Baterai timbal-asam: Kimia (Karakteristik tegangan sirkuit terbuka)

Oleh: Heru Setyawan

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

Tegangan sirkuit terbuka untuk sistem baterai adalah fungsi dari suhu dan konsentrasi elektrolit sebagaimana dinyatakan oleh persamaan Nernst. Untuk baterai timbal-asam, persamaan Nernst dapat ditulis sebagai:

dimana E adalah tegangan/potensial sirkuit terbuka, R adalah tetapan gas universal, T adalah suhu absolut, F adalah tetapan Faraday dan a adalah aktivitas.

Pemodelan termodinamika asam sulfat untuk memperkirakan aktivitasnya adalah rumit oleh peruraian tidak sempurna asam sulfat

Menurut Sippola dan Tskinen (2014), aktivitas asam sulfat dapat dihitung dengan persamaan

dimana m adalah molalitas dan gamma adalah koefisien aktivitas yang merupakan fungsi dari molalitas (Gambar 1). Sementara itu, aktivitas air dapat didekati oleh persamaan

dimana phi adalah koefisien fugasitas air dalam fasa gas, p adalah tekanan, dan bintang merujuk ke air murni.

Karena konsentrasi H₂SO₄ selama baterai beroperasi berubah-ubah, aktivitas relatif H₂SO₄ dan H₂O pada persamaan Nernst juga ikut berubah. Grafik tegangan sirkuit terbuka sebagai fungsi konsentrasi asam sulfat pada 25 ^oC ditunjukkan pada Gambar 2. Kurva mendekati linier pada s.g. diatas 1,10 tetapi menunjukkan penyimpangan yang besar pada konsentrasi rendah. Tegangan sirkuit terbuka juga dipengaruhi oleh suhu. Koefisien suhu tegangan sirkuit terbuka baterai timbal-asam, dE/dT, adalah positif ketika konsentrasi H₂SO₄ lebih besar daripada 0,5 M (Gambar 3). Nilai koefisien suhu yang positif ini menunjukkan bahwa potensial bolak balik sistem semakin besar dengan bertambahnya suhu. Dibawah konsentrasi 0,5 M, koefisien suhu adalah negatif. Sebagian besar baterai timbal-asam beroperasi pada konsentrasi H₂SO₄ >0,5 M (s.g. 1,120) dan mempunyai koefisien suhu kira-kira +0,2 mV/^oC.

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

Pustaka

A. Salkind & G. Zguris, Lead-Acid Batteries, dalam T. B. Reddy (Editor), Linden’s Handbook of Batteries, Edisi 4, McGraw-Hill, 2011.

H. Sippola & P. Taskinen, Thermodynamic properties of aqueous sulfuric acid, Journal of Chemical & Engineering Data, 2014, 59, 8, 2389–2407. DOI: 10.1021/je4011147