Categories
Articles

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

Oleh: Heru Setyawan

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.

Gambar 1. Perkiraan koefisien aktivitas (garis) yang dihitung menggunakan model yang diusulkan oleh Sippola & Taskinen (2014) dibandingkan dengan data dari literatur.k

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.

Gambar 2. Tegangan sirkuit terbuka sel timbal-asam sebagai fungsi specific gravity elektrolit.
Gambar 3. Koefisien suhu tegangan sirkuit terbuka sel timbal-asam sebagai fungsi specific gravity (s.g.) elektrolit.

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

By Lab Elkimkor

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

7 replies on “Baterai timbal-asam: Kimia (Karakteristik tegangan sirkuit terbuka)”

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