Baterai

BAB II LANDASAN TEORI

2.7 Baterai

Baterai pada kendaraan listrik berfungsi sebagai sumber energi, menyimpan arus listrik dan juga untuk menstabilkan tegangan sebelum dimanfaatkan untuk mengoperasikan beban, seperti motor starter, penerangan (lampu), klakson, dan lain sebagainya. Baterai sangat penting sebagai pemasok energi ke seluruh komponen kelistrikan yang ada pada kendaraan listrik, hal ini menjadikan baterai sangat vital sebagai sumber tenaga komponen-komponen listrik.

Menurut Rudolf Michael, Accumulator dapat di artikan sebagai sel listrik yang berlangsung proses elektrokimia secara bolak-balik (reversible) dengan nilai efisiensi yang tinggi. Disini terjadi proses pengubahan tenaga kimia menjadi tenaga listrik, dan sebaliknya tenaga listrik menjadi tenaga kimia dengan cara regenerasi dari elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dengan arah yang berlawanan didalam sel-sel yang ada dalam akumulator [10].

Saat pengisian tenaga listrik dari luar diubah menjadi tenaga listrik didalam akumulator dan disimpan didalamnya. Sedangkan saat pengosongan, tenaga di da-lam akumulator diubah lagi menjadi tenaga listrik yang digunakan untuk mencatu energi dari suatu peralatan listrik. Dengan adanya proses tersebut akumulator sering dikenal dengan elemen primer dan sekunder. Adapun jenis-jenis baterai berdasarkan proses yang terjadi dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu :

1. Baterai Primer

Baterai primer biasa disebut Single Use atau baterai sekali pakai. Baterai jenis ini umumnya memberikan tegangan 1.5 volt dan terdiri dari berbagai jenis ukuran seperti AAA (sangat kecil), AA (kecil), dan C (medium). Jenis baterai yang tergolong dalam kategori ini diantaranya adalah Baterai Zinc-Carbon, Baterai Alkaline, Baterai Lithium, Baterai Silver Oxide dan lain-lain.

2. Baterai Sekunder

Baterai sekunder adalah jenis baterai yang dapat di isi ulang atau

Rechargeable Battery. Pada prinsipnya, cara baterai sekunder menghasilkan

arus listrik adalah sama dengan baterai primer. Hanya saja, reaksi kimia pada

baterai sekunder ini dapat berbalik (reversible). Pada saat baterai digunakan

menghubungkan beban pada terminal baterai (discharge), electron akan

mengalir dari negative ke positif. Sedangkan pada saat sumber energi luar (charge) dihubungkan ke baterai sekunder, electron akan mengalir dari positif ke negative sehingga terjadi pengisian muatan pada baterai. Jenis jenis baterai yang dapat di isi ulang yang sering kita jumpai antara lain :

a. Baterai lon lithium (li-lon)

Didalam baterai ini ion litium bergerak dari elektroda negatif ke elektroda positif saat dilepaskan, dan kembali saat diisi ulang. Baterai Li-ion memakai senyawa lithium interkalasi sebagai bahan elektrodanya, berbeda dengan lithium metalik yang dipakai di baterai litium non isi ulang. Baterai ion lithium umumnya dijumpai pada barang barang elektronik konsumen. Baterai ini merupakan jenis baterai isi ulang yang paling popular untuk peralatan elektronik portabel, karena memiliki salah satu kepadatan energi terbaik, tanpa efek memori, dan mengalami kehilangan isi yang lambat saat tidak digunakan. Selain digunakan pada peralatan elektronik konsumsi, LIB juga sering digunakan oleh industry militer, kendaraan listrik, dan dirgantara.

Sejumlah penelitian berusaha memperbaiki teknologi LIB tradisional, berfokus pada kepadatan energi, daya tahan, biaya, dan keselamatan intrinsik.

Bentuk baterai ini ditunjukkan pada Gambar 2.11 [11].

