ABSTRACT
UTILIZATION OF BANANA PEEL WASTE AND DURIAN SKIN AS AN ALTERNATIVE TO PASTA STONE MATERIALS BATTERIES
By
MUH. MUHLISIN
The battery is a tin full of chemicals that can produce electrons. The chemical reaction that can produce electrons called Electrochemical reactions. If we pay attention, we can see that the battery has two terminals. The first terminal marked positive (+) terminal and two are negative (-). In The battery itself, there was a chemical reaction that produces electrons. The speed of this process (electron, as a result of electrochemical) controls how many electrons can flow between the two poles. Electrons flow from the battery to the cable and must move from the negative to the positive pole of the place where the chemical reactions taking place. In general, serves as a storage battery and an electric energy provider. The power source is used as a generator in the form of direct current (DC).
Banana skin and skin durian an alternative garbage that can be used as a substitute pasta batteries that have not reusable. In durian peel and banana peels are substances dn Potassium Chloride. KCl is a strong electrolyte capable of ionized and conduct electricity. Maximum voltage value obtained from banana peel paste greater than durian skin, skin banana skin durian 1.12 volts and 0.99 volts. And ambon the best banana used in this experiment as a pasta substitute batteries.
ABSTRAK
PEMANFAATAN SAMPAH KULIT PISANG DAN KULIT DURIAN SEBAGAI BAHAN ALTERNATIF PENGGANTI PASTA
BATU BATERAI
Oleh
Muh. Muhlisin
Baterai merupakan sebuah kaleng berisi penuh bahan-bahan kimia yang dapat memproduksi elektron. Reaksi kimia yang dapat menghasilkan elektron disebut dengan Reaksi Elektrokimia. Jika kita memperhatikan, kita bisa lihat bahwa baterai memiliki dua terminal. Terminal pertama bertanda Positif (+) dan terminal Kedua bertanda negatif (-).Di dalam beterai sendiri, terjadi sebuah reaksi kimia yang menghasilkan elektron. Kecepatan dari proses ini (elektron, sebagai hasil dari elektrokimia) mengontrol seberapa banyak elektron dapat mengalir diantara kedua kutub. Elektron mengalir dari baterai ke kabel dan tentunya bergerak dari kutub negatif ke kutub positif tempat dimana reaksi kimia tersebut sedang berlangsung. Secara umum baterai berfungsi sebagai media penyimpan dan penyedia energi listrik. Sumber listrik yang digunakan sebagai pembangkit dalam bentuk arus searah (DC).
Kulit pisang dan kulit durian merupakan sampah alternatif yang dapat digunakan sebagai bahan pengganti pasta batu baterai yang telah tidak dapat digunakan kembali. Didalam kulit durian dan kulit pisang terdapat zat Kalium dn Klorida. KCl merupakan elektrolit kuat yang mampu terionisasi dan menghantarkan arus listrik. Nilai tegangan maksimal yang didapatkan dari pasta kulit pisang lebih besar dibanding kulit durian, yaitu kulit pisang 1,12 volt dan kulit durian 0,99 volt. Dan pisang ambon adalan pisang terbaik yang digunakan dalam percobaan ini sebagai pengganti pasta batu baterai.
PEMANFAATAN SAMPAH KULIT PISANG DAN KULIT DURIAN SEBAGAI BAHAN ALTERNATIF PENGGANTI PASTA
BATU BATERAI
Oleh
Muh. Muhlisin
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Datar Lebuai, Tanggamus pada tanggal 6 Juni 1987, sebagai anak kelima dari lima bersaudara dari pasangan Bapak H. Harlin dan Ibu Hj. Samiah. Pendidikan
formal Penulis dimulai di Sekolah Dasar (SD) diselesaikan di SDN 2 Datar Lebuai 2000, Sekolah Menengah Pertama
(SMP) di SMP N 2 Pulau Panggung, Tanggamus pada tahun 2002, dan Sekolah Menengah Akhir (SMA) di SMA Telekomunikasi Darul Ulum Jombang Jawa Timur pada tahun 2004.
Mulai tahun 2006, Penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. Selama menjadi mahasiswa Penulis aktif
di Organisasi yaitu pernah terdaftar sebagai anggota Departemen Kerohanian pada tahun 2007-2008. Penulis juga aktif di Organisasi Tingkat Fakultas Teknik Yaitu
di FOSSI FT Sebagai Sekretaris Umum 2008-2009 dan di Dewan Perwakilan Mahasiswa Fakultas Teknik sebagai Ketua Komisi I 2009-2010. Selain Itu Penulis juga aktif di organisasi tingkat universitas yaitu Dewan Perwakilan Mahasiswa
Universitas Keluarga Besar Mahasiswa Universitas Lampung Sebagai Ketua Komisi I dan Ketua DPM 2010-201. Pada 30 Maret 2011 sampai dengan tanggal
Tanjung Karang, Bandar Lampung. Pada saat kerja praktik penulis membuat
PERSEMBAHAN
Dengan segenap rasa syukur kehadirat Allah yang maha kuasa dan dengan
kerendahan hati kupersempahkan karya sederhanaku sebagai tanggung
jawab, bhakti dan dan sayangku kepada :
Emak dan Bapak Tercinta
Yang telah memberikan segalanya dengan
limpahan kasih sayang, Do’a,
semangat, air mata, Keringat dan bimbingan tiada henti.
Keluargaku Tercinta
Mbak Siti, Mas San, Mbak Iis, Mas Tris, Mbak Leha, Mas Uut, Mas Kuri,
Mbak Luluk, Bangkit, Ulfi, Ibrahim, Almira dan semua keluargaku tercinta
yang telah
member Do’a,
dukungan dan kasih sayang tiada henti.
Dosen-dosen ku yang telah memberikan ilmu terbaiknya, terimakasih.
Sahabat-sahabat Terbaikku
yang telah memberi warna dan cerita dalam hidupku.
SANWACANA
Bismillahirahmanirrahim…
Puji syukur penulis tujukan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan
hidayah-Nya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. . Semoga selaku muslim kita dapat mengikuti serta meneladani pola kehidupan Nabi Muhammad SAW dan para
sahabatnya sampai akhir jaman kelak.
Skripsi dengan judul “Pemanfaatan Sampah Kulit Pisang Dan Kulit Durian Sebagai
Bahan Alternatif Pengganti Pasta Batu Baterai” ini adalah salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik dari
masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini sangantlah sulit bagi penulis menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih
kepada:
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Sugeng P. Hariyanto, M. S. selaku Rektor Universitas
Lampung.
3. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc. Ph.D.Selaku Dekan Fakultas Teknik. 4. Bapak Agus Trisanto, Ph.D. Selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
5. Bapak Ir. Abdul Haris, M. T. Selaku Pembimbing Akademik.
6. Bapak Ir. Noer Sudjarwanto, M. T. Selaku Pembimbing I Skripsi, Terima
kasih atas bimbingan dan bantuaanya selama penulis menyelesaikan Skripsi ini.
