses perubahan ini melibatkan perpindahan ion antara dua elektroda, yaitu anoda dan katoda, melalui elektrolit. Perbedaan potensial listrik antara elektroda ini menghasilkan arus listrik. Komposisi kimia elektroda dan elektrolit menentukan tegangan dan kapasitas baterai.

Dalam baterai, elektroda adalah konduktor listrik yang terendam dalam elektrolit. Anoda adalah elektroda tempat reaksi oksidasi terjadi, melepaskan elektron. Katoda adalah elektroda tempat reaksi reduksi terjadi, menerima elektron. Elektrolit adalah larutan atau lelehan ionik yang memungkinkan ion bergerak antara kedua elektroda.

Reaksi kimia yang terjadi dalam baterai dapat diringkas sebagai berikut:

Anoda: M → M⁺⁺ + 2e⁻
Katoda: X⁺⁺ + 2e⁻ → X

Dalam reaksi ini, M mewakili logam yang membentuk anoda, dan X mewakili logam atau bahan lain yang membentuk katoda. Ion yang dihasilkan dalam reaksi ini bergerak melalui elektrolit, membentuk arus listrik.

Jenis reaksi kimia yang terjadi dalam baterai menentukan jenis baterai. Baterai asam timbal adalah salah satu jenis baterai yang paling umum. Dalam baterai asam timbal, anoda terbuat dari timbal (Pb), dan katoda terbuat dari timbal dioksida (PbO2). Elektrolitnya adalah asam sulfat (H2SO4).

Reaksi kimia yang terjadi dalam baterai asam timbal adalah:

Anoda: Pb → Pb⁺⁺ + 2e⁻
Katoda: PbO2 + 4H⁺⁺ + 2e⁻ → PbSO4 + 2H2O

Saat baterai dihubungkan ke beban, reaksi ini terjadi, menghasilkan arus listrik. Saat baterai habis, semua timbal di anoda akan berubah menjadi timbal sulfat, dan semua timbal dioksida di katoda akan berubah menjadi timbal sulfat. Baterai kemudian perlu diisi ulang untuk memulihkan bahan aktifnya.

Jenis baterai lain yang umum digunakan adalah baterai litium-ion. Dalam baterai litium-ion, anoda terbuat dari karbon, dan katoda terbuat dari logam oksida yang mengandung litium. Elektrolitnya adalah larutan garam litium dalam pelarut organik.

Reaksi kimia yang terjadi dalam baterai litium-ion bergantung pada bahan katoda yang digunakan. Sebagai contoh, dalam baterai litium-kobalt oksida (LiCoO2), reaksi kimianya adalah:

Anoda: Li⁺⁺ + e⁻ → Li
Katoda: LiCoO2 + e⁻ → LiCoO2

Saat baterai dihubungkan ke beban, reaksi ini terjadi, menghasilkan arus listrik. Saat baterai habis, semua litium di anoda akan berpindah ke katoda, dan semua kobalt oksida di katoda akan berubah menjadi litium kobalt oksida. Baterai kemudian perlu diisi ulang untuk memulihkan bahan aktifnya.

Kimia baterai adalah bidang yang kompleks, dan masih banyak penelitian yang dilakukan untuk mengembangkan baterai yang lebih efisien, lebih ringan, dan lebih tahan lama.