Gambar 2.11 Baterai Ion Lithium b. Baterai Lithium Polimer (Li-Po)

Hampir sama dengan baterai Li-Ion akan tetapi baterai Li-Po tidak

menggunakan cairan sebagai elektrolit melainkan menggunakan elektrolit

polimer kering yang berbentuk seperti lapisan plastic film tipis. Lapisan film

ini disusun berlapis-lapis diantara anoda dan katoda yang mengakibatkan

pertukaran ion. Dengan metode ini baterai LiPo dapat dibuat dalam berbagai

bentuk dan ukuran. Diluar dari kelebihan arsitektur baterai Lipo, terdapat

juga kekurangan yaitu lemahnya aliran pertukaran ion yang terjadi melalui elektrolit polimer kering. Hal ini menyebabkan penurunan pada charging dan discharging rate. Masalah ini sebenarnya bisa diatasi dengan memanaskan baterai sehingga menyebabkan pertukaran ion menjadi lebih cepat, namun metode ini dianggap tidak dapat untuk diaplikasikan pada keadaan sehari-hari. Seandainya para ilmuwan dapat memecahkan masalah ini maka resiko keamanan pada baterai jenis lithium akan sangat berkurang.

Bentuk baterai ini akan ditunjukkan pada Gambar 2.12 [11].

Gambar 2.12 Baterai Lithium Polimer (Li-Po) c. Baterai Lead Acid

Baterai Lead Acid atau biasa disebut aki merupakan salah satu jenis baterai yang menggunakan asam timbale (lead acid) sebagai bahan kimianya.

Secara umum terdapat dua jenis beterai lead acid, yaitu Starting Battery dan Deep Battery. Bentuk baterai lead acid akan ditunjukkan pada Gambar 2.13 [11].

Gambar 2.13 Baterai Lead Acid d. Baterai Nikel-Metal Hydride

Baterai jenis ini dibuat dengan komponen yang lebih terjangkau dan

ramah lingkungan. Baterai Ni-MH menggunakan ion hidrogen untuk

menyimpan energi, tidak seperti baterai lithium ion yang menggunakan ion lithium. Baterai Ni-MH terdiri dari campuran nikel dan logam lain seperti titanium. Baterai ini biasanya mengandung pula komponen logam lain seperti mangan, aluminium, kobalt, zirconium, dan vanadium. Logam-logam tersebut pada umumnya berfungsi sebagai penangkap ion hidrogen yang dilepaskan untuk memastikan tidak mencapai fase gas. Bentuk baterai ini akan ditunjukkan pada Gambar 2.14 [11].

Gambar 2.14 Baterai Nikel-Metal Hydride (Ni-MH) 2.7.1 Rumusan Terapan Untuk Mencari Kapasitas Baterai

Rumus terapan yang digunakan untuk mendapatkan data kapasitas baterai dapat ditulis pada Persamaan 2.3 [12]

𝑃

_Baterai

= 𝐼

_Baterai

x 𝑉

_Baterai

...(2.3) Keterangan :

𝐼

_Baterai

= Arus pada baterai (A) 𝑉

_Baterai

= Arus pada baterai (V)

𝑃_Baterai = Daya pada baterai (Wh)

Adapun perhitungan untuk mengetahui berapa lama baterai dapat menyuplai beban dapat menggunakan Persamaan 2.4.

Durasi = (

𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 (𝑊ℎ)

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑙𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑘 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 (𝑊)

) − 𝑑𝑖𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 20% ...(2.4) Keterangan :

Diefisiensi baterai merupan kondisi dimana baterai dalam keadaan tidak

efisien, tidak baik, atau tidak ideal lagi dalam memberikan kinerja. Pada

baterai lead acid diefisiensinya adalah sebesar 20% yang berarti baterai akan

memberi kemampuan optimal saat dalam kondisi kapasitas sebesar 20%

sampai dengan 100%.

Adapun untuk menentukan persentase penggunaan energi listrik pada baterai didapatkan dengan menggunakan Persamaan 2.5.

𝑃𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑢𝑛𝑎𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 =

^{𝑊𝑃𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛}

𝑃𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖

𝑥 100%...(2.5) Keterangan :

𝑊_{𝑃𝑒𝑟𝑐𝑜𝑏𝑎𝑎𝑛}

: Energi yang dikonsumsi saat melakukan percobaan (Wh)

𝑃

_{𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖}

: Kapasitas baterai (Wh)