7. Bapak M. Komaruddin, S. T, M. T. Selaku Pembimbing II Skripsi, Terima
kasih atas bimbingan dan bantuaanya selama penulis menyelesaikan Skripsi
ini.
8. Bapak Osea Zebua, S. T, M. T. Selaku Penguji Skripsi.
9. Seluruh Dosen Teknik Elektro Universitas Lampung yang telah memberikan
banyak ilmu dan pengetahuan kepada penulis.
10. Seluruh Staf administrasi Jurusan Teknik Elektro dan staf administrasi
Fakultas Teknik Universitas Lampung.
11. Kakak-kakak Penulis, Mas San, MSiti, Mas Tris, Mbak Iis, Mas Uut, Mbak
Leha, Mas Kuri dan Mbak Luluk yang selalu memberikan motivasi, semangat dan dukungan moril-materil kepada Penulis. Keponakanku tercinta Bangkit, Ulfi, Baim dan Alm. Almira yang selalu penulis sayangi dan keceriaan
mereka menjadi penyemangat bagi penulis. Seluruh keluarga besar Penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu, atas segala kasih sayang, perhatian,
12. Teman-teman Elektro, Rizky, Dayat, Insan, Jemi, Didit, Amri, Ady, Yuli,
Dina, Jarot, Angga, Gary, Heru, Belwan, Fery, Rahman, Indra, Ivan dan seluruh Keluarga Besar Elektro Unila yang tidak bisa disebutkan satu persatu
namanya terima kasiha tas dukungan, cerita dan kebersamaan dalam susah maupun senang. Kekeluargaan kita tidak akan terputus sampai kapanpun. 13. Semua pihak yang telah membantu dan mendukung penulis dari awal kuliah
sampai terselesaikannya Skripsi ini.
Semoga Allah SWT membalas semua amal baik semua.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, tetapi penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi yang membacanya.
Bandar Lampung, 9 April 2015 Penulis
DAFTAR ISI
2.2.2 Kulit pisang menghantarkan arus lirtrik ... 11
2.3 Pengertian Baterai ... 13
2.3.1 Anoda ... 15
2.3.2 Katoda ... 15
xvi
IV. HASIL PERCOBAAN
4.1 Data Hasil Percobaan ... 49
4.1.1. Tabel Pengukuran Tegangan dan Arus ... 50
4.1.2. Perhitungan Daya ... 52
4.1.3. Tabel perhitungan Daya ... 58
4.1.4. Tabel Kapastas Baterai ... 60
4.1.5. Grafik ... 65
4.1.5.1.Massa terhadap Tegangan ... 65
4.1.5.2. Massa terhadap Arus ... 68
4.1.5.3. Kapasitas baterai ( Arus terhadap waktu) ... 71
4.2 Pembahasan ... 78
V. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan ... 85
5.2 Saran ... 87
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
2.1 Kompossi zat gizi kulit pisang ... 9
4.1.1.a Pengukuran Tegangan dan Arus Kulit Pisang Ambon ... 50
4.1.1.b Pengukuran Tegangan dan Arus Kulit Pisang Janten ... 50
4.1.1.c Pengukuran Tegangan dan Arus Kulit Pisang Muli ... 51
4.1.1.d Pengukuran Tegangan dan Arus Kulit Durian ... 51
4.1.3.a Perhitungan Daya Kulit Pisang Ambon ... 58
4.1.3.b Perhitungan Daya Kulit Pisang Janten ... 59
4.1.3.c Perhitungan Daya Kulit Pisang Muli ... 59
4.1.3.d Perhitungan Daya Kulit Durian ... 59
4.1.4.a Kapasitas Baterai 3 Baterai Kulit Pisang Ambon ... 60
4.1.4.b Kapasitas Baterai 3 Baterai Kulit Pisang Janten ... 61
4.1.4.c Kapasitas Baterai 3 Baterai Kulit Pisang Muli ... 61
4.1.4.d Kapasitas Baterai 3 Baterai Kulit Pisang Durian ... 62
4.1.4.e Kapasitas Baterai 2 Baterai Baru Pasta Kulit Pisang Ambon ... 62
4.1.4.f Kapasitas Baterai 2 Baterai Baru Pasta Kulit Durian ... 63
DAFTAR GAMBAR
2.1 Baterai dan komponen - komponenya ... 19
2.2 Energi Potensial Gravitasi Benda... 30
2.3 Energi Potensial Muatan Uji ... 31
2.4 Energi Potensial Listrik ... 32
I.PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi menjadi komponen penting bagi keberlangsungan hidup manusia karena hampir semua aktifitas kehidupan manusia sangat tergantung pada ketersedian energi yang cukup. Saat ini dan beberapa tahun kedepan manusia masih akan
tergantung pada sumber energi fosil, karena sumber energi fosil inilah yang mampu memenuhui kebutuhan energi manusia dalam skala besar. Sedangkan
sumber energi alternatif belum dapat memenuhi kebutuhan energi manusia dalam skala besar karena fluktuasi potensi dan tingkat keekonomian yang belum bisa bersaing dengan energi konvensional. Di lain pihak, manusia dihadapkan pada
situasi menipisnya cadangan sumber energi fosil dan meningkatnya kerusakan lingkungan akibat penggunaan energi fosil.
Melihat kondisi tersebut maka saat ini sangat diperlukan penelitian yang secara
2
dan sekaligus dapat menjadi sumber energi alternatif yang mudah dan murah
serta bermaanfaat bagi manusia yang didapat dari pemanfaatan barang bekas yang tidak dapat digunakan lagi (daur ulang), salah satunya adalah batu baterai.
Dimana batu baterai adalah alat listrik kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk listrik arus searah (DC=Direct current). Banyak yang belum mengetahui bahayanya membuang batu baterai bekas seperti
baterai remote, mainan, jam tangan, telephon seluler, maupun alat-alat lain yang menggunakan batu baterai sebagai sumber energi. Batu baterai mengandung
berbagai macam logam berat seperti merkuri, timbal, nikel, lithium dan yang lainnya. Batu baterai termasuk termasuk dalam B3 (Bahan Berbahaya Beracun).
Yang bila dibuang sembarangan kandungan logam berat dan zat-zat berbahaya yang terdapat dalam baterai bisa mencemari air dan tanah yang dampaknya akan membahayakan manusia.
Dari permasalahan diatas, maka penulis mempunyai gagasan atau ide untuk melakukan penelitian untuk memanfaatkan barang bekas dan limbah sebagai
sumber energi alternatif. Yang mana barang bekas yang digunakan adalah batu baterai dengan mengganti pastanya dan memanfaatkan sampah dari kulit pisang
3
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membuat batu baterai yang ramah lingkungan.
2. Merancang sumber energi alternatif yang murah dan mudah diterapkan
dimasyarakat, khususnya masyarakat daerah terpencil yang belum dialiri oleh
listrik.
