Categories
Articles

Baterai timbal-asam: Sejarah

Oleh: Heru Setyawan

Sejarah baterai timbal-asam, lebih konsisten disebut baterai timbal-timbal oksida, mulai pada tahun 1860 oleh ilmuwan fisika Perancis Raymond Gaston Plante. Ia yang pertama kali membangun baterai yang dapat diisi ulang praktis yang terdiri dari dua lembar gulungan timbal yang dipisahkan oleh kain linen dan dicelupkan dalam larutan asam sulfat 10% (Gambar 1). Sistem ini membentuk basis baterai sekunder yang paling banyak dipakai saat ini. Baterai timbal-asam sekarang dibuat di setiap benua dan hampir di setiap negara. Total kira-kira tiga ratus juta baterai timbal-asam dibuat setiap tahunnya.

Gambar 1. Sel timbal-asam gulungan spiral Plante awal.

Sel Plante awal memiliki kapasitas kecil karena jumlah energi yang disimpan tergantung pada korosi lembaran timbal terhadap timbal oksida membentuk bahan aktif positif. Mirip dengan itu, elektroda negatif dibentuk dengan mengasarkan lembar yang lain (pada siklus) membentuk permukaan yang menjorok. Sel primer dipakai sebagai sumber daya untuk pembentukan ini. Kapasitas sel Plante ditingkatkan pada siklus berulang ketika korosi lembaran substrat menciptakan bahan yang lebih aktif dan meningkatkan luas permukaan. Pada tahun 1870an, generator elektromagnetik menjadi tersedia untuk Plante, dan saat itulah dinamo Siemens mulai dipasang di pembangkit listrik pusat. Baterai timbal-asam mendapatkan pasar awalnya untuk menyediakan perataan beban dan untuk merata-ratakan kebutuhan beban puncak. Baterai diisi pada malam hari, mirip dengan prosedur sekarang untuk sistem penyimpanan energi perataan beban.

Menyusul pengembangan pertama Plante, banyak percobaan dilakukan untuk mempercepat proses pembentukan dan pelapisan lembaran timbal dengan timbal oksida pada pelat timbal yang diberi perlakuan awal dengan metode Plante. Tabel 1 adalah daftar peristiwa pengembangan teknis baterai timbal-asam. Perhatian kemudian beralih ke metode lain untuk menahan bahan aktif, dan dua lintasan teknologi muncul.

  1. Melapiskan pasta timbal oksida grid yang dicetak atau diperluas, bukan lembaran (foil), dimana bahan aktif mengembangkan kekuatan struktur dan sifat retensi dengan proses “sementasi” (kisi kristal saling mengunci) melalui grid dan massa aktif. Ini umumnya dirujuk sebagai rancangan pelat datar.
  2. Rancangan elektroda tubular, dimana kawat atau batang penghantar pusat dikelilingi oleh bahan aktif dan rakitan tersebut menyulubungi tabung diisolasi berpori elektrolit, yang bisa berbentuk kotak, bulat atau oval.
TahunPenemuSistem prekursor
1836DaniellSel dua fluida; tembaga/tembaga sulfat/asam sulfat/seng
1840GroveSel dua fluida; karbon/asam nitrat beruap/asam sulfat/seng
1854SindestenElektroda timbal dipolarisasi dengan sumber luar
Pengembangan baterai timbal-asam
1860PlanteBaterai timbal-asam praktis pertama; lembaran timbal yang dikorosi membentuk bahan aktif
1881FaureLembaran timbal yang dibuat pasta dengan pasta timbal oksida-asam sulfat untuk elektroda positif, untuk meningkatkan kapasitas
1881SellonGrid paduan timbal-antimoni
1881VolkcmarPelat timbal berlubang-lubang untuk menyediakan kantong untuk menyangga oksida
1882brushMerekatkan secara mekanik timbal oksida ke pelat timbal
1882Glaston & TribsTeori reaksi sulfat ganda dalam baterai timbal-asam:
PbO2 + Pb + 2H2SO4 <=> 2PbSO4 + 2H2O
1883TudorCampuran timbal oksida yang dipastakan pada grid yang diberi perlakuan awal dengan metode Plante
1886LucasPelat timbal yang dibentuk dalam larutan khlorat dan perkhlorat
1890PhillipartKonstruksi tubular awal – cincin individu
1890WoodwardKonstruksi tubular mula-mula
1910SmithTabung karet yang diselotkan, konstruksi tubular Exide
1920 – sekarangPenelitian bahan dan alat, khususnya ekspander, oksida dan teknik fabrikasi
1935Haring & ThomasGrid paduan timbal-kalsium
1935Hamer & HarnedBukti percobaan teori reaksi sulfat ganda
1956-1960Bode & Voss
Ruetschi & Cahan
Burbank
Feitknecht
Klarifikasi sifat dua bentuk kristal PbO2 (alfa dan beta)
1970anMcClelland & DevitBaterai timbal-asam yang disegel gulungan spiral komersial
Teknologi grid logam yang diperluas; grid komposit plastik/logam; baterai timbal-asam yang disegel dan bebas perawatan; pemisah serat kaca yang yang ditingkatkan; konektor antar sel melalui partisi; rakitan wadah plastik disegel panas dengan tutup; baterai densitas energi tinggi (diatas 40 Wh/kg); sel grid (lengkung) kerucut untuk layanan apung tahan lama pada fasilitas telekomunikasi
1980anBaterai yang diatur katup; baterai starter mesin quasi-bipolar; kinerja suhu rendah yang diperbaiki; baterai terbesar di dunia dipasang (Chino, CA); perataan beban timbal-asam 40 MWh
1990anMunculnya kembali ketertarikan terhadap kendaraan listrik; rancangan baterai bipolar untuk pemakaian daya tinggi dalam catu daya tidak terganggu, pasar alat daya, dan dukungan elektronika; sel lembaran tipis, sel kecil untuk aplikasi jalan konsumen dan arus
2009Pengembangan baterai timbal-karbon, baterai yang dibanjiri dengan umur diperpanjang untuk mikro-hibrida, improved high-rate partial state-of-charge (HRPSOC) VRLA, mikro-hibrida untuk aplikasi mati-nyala, menggunakan baterai bipolar
Tabel 1. Peristiwa dalam pengembangan teknis baterai timbal-asam.

Bersamaan dengan kemajuan dalam pengembangan dan penahanan bahan aktif adalah penelitian dalam penguatan grid dengan mencetaknya dari paduan timbal seperti timbal-antimoni atau timbal-kalsium. Pengetahuan teknis untuk pembuatan yang ekonomis baterai timbal-asam yang andal terjadi pada akhir abad ke-19, dan pertumbuhan industri setelahnya adalah cepat. Perbaikan dalam rancangan, peralatan dan metode pembuatan, metode rekoveri, pemanfaatan dan produksi bahan aktif, struktur dan komponen pendukung, dan komponen nonaktif seperti pemisah, wadah dan segel terus dilakukan untuk memperbaiki karakteristik ekonomi dan kinerja baterai timbal-asam. Pengembangan baterai berlanjut dengan fokus utama kearah pasar mobil hibrida yang sedang tumbuh.

Pustaka

  1. A. Salkind & G. Zguris, Lead-Acid Batteries, dalam T. B. Reddy (Editor), Linden’s Handbook of Batteries, Edisi 4, McGraw-Hill, 2011.
  2. C. A. Vincent, B. Scrosati, Modern Batteries: An Introduction to Electrochemical Power Sources, Ed. 2, Butterworth-Heinemann, 2003.

By Lab Elkimkor

We belong to the Department of Chemical Engineering, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s