Baterai timbal-asam: Sejarah

Oleh: Heru Setyawan

• Baterai timbal-asam: Karakteristik umum
• Baterai timbal-asam: Data pembuatan dan pemakaian baterai
• Baterai timbal-asam: Kimia (Karakteristik umum)
• Baterai timbal-asam: Kimia (Karakteristik tegangan sirkuit terbuka)
• Baterai timbal-asam: Kimia (Kehilangan polarisasi dan hambatan)
• Baterai timbal-asam: Kimia (Pemakaian sendiri)
• Baterai timbal-asam: Kimia (Karakteristik dan sifat asam sulfat)

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.

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.

Tahun	Penemu	Sistem prekursor
1836	Daniell	Sel dua fluida; tembaga/tembaga sulfat/asam sulfat/seng
1840	Grove	Sel dua fluida; karbon/asam nitrat beruap/asam sulfat/seng
1854	Sindesten	Elektroda timbal dipolarisasi dengan sumber luar
		Pengembangan baterai timbal-asam
1860	Plante	Baterai timbal-asam praktis pertama; lembaran timbal yang dikorosi membentuk bahan aktif
1881	Faure	Lembaran timbal yang dibuat pasta dengan pasta timbal oksida-asam sulfat untuk elektroda positif, untuk meningkatkan kapasitas
1881	Sellon	Grid paduan timbal-antimoni
1881	Volkcmar	Pelat timbal berlubang-lubang untuk menyediakan kantong untuk menyangga oksida
1882	brush	Merekatkan secara mekanik timbal oksida ke pelat timbal
1882	Glaston & Tribs	Teori reaksi sulfat ganda dalam baterai timbal-asam: PbO2 + Pb + 2H2SO4 <=> 2PbSO4 + 2H2O
1883	Tudor	Campuran timbal oksida yang dipastakan pada grid yang diberi perlakuan awal dengan metode Plante
1886	Lucas	Pelat timbal yang dibentuk dalam larutan khlorat dan perkhlorat
1890	Phillipart	Konstruksi tubular awal – cincin individu
1890	Woodward	Konstruksi tubular mula-mula
1910	Smith	Tabung karet yang diselotkan, konstruksi tubular Exide
1920 – sekarang		Penelitian bahan dan alat, khususnya ekspander, oksida dan teknik fabrikasi
1935	Haring & Thomas	Grid paduan timbal-kalsium
1935	Hamer & Harned	Bukti percobaan teori reaksi sulfat ganda
1956-1960	Bode & Voss Ruetschi & Cahan Burbank Feitknecht	Klarifikasi sifat dua bentuk kristal PbO2 (alfa dan beta)
1970an	McClelland & Devit	Baterai 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
1980an		Baterai 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
1990an		Munculnya 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
2009		Pengembangan 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

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.

• Baterai timbal-asam: Karakteristik umum
• Baterai timbal-asam: Data pembuatan dan pemakaian baterai
• Baterai timbal-asam: Kimia (Karakteristik umum)
• Baterai timbal-asam: Kimia (Karakteristik tegangan sirkuit terbuka)
• Baterai timbal-asam: Kimia (Kehilangan polarisasi dan hambatan)
• Baterai timbal-asam: Kimia (Pemakaian sendiri)
• Baterai timbal-asam: Kimia (Karakteristik dan sifat asam sulfat)

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.