3. Sebagai proses pembelajaran tentang pemanfaatan barang bekas (sampah)
sebagai sumber energi alternatif yang terbarukan
1.3. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dapat diperoleh dari penelitian ini dalah sebagai berikut :
1. Dapat mengurangi pencemaran lingkungan akibat dari pembuangan batu
baterai.
2. Bisa memperoleh energi alternatif yang murah dah ramah lingkungan.
3. Menjadikan sampah atau limbah menjadi sumber energi yang murah dan
4
1.4. Perumusan masalah
Energi memegang peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia dan
saat ini energi yang banyak digunakan terbuat dari energi fosil dan bahan kimia. Yang mana salah satu sumber energi yang banyak digunakan adalah batu baterai yang terbuat dari bahan kimia yang banyak mengandung berbagai macam logam
berat seperti timbal, merkuri, nikel, lithium dan yang lainnya. Dengan mengganti pasta pada batu baterai yang bahanya berbahaya, dengan pasta dari sampah yaitu
kulit pisang dan kulit durian.
Melihat kondisi tersebut maka saat ini diperlukan penelitian yang bisa
memanfaatkan limbah atau sampah sebagai sumber energi alternatif yang tepat guna dan mudah diterapkan oleh masyarakat.
1.5. Batasan Masalah
Agar pembahasan pada tugas akhir ini tidak melebar, maka penulis membatasi
permasalahan yang ada hanya pada :
1. Membuat batu baterai ramah lingkungan dari kulit pisang dan kulit
durian.
2. Mengetahui berapa besar energi yang dihasikan dari batu baterai kulit
5
3. Percobaan menggunakan kulit pisang dan kulit durian.
4. Pembahasan kimia hanya untuk mengetahui kandungan – kandungan zat
kimia pada kulit pisang dan kulit durian.
1.6. Hipotesis Awal
Kulit pisang dan kulit durian banyak mengandung kalium dan natrium sehingga
bisa dijadikan serbuk atau pasta yang bisa digunakan sebagai pasta pengganti yang ada pada batu baterai bekas yang mengandung merkuri, timbal, nikel, lithium dan yang lainnya.
1.7. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan penelitian ini terdiri dari beberapa Bab, yaitu : BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan, manfaat, rumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
6
BAB III : METODE PENELITIAN
Memuat langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian, diantaranya waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, komponen dan perangkat penelitian, prosedur
kerja, perancangan dan pengujian sistem. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bagian ini berisi mengenai hasil pengujian dan membahas terhadap data-data hasil
pengujian yang diperoleh.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini akan menyimpulkan semua kegiatan dan hasil-hasil yang diperoleh selama proses pembuatan dan pengujian sistem serta saran-saran yang sekiranya
diperlukan untuk menyempurnakan penelitian berikutnya. DAFTAR PUSTAKA
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tanaman Durian
Durian merupakan tanaman buah liar berupa pohon yang berasal dari hutan Malaysia,
Sumatera dan Kalimantan. Buah durian ini sudah dikenal di Asia Tenggara sejak
abad tujuh Masehi. Sebutan durian diduga berasal dari istilah melayu yaitu dari kata
duri yang diberiakhiran an sehingga menjadi durian. Kata ini dipergunakan untuk
menyebut buah yang kulitnya berduri tajam. (Andri Wijaya,2007).
Indonesia merupakan negara beriklim tropis dengan curah hujan yang tinggi. Hal ini
menyebabkan Indonesia memiliki hutan hujan tropis yang lebat dan tanah subur
sehingga cocok untuk ditanami berbagai jenis tumbuhan, salah satunya adalah
durian. Di beberapa daerah di Indonesia, buah ini dikenal dengan nama tersendiri.
Nama terbanyak di temukan di Kalimantan, hal ini dikarenakan penamaan durian di
Kalimantan mengacu pada berbagai varietas dan spesies yang berbeda. Di Jawa,
8
Sunda). Di Sumatera di kenal sebagai durian dan duren (bahasa gayo). Di Sulawesi
orang Manado menyebut buah ini dengan sebutan duriang , sementara orang Toraja
menyebutnya duliang. Sedangkan di Pulau Seram bagian timur, buah durian disebut
dengan rulen.
Kulit Durian memiliki kandungan zat Kalium, Natrium, Mangan, Asam Folat tinggi
yang bisa digunakan untuk mengalirkan ion positif dan negatif. Kandungan zat inilah
yang kemudian menciptakan aliran listrik. Dengan sejumlah proses, kulit Durian ini
mampu menghasilkan tegangan sebesar 1,25 volt. Tegangan ini cukup untuk
menghidupkan kembali aliran listrik baterai yang sudah mati.
2.2. Kulit Pisang
Di Asia, Indonesia termasuk penghasil pisang terbesar karena sekitar 50 persen produksi pisang Asia berasal dari Indonesia. Sentra produksi pisang di Indonesia
adalah Jawa Barat (Sukabumi, Cianjur, Bogor, Purwakarta, Serang), Jawa Tengah (Demak, Pati, Banyumas, Sidorejo, Kesugihan, Kutosari, Pringsurat, Pemalang),
Jawa Timur (Banyuwangi, Malang), Sumatera Utara (Padangsidempuan, Natal, Samosir, Tarutung), Sumatera Barat (Sungyang, Baso, Pasaman), Sumatera Selatan (Tebing Tinggi, OKI, OKU, Baturaja), Lampung (Kayu Agung, Metro), Kalimantan,
9
Selain itu pula, dengan penelitian tersebut mampu untuk membantu daerah terpencil
yang belum daliri listrik untuk membantu penerangan mereka pada malam hari, terutama penerangan yang digunakan untuk membantu anak – anak pada saat sedang belajar, khususnya daerah Lampung. Karena masih banyak daerah terpencil di
Lampung yang belum dialiri oleh listrik.
Kulit pisang merupakan bahan buangan (limbah buah pisang) yang cukup banyak jumlahnya. Pada umumnya kulit pisang belum dimanfaatkan secara nyata, hanya dibuang sebagai limbah organik saja atau digunakan sebagai makanan ternak seperti
kambing, sapi, dan kerbau. Jumlah kulit pisang yang cukup banyak akan memiliki nilai jual yang menguntungkan apabila bisa dimanfaatkan sebagai bahan baku
makanan (Susanti, 2006). Menurut Basse (2000) jumlah dari kulit pisang cukup banyak, yaitu kira- kira 1/3 dari buah pisang yang belum dikupas.Kandungan unsur
gizi kulit pisang cukup lengkap, seperti karbohidrat, lemak, protein, kalsium, fosfor, zat besi, vitamin B, vitamin C dan air. Unsur-unsur gizi inilah yang dapat digunakan sebagai sumber energi dan antibodi bagi tubuh manusia (Munadjim, 1988).
2.2.1. Kandungan Kimia dalam Kulit Pisang
Buah pisang banyak mengandung karbohidrat baik isinya maupun kulitnya. Pisangmempunyai kandungan khrom yang berfungsi dalam metabolisme
10
Khrom bersama dengan insulin memudahkan masuknya glukosa ke dalam
sel-sel. Kekurangan khrom dalam tubuh dapat menyebabkan gangguan toleransi glukosa. Umumnya masyarakat hanya memakan buahnya saja dan membuang kulit pisang begitu saja.
Di dalam kulit pisang ternyata memiliki kandungan vitamin C, B, kalsium,
protein, dan juga lemak yang cukup.
Hasil analisis kimia menunjukkan bahwa komposisi kulit pisang banyak
mengandung air yaitu 68,90 % dan karbohidrat sebesar 18,50 %.
Komposisi zat gizi kulit pisang dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini:
Tabel 2.1. Komposisi Zat Gizi Kulit Pisang per 100 gram bahan
11
Karbohidrat atau Hidrat Arang yang dikandung oleh kulit pisang adalah
amilum. Amilum atau pati ialah jenis polisakarida karbohidrat (karbohidrat kompleks). Amilum (pati) tidak larut dalam air, berwujud bubuk putih, tawar dan tidak berbau. Pati merupakan bahan utama yang dihasilkan oleh
tumbuhan untuk menyimpan kelebihan glukosa (sebagai produk fotosintesis) dalam jangka panjang.
2.2.2 Hal-hal yang Menyebabkan Kulit Pisang dapat Menghantarkan Arus Listrik
Kulit pisang mengandung karbohidrat dan kaya akan mineral seperti kalium, magnesium, fosfor, klorida, kalsium, dan besi.
12
Etanol lama-kelamaan akan teroksidasi menjadi asam etanoat atau asam
asetat. Reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut :
C6H12O6 CH3CH2OH+[O] CH3COOH
Glukosa Etanol Asam asetat
Asam asetat merupakan salah satu jenis zat elektrolit. Dalam kulit pisang yang sudah difermentasi memiliki sifat asam yang berasal dari kandungan asam
asetat, hal tersebut terbukti ketika pH larutan diukur dengan pH universal pH berkisar antara 4-5.
Selain mengandung asam asetat, kulit pisang mengandung zat elektrolit lain seperti kalium dan garam klorida. Kalium dan garam klorida bereaksi
membentuk garam kalium klorida. Garam kalium klorida dalam air dapat menghantarkan listrik karena dapat terionisasi. Reaksi ionisasi yang terjadi yaitru sebagai berikut :
KCl → K+ + Cl-
Arus listrik dapat mengalir karena seng bertindak sebagai katode (kutub +) yang bersifat menarik ion negatif dan tembaga bertindak sebagai anode (kutub -) yang bersifat menarik ion positif. Ketika air rendaman kulit pisang
13
mengalir. Jika kedua elektrode dihubungkan dengan lampu arus akan
mengalir dari anode ke katode, dan lampu menyala.
Kontruksi aki cairan kulit pisang sama dengan aki pada mobil. Perbedaannya adalah pada elektrolitnya. Kulit pisang mengandung beberapa mineral yang
dapat berfungsi sebagai elektrolit. Mineral dalam jumlah terbanyak adalah potassium atau kalium (K+). Kulit pisang juga mengandung garam sodium yang mengandung klorida (Cl-) dalam jumlah sedikit. Reaksi antara potassium
atau kalium dan garam sodium dapat membentuk kalium klorida atau KCl.
Menurut Drs. Asep Jamal (2008) KCl merupakan elektrolit kuat yang mampu terionisasi dan menghantarkan arus listrik. Pisang juga mengandung Magnesium dan Seng. Magnesium (Mg) dapat bereaksi dengan diklorida dan
menjadi elektrolit kuat. Jumlah Magnesium hanyalah 15 % dari jumlah pisang.
2.3. Pengertian Baterai
Baterai merupakan sebuah kaleng berisi penuh bahan-bahan kimia yang dapat memproduksi elektron. Reaksi kimia yang dapat menghasilkan elektron disebut
14
1800. Elektron-elektron di kumpulkan pada kutub negatif. Jika kita menghubungkan
kabel antara kutub negatif dan kutub positif, maka elektron akan mengalir dari kutub negatif ke kutub positif dengan cepatnya.
Di dalam beterai sendiri, terjadi sebuah reaksi kimia yang menghasilkan elektron.
Kecepatan dari proses ini (elektron, sebagai hasil dari elektrokimia) mengontrol seberapa banyak elektron dapat mengalir diantara kedua kutub. Elektron mengalir
dari baterai ke kabel dan tentunya bergerak dari kutub negatif ke kutub positif tempat dimana reaksi kimia tersebut sedang berlangsung. Secara umum baterai berfungsi
sebagai media penyimpan dan penyedia energi listrik. Sumber listrik yang digunakan sebagai pembangkit dalam bentuk arus searah (DC). Alat ini digunakan elektronika
termasuk diantaranya komputer.
Baterai merupakan sekumpulan sel-sel kimia yang masing-masing berisi dua
elektron logam yang dicelupkan dalam larutan penghantar yang disebut elektrolit. Akibat reaksi-reaksi kimia antara konduktor-konduktor dan elektrolit satu elektroda anoda bermuatan positif dan katoda bermuatan negatif.
Baterai adalah alat listrik kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan tenaganya dalam bentuk listrik. Sebuah baterai biasanya terdiri dari tiga komponen
penting, yaitu:
1. Batang karbon sebagai anode (kutub positif baterai).
15
2.3.1. Anoda
Anoda adalah elektroda, bisa berupa logam maupun penghantar listrik lain, pada sel elektrokimia yang terpolarisasi jika arus listrik mengalir ke dalamnya. Arus listrik mengalir berlawanan dengan arah pergerakan elektron.
Pada proses elektrokimia, baik sel galvanik (baterai) maupun sel elektrolisis, anoda mengalami oksidasi.
Perlu diperhatikan bahwa tidak selalu anion (ion yang bermuatan negatif) bergerak menuju anoda, ataupun tidak selalu kation (ion bermuatan positif)
akan bergerak menjauhi anoda. Pergerakan anion maupun kation menuju atau menjauh dari anoda tergantung dari jenis sel elektrokimianya.
2.3.2. Katoda
Kebalikan dari Anoda, katoda adalah elektroda dalam sel elaktrokimia yang
terpolarisasi jika arus listrik mengalir keluar darinya. Pada baterai biasa (Baterai Karbon-Seng), yang menjadi katoda adalah seng, yang juga menjadi
pembungkus baterai. Sedangkan, pada baterai alkalin, yang menjadi katoda adalah mangan dioksida (MnO2).
2.3.3. Elektrolit yang digunakan
16
Nikel, Hidrida logam nickel, Litium, Hidrida, Kobalt, Mangan, Nitrogliserin,
Rubidium.
2.4. Prinsip Kerja Baterai
Baterai adalah perangkat yang mampu menghasilkan tegangan DC, yaitu dengan cara mengubah energi kimia yang terkandung didalamnya menjadi energi listrik melalui
reaksi elektro kima, Redoks (Reduksi – Oksidasi).
Baterai terdiri dari beberapa sel listrik, sel listrik tersebut menjadi penyimpan energi
listrik dalam bentuk energi kimia.
Sel baterai tersebut elektroda-elektroda. Elektroda negatif disebut katoda, yang berfungsi sebagai pemberi elektron. Elektroda positif disebut anoda yang berfungsi
sebagai penerima elektron. Antara anoda dan katoda akan mengalir arus yaitu dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda). Sedangkan elektron akan mengalir
dari anoda menuju katoda.
Terdapat 2 proses yang terjadi pada baterai :
1. Proses Pengisian : Proses pengubahan energi listrik menjadi
energi kimia.
17
2.5. Reaksi Kimia pada Baterai
2.5.1. Redoks
Redoks (singkatan dari reaksi reduksi/oksidasi) adalah istilah yang menjelaskan berubahnya bilangan oksidasi (keadaan oksidasi) atom-atom
dalam sebuah reaksi kimia. Hal ini dapat berupa proses redoks yang sederhana seperti oksidasi karbon yang menghasilkan karbon dioksida, atau reduksi
karbon oleh hidrogen menghasilkan metana(CH4), ataupun ia dapat berupa proses yang kompleks seperti oksidasi gula pada tubuh manusia melalui rentetan transfer elektron yang rumit.
Istilah redoks berasal dari dua konsep, yaitu reduksi dan oksidasi. Ia dapat
dijelaskan dengan mudah sebagai berikut:
1. Oksidasi menjelaskan pelepasan elektron oleh sebuah molekul, atom, atau
ion.
2. Reduksi menjelaskan penambahan elektron oleh sebuah molekul, atom,
atau ion.
Walaupun cukup tepat untuk digunakan dalam berbagai tujuan, penjelasan di
18
sebagai peningkatan bilangan oksidasi, dan reduksi sebagai penurunan
bilangan oksidasi.
2.5.2. Oksidator dan Reduktor
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mengoksidasi senyawa
lain dikatakan sebagai oksidatif dan dikenal sebagai oksidator atau agen oksidasi. Oksidator melepaskan elektron dari senyawa lain, sehingga dirinya sendiri tereduksi.
Oleh karena ia menerima elektron, ia juga disebut sebagai penerima elektron. Oksidator bisanya adalah senyawa-senyawa yang memiliki unsur-unsur
dengan bilangan oksidasi (seperti H2O2, CrO3, Cr2O72−, OsO4) atau senyawa-senyawa yang sangat elektronegatif, sehingga dapat mendapatkan satu atau dua elektron yang lebih dengan mengoksidasi sebuah senyawa (misalnya
oksigen, fluorin, klorin, dan bromin).
Senyawa-senyawa yang memiliki kemampuan untuk mereduksi senyawa lain
dikatakan sebagai reduktif dan dikenal sebagai reduktor atauagen reduksi.
Reduktor melepaskan elektronnya ke senyawa lain, sehingga ia sendiri
teroksidasi. Oleh karena ia mendonorkan elektronnya, ia juga disebut sebagai penderma elektron. Senyawa-senyawa yang berupa reduktor sangat bervariasi.
19
Logam-logam ini akan memberikan elektronnya dengan mudah. Reduktor
jenus lainnya adalah reagen transfer hidrida, misalnya NaBH4 dan LiAlH4), reagen-reagen ini digunakan dengan luas dalam kimia organik , terutama dalam reduksi senyawa-senyawa karbonil menjadi alkohol.
Metode reduksi lainnya yang juga berguna melibatkan gas hidrogen (H2) dengan katalis paladium, platinum, atau nikel, Reduksi katalitikini utamanya
digunakan pada reduksi ikatan rangkap dua ata tiga karbon-karbon.
Cara yang mudah untuk melihat proses redoks adalah, reduktor mentransfer
elektronnya ke oksidator. Sehingga dalam reaksi, reduktor melepaskan elektron dan teroksidasi, dan oksidator mendapatkan elektron dan tereduksi. Pasangan oksidator dan reduktor yang terlibat dalam sebuah reaksi disebut
sebagai pasangan redoks.
2.5.3. Menyeimbangkan Reaksi Redoks
Untuk menuliskan keseluruhan reaksi elektrokimia sebuah proses redoks, diperlukan penyeimbangan komponen-komponen dalam reaksi setengah.
Untuk reaksi dalam larutan, hal ini umumnya melibatkan penambahan ion H+, ion OH-, H2O, dan elektron untuk menutupi perubahan oksidasi.
a. Media asam
Pada media asam, ion H+ dan air ditambahkan pada reaksi setengah untuk menyeimbangkan keseluruhan reaksi. Reaksi ini diseimbangkan dengan
20
melibatkan jumlah elektron yang sama (yakni mengalikan reaksi oksidasi
dengan jumlah elektron pada langkah reduksi, demikian juga sebaliknya).
b. Media Basa
Pada media basa, ion OH- dan air ditambahkan ke reaksi setengah untuk
menyeimbangkan keseluruhan reaksi.
2.5.4. Reaksi Kimia Sel kering ( Sel Leclanche)
Sel Leclanché ditemukan oleh insinyur Perancis Georges Leclanché (1839-1882) lebih dari seratus tahun yang lalu. Berbagai usaha peningkatan telah
dilakukan sejak itu, tetapi, yang mengejutkan adalah desain awal tetap dipertahankan, yakni sel kering mangan.
Sel kering mangan terdiri dari bungkus dalam zink (Zn) sebagai elektroda
negatif (anoda), batang karbon/grafit (C) sebagai elektroda positif (katoda) dan pasta MnO2 dan NH4Cl yang berperan sebagai larutan elektrolit.
a. Baterai Biasa
Anoda :logam seng (Zn) Katoda :batang karbon/gafit (C)
lektrolit :MnO2, NH4Cl dan serbuk karbon (C)
Anoda Zn(-) : Zn →Zn2+ +2e–
21
Reaksitotal : Zn + 2MnO2 + 2NH4+ → Zn2+ + Mn2O3 + 2NH3 +
H2O
Gambar 2.1 Baterai dan komponen – komponenya
b. Baterai Alkaline
Dalam sel kering alkalin, padatan KOH atau NaOH digunakan sebagai
ganti NH4Cl. Umur sel kering mangan (baterai biasa) diperpendek oleh korosi zink akibat keasaman NH4Cl. Sedangkan pada sel kering alkali bebas masalah ini karena penggantian NH4Cl yang bersifat
asam dengan KOH/NaOH yang bersifat basa. Jadi umur sel kering alkali lebih panjang.Selain itu juga menyebabkan energi yang lebih
kuat dan tahan lama.
Anoda Zn(-) : Zn →Zn2+ +2e–
Katoda C(+) : 2MnO2 +H2O+2e- →Mn2O3 +2OH–
22
c. Baterai Nikel-Kadmium
Mirip dengan baterai timbal, sel nikel-kadmium juga reversibel. Selain itu dimungkinkan untuk membuat sel nikel-kadmium lebih kecil dan lebih ringan daripada sel timbal. Jadi sel ini digunakan sebagai batu
baterai alat-alat portabel seperti : UPS, handphone dll.
Anoda Cd(-) : Cd+2OH–→Cd(OH)2 +2e–
Katoda NiO2 (+) :NiO2 + 2H2O + 2e– → Ni(OH)2 + 2OH–
Reaksi total : Cd + NiO2 + 2H2O → Cd(OH)2 + Ni(OH)2
2.5.5. Sel Elektrolisis
Elektrolisis berasal dari kata elektro (listrik) dan lisis (penguraian), yang berarti penguraian senyawa oleh arus listrik, dan alatnya disebut sel elektrolisis. Dengan kata lain, sel elektrolisis ini memerlukan energi listrik
untuk memompa elektron, dan prosesnya kebalikan dari proses sel Galvani.
Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yang menimbulkan terjadinya reaksi redoks yang tidak spontan dengan adanya energi listrik dari luar. Contohnya adalah elektrolisis lelehan NaCl dengan electrode platina. Contoh lainnya
23
2.6. Jenis – jenis Baterai
Baterai dikelompokan menjadi 2 jenis yaitu : 1. Baterai sekunder
Baterai Sekunder yaitu baterai yang bias digunakan berkali kali dengan mengisi kembali muatannya, apabila telah habis energinya setelah dipakai.
a. Sel asam timbal, yang biasanya disebut aki, termasuk dalam kelompok yang disebut sel sekunder atau dapat diisi ulang. Disini, elektroda adalah
timbal dioksida positif dan timbal spons negatif dengan elektrolit asam sulfat encer. Selama pemakaian, arus listrik mengalir dan elektroda positif
dan negatif berubah menjadi timbal sulfat dan menyerap ion sulfat dari elektrolit dengan mereduksinya menjadi air.
Tidak seperti sel kering, sel asam timbal adalah reversibel dan bisa
dikembalikan ke keadaan asalnya dengan mengalirkan listrik melalui sel dalam arah yang berlawanan dari mana dilepaskan. Ini membalik reaksi
dalam sel, merubah timbal sulfat dalam pelat kembali ke bahan aktif asal dan mengembalikan ion sulfat ke elektrolit.
Sel asam timbal memiliki potensial kira-kira 2 volt, berapapun ukurannya.
Sel yang lebih besar akan memiliki kapasitas yang lebih tingi dan mengirimkan arus listrik yang sama untuk waktu yang lebih lama atau
24
kecil. Sel bisa dihubungkan seri (negatif dari salah satu sel ke positif dari
sel berikutnya) agar memberikan tegangan yang lebih tinggi. Jadi tiga sel yang dihubungkan seri akan memberikan baterai sel yang memiliki tegangan nominal 6 volt. Enam sel sejenis yang dihubungkan seri akan
menghasilkan baterai 12 volt.
b. Baterai ion lithium, yang saat ini dipandang memiliki densitas energi dan
densitas daya paling besar. Baterai ini diharapkan menjadi sumber energi
masa depan untuk berbagai keperluan termasuk mobil listrik.
c. Fuel cell (sel bahan bakar) menggunakan reaksi pembakaran yang
menghasilkan arus listrik. Bahan bakarnya tidak terbakar, -sebagaimana halnya dengan jenis baterai yang lain-, tetapi reaksi berlangsung secara
terpisah dalam sistem setengah-reaksi, dan elektron ditransfer melalui rangkaian eksternal. Suatu sel bahan bakar dihasilkan dari reaksi gas hidrogen dan oksigen mengahsilkan uap air. Gas hidrogen dioksidasi,
sedang gas oksigen direduksi membentuk uap air.
Elektroda yang digunakan adalah grafit yang dilingkupi (disalut) dengan katalis platina yang terimpregnasi. Di anoda (akibat lapisan katalis),
H2 displit, dan elektron (e-) masuk rangkaian.
Dalam elektrolit terjadi pertukaran – membran – proton
25
(backbone) polimer perfluoroetilena –[F2C – CF2]– yang diperkaya
dengan gugus asam sulfonat (RSO3-) yang menjembatani (mengalirkan) H+ dari anoda ke katoda. Sedangkan di katoda (dengan cara yang analog, akibat lapisan Pt), terjadi reduksi terhadap O2, dan selanjutnya bergabung
dengan H+.
2. Baterai primer
Baterai Primer yaitu batere yang hanya digunakan satu kali, dan setelah habis
isi (Recharge).
a. Baterai Leclenche (Zn MnO2) baterai sel kering /Dry Cell. Merupakan jenis baterai yang banyak digunakan sejak beberapa puluh tahun yng
lalu. Satu sel batere berkapasitas 1,5 volt. Kutub positif (Anoda) mengunakan Zn, Kutub negatip (Katoda) menggunakan MnO2 Pada suhu
tingi kapasitas sel leclanche akan turun dengan drastic, oleh sebab itu penyimpanan batere ini harus ditempat yang bersuhu rendah.
b. Baterai sel kering Magnesium (MgMnO2). Merupakan jenis batere yang
memiliki konstruksi serupa dengan batere seng. Memiliki kapasitas satu cell 1,5 volt. Kutub positip (Anoda) menggunakan Mg, Kutub negatif
(Katoda) menggunakan MnO2.
Baterai ini memiliki kelebihan kapasitas umur 2x sel kering dan stabil
26
sekecil mungkin. Pada keadaan kerja akan timbul Reaksi Parasitik akibat
dari pembuangan gas hydrogen.
c. Baterai MnO2 Alkaline.Sama seperti dua jenis baterai diatas dan memiliki
kapasitas 1,5 volt, hanya memiliki perbedaan pada segi konstruksi, elektrolitnya, dan tahanan dalamnya lebih kecil. Batere ini memiliki
kelebihan yaitu : Pada proses pemakaian akan tetap pada rating yang dimiliki meskipun pemakaiannya tak menentu.
Pada pembebanan tingi dan terus menerus, mampu memberikan umur pelayanan 2 – 10 kali pemakaian dari sel leclanche. Sangat baik dioperasikan pada temperature rendah sampai -25 derajat celcius. Baterai
yang sering digunakan adalah alcaline manganese oxide. zinc-alcaline manganese oxide memberikan daya lebih per penggunaannya
dibandingkan batere sekunder. zinc-alcaline manganese oxide mempunyai umur (waktu hidup yang lama) Rechargeablealcaline. Baterai alkaline mempunyai umur(waktu hidup) yang panjang, namun daur hidupnya lebih
pendek dari pada batere sekunder lainnya.
d. Sel Merkuri. Baterai ini pada Anoda menggunakan Zn dan pada katoda
menggunakan Oksida Merkuri. Dan pada elektrolit menggunakan Alkaline. Kapasitas maksimal stabil yaitu 1,35 volt, yang biasa digunakan
27
bila katodanya Oxida Merkuri atau Oxida Mangan. Dari segi ukuran
berdiameter dari 3/8- 1 inchi.
e. Sel oksida perak (AgO2). Baterai ini pada Katoda menggunakan serbuk
elektroloit alkaline dan pada Anoda menggunakan oksida perak. Teganagan pada Open Circuit yaitu1,6 volt dan tegangan nominal pada
beban sebesar 1,5 volt apabila katodanya oksida merkuri atau oksida mangan. Dari segi ukuran batere ini sebesar 0.3 – 0.5 inchi. Biasa
digunakan untuk kamera, alat bantu pendengaran dan jam elektronik.
f. Baterai Litium. Jenis baru dari sel primer, yang mempunti tegangan out
put yang tinggi,memiliki umur yangf panjang, ringan dan kecil. Sehingga
baterai ini digunakan untuk pemakaian khusus. Tegangan out put tanpa beban sebesar 2,9 volt atau 3,7 volt, tergantung dari elektrolit yang digunakan. Penggunaan litium sangat terbatas, biasa digunakan dalam
28
2.7. Kapasitas Baterai
Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam.
Ah = I x waktu ( persamaan 1)
Dimana
I : Kuat Arus (A)
Sedangkan satuan waktunya adalah dalam jam.
Artinya baterai dapat memberikan / menyuplai sejumlah isinya secara rata-rata
sebelum tiap selnya menyentuh tegangan / voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan sebesar 2V, jika dipakai maka
tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V).
Misal, baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt
(Watt = V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A). Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama
29
Makin besar ukuran pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka makin
besar kapasitasnya; makin banyak pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya. Jadi untuk mendapatkan kapasitas yang besar luas pelat dan banyaknya pelat haruslah ditingkatkan, dengan catatan bahwa pelat
haruslah terendam oleh cairan elektrolit.
2.8. Muatan Listrik
Benda bermuatan listrik ialah benda yang mempunyai kelebihan sejumlah elektron
atau proton. Benda yang kelebihan sejumlah elektron akan bermuatan negatip dan yang kelebihan sejumlah proton dikatakan bermuatan positip.
Sekelompok partikel bermuatan, misalnya atom-atom, atau elektron-elektron, selalu menempati suatu volume tertentu.Jika ukuran volume yang ditempati partikel-partikel
bermuatan tersebut sedemikian kecilnya di bandingkan dengan jarak-jarak lain dalam persoalan yang dibicarakan, maka partikel bermuatan tersebut dikatakan muatan titik.
Dalam literatur -biasa digunakan huruf q atau Q untuk menyatakan jumlah kelebihan muatan positip atau negatip pada suatu benda.
30
muatan untuk satu elektron dan Coulomb (C) adalah satuan muatan listrik.
2.8.1. Muatan dan Partikel
Ada tiga macam partikel yaitu proton, neutron, dan elektron dengan sifat sebagai berikut :
1. Proton (p), +q = 1,6 x 10-19 C, m = 1,67 x 10-27 kg 2. Neutron (n), q = 0 , m = 1,67 x 10-27 kg
3. Elektron(e),-q=1,6x10-19C, m=9,11x10 -31kg
Atom-atom ini dibuat dari sebuah inti (nucleus)bermuatan positif yang rapat dan dikelilingi awan elektron. Didalam inti atom terdapat gaya tarik yang
kuat yang mengikat proton dan neutron bersama-sama membentuk inti atom tersebut, gaya ini disebut gaya nuklir.
2.8.2. Hukum Faraday
Hukum Faradaymenyatakan hubungan antara jumlah listrik yang digunakan dengan massa zat yang dihasilkan baik di katoda maupun anoda pada proses
elektrolisis. Bunyi Hukum Faraday 1 "Massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding dengan kuat arus listrik yang mengalir
31
sejumlah arus listrik yang sama banyaknya akan sebanding dengan berat
ekivalen masing-masing zat tersebut"
Michael Faraday adalah seorang ilmuwan Inggris yang ahli dalam bidang
kimia dan fisika dan mendapat julukan "Bapak Listrik" karena berkat usahanya listrik menjadi teknologi yang banyak gunanya. Ia mempelajari
berbagai bidang ilmu pengetahuan, termasuk elektromagnetis dan medan elektrokimia. Dia juga menemukan alat yang nantinya menjadi pembakar
Bunsen, yang digunakan hampir di seluruh laboratorium sains sebagai sumber panas yang praktis. Beliau lahir pada tanggal 22 September 1791 dan wafat
pada tanggal 25 Agustus 1867. Dia dikenal sebagai perintis dalam meneliti tentang listrik dan magnet, bahkan banyak dari para ilmuwan yang
mengatakan bahwa beliau adalah seorang peneliti terhebat sepanjang masa. Beberapa konsep yang beliau turunkan secara langsung dari percobaan, seperti elektrolisis telah menjadi gagasan dalam fisika modern.
Faraday mengamati peristiwa elektrolisis melalui berbagai percobaan yang
dia lakukan. Dalam pengamatannya jika arus listrik searah dialirkan ke dalam suatu larutan elektrolit, mengakibatkan perubahan kimia dalam larutan tersebut. Sehingga Faraday menemukan hubungan antara massa yang
32
Menurut Faraday: Jumlah berat (massa) zat yang dihasilkan (diendapkan)
pada elektroda sebanding dengan jumlah muatan listrik (Coulumb) yang dialirkan melalui larutan elektrolit tersebut. Massa zat yang dibebaskan atau diendapkan oleh arus listrik sebanding dengan bobot ekivalen zat-zat tersebut.
Dari dua pernyataan diatas, disederhanakan menjadi persamaan:
M = e.i.t / F (persamaaan 2) Dimana:
M = massa zat dalam gram
e = berat ekivalen dalam gram = berat atom : valensi
i = kuat arus dalam Ampere
t = waktu dalam detik
F = tetapan faraday
2.8.3. Energi Potensial Listrik
Konsep energi sangat berguna dalam mekanika. Hukum kekekalan energi
memungkinkan kita memecahkan persoalan-persoalan tanpa perlu mengetahui gaya secara rinsi. Sebagai contoh gaya gravitasi menarik suatu benda menuju
33
Baik gaya gravitasi Fg maupun kuat medan gravitasi (percepatan gravitasi=g)
berarah vertikal ke bawah. Jika mengangkat sebuah benda melawan gaya gravitasi bumi, itu berarti kita melakukan usaha pada benda, dan sebagai akibatnya energi potensial gravitasi benda bertambah
Gambar 2.2. Energi Potensial Gravitasi Benda
Konsep energi juga berguna dalam listrik. Gaya listrik F yang dikerjakan
suatu muatan. Uji positif q’ oleh suatu muatan negatif adalah mengarah ke
muatan negatif. Vektor kuat medan listrik E= F/q’, juga mengarah ke muatan
negatif.
Untuk menggerakkan muatan uji menjauhi muatan negatif, kita harus
34
Gambar 2.3 Energi Potensial Listrik Muatan Uji
Konsep energi potensial listrik, mirip dengan konsep energi potensial
garavitasi. Untuk itu kita akan menurunkan rumus Energi Potensial Listrik sebagai berikut :
Gambar 2.4. Energi Potensial Listrik
Usaha yang dilakukan gaya (Fw), untuk memindahkan muatan penguji +q’,
dari titik P ke Titik Q adalah
35
W adalah besaran skalar, gaya F diberi tanda (-) negatif karena gaya
Coulomb berlawanan arah dengan arah perpindahah Fw = Fq = gaya Coulomb.
W = -k.Q q’/r1 2 x (r2-r1) = –kQ.q’/r1.r2 (r2-r1) W = -k Q.q’(1/r1 –1/r2)= k Q.q’(1/r2-1/r1)
W = k Q.q’(1/r2-1/r1) = Δ EP = EP2 – EP1
Jadi usaha yang dilakukan W= pertambahan energi Potensial.
Energi Potensial Listrikadalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk memindahkan muatan uji +q’ dari suatu titik ke titik lainnya.
Jika titik Q, berada di jauh tak terhingga,sehingga r2= ˜ dan 1/r2=0 maka Energi Potensial Listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: Energi Potensial
Listrik dari dua muatan Q dan q’ adalah :
Ep = k Q.q’/r, (persamaan 4) EP termasuk besaran skalar
E = Energi Potensial Listrik satuannya Joule k = Konstanta = 9.109 N C-2 m2,
r= jarak (m) Q + muatan sumber,
36
2.8.4. Potensial Listrik
Potensial listrik adalah energi potensial per satuan muatan penguji , rumus potensial listrik sebagai berikut : V = Ep /q’ atau seperti pada gambar berikut
Gambar 2.5 Energi Potensial Listrik
Potensial listrik di titik P dirumuskan :
V = Potensial Listrik (Volt)
k = Konstanta Listrik = 9.109 NC-2 m2
Q = Muatan sumber (Coulomb) R = jarak dari muatan sampai titik P
2.8.5. Daya
Misalkan suatu potential V dikenakan ke suatu beban dan mengalirlah arus I
37
arus listrik sebanding dengan V (beda potensial). Dengan demikian total
energi yang diberikan ke sejumlah elektron yang menghasilkan total muatan sebesar dq adalah sebanding dengan v × dq.
Energi yang diberikan pada elektron tiap satuan waktu didefinisikan sebagai daya (power) p sebesar
dengan satuan watt, dimana 1 watt = 1 volt × 1 amper arus dan tegangan listrik. Jika sebuah tegangan V dikenakan pada sebuah hambatan R maka
besarnya arus yang mengalir adalah
I = V / R ( persamaan 7) dan daya yang diberikan sebesar
2.9. Kapasitansi
Kapasitansi atau kapasitans adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua
38
Dimana
C : adalah kapasitansi yang diukur dalam Farad
Q : adalah muatan yang diukur dalam coulomb V : adalah voltase yang diukur dalam volt
2.9.1 Kapasitansi Pelat Sejajar
Kapasitor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan
muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik) tiap konduktor di sebut
keping. Kapasitor atau disebut juga kondensator adalah alat (komponen) listrik yang dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menyimpan muatan
listrik untuk sementara waktu. Pada prinsipnya sebuah kapasitor terdiri atas dua konduktor (lempeng logam) yang dipisahkan oleh bahan penyekat (isolator). Isolator penyekat ini sering disebut bahan (zat) dielektrik.
Zat dielektrik yang digunakan untuk menyekat kedua penghantar dapat
39
menggunakan bahan dielektrik berupa kertas, mika, plastik cairan dan lain
sebagainya.
Kegunaan kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik adalah:
a. Mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung
kumparan, bila tiba-tiba arus listrik diputuskan dan dinyalakan
b. Menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik c. Memilih panjang gelombang pada radio penerima
d. Sebagai filter dalam catu daya (power supply)
Kapasitor yang paling sederhana adalah kapasitor keping sejajar yang terdiri
dari 2 keping logam seluas A yang terpisah pada jarak d, seperti terlihat pada gambar berikut:
Gambar 2.6 kapasitor pelat sejajar
40
Untuk penyekat udara εr=1, sehingga nilai kapasitas kapasitor
Dimana :
C = Kapasitas keping sejajar, farad
εr = Permitivitas relatif bahan penyekat
ε = Permitivitas bahan penyekat
ε0 = Permitivitas vakum 8,5 x 10-12C2/N-1m-2
d = Jarak antar keping, m A = Luas penampang , m2
Karena muatan total pada tiap – tiap bidang tak berhingga, maka kapasitansi dari sistem ini juga bernilai tak berhingga. Hasil yang lebih praktis dapat
diperoleh dengan mengasumsikan bahwa kedua bidang tersebut memiliki luas A, dimana dimensi - dimensi liniernya (panjang dan lebarnya ) jauh lebih besar dari jarak pemisah d.
41
kenyataanya, daerah tepian ini hanya memberikan kontribusi yang sangat
kecil pada kapasitansi total, sehingga kita dapat menuliskan :
Sehingga:
III. METODE PENELITAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian dan perancangan tugas akhir dilakukan di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung dilaksanakan mulai bulan Mei 2014 sampai dengan
September 2014
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian yaitu: 1. Multimeter
2. Baterai bekas bertegangan 1,5 volt
43
5. Obeng 6. Gunting seng
7. Alat penumbuk kulit kulit durian
8. Pisau 9. Blender
10. LED dengan nilai hambatan 86 ohm
3.3. Prosedur Kerja
Langkah kerja dalam tugas akhir ini meliputi:
1. Studi literature
pencarian informasi mengenai segala sesuatu yang berkaitan dengan
penelitian ini, diantaranya adalah:
a. Karakteristik komponen-komponen yang akan digunakan serta prinsip
kerjanya.
b. Karakteristik dan spesifikasi kulit durian dan kulit pisang yang akan
44
2. Perancangan alat
Pada perancangan alat ini adalah membuat membuat batu baterai ramah lingkungan dari kulit durian dan juga kulit pisang. Dengan cara mengganti Mangan Oksida pada baterai yang sudah tidak bisa digunakan, diganti dengan
pasta dari kulit durian dan juga kulit pisang sehingga kita bisa menggunakan baterai tersebut kembali. Batu baterai mengandung berbagai macam logam
berat seperti merkuri, timbal, nikel, lithium dan yang lainnya. Batu baterai termasuk termasuk dalam B3 (Bahan Berbahaya Beracun).
Apabila dibuang sembarangan kandungan logam berat dan zat-zat berbahaya
yang terdapat dalam baterai bisa mencemari air dan tanah yang dampaknya akan membahayakan manusia.
Menurut Faraday: Jumlah berat (massa) zat yang dihasilkan (diendapkan) pada elektroda sebanding dengan jumlah muatan listrik (Coulumb) yang dialirkan melalui larutan elektrolit tersebut. Massa zat yang dibebaskan atau
diendapkan oleh arus listrik sebanding dengan bobot ekivalen zat-zat tersebut. Dari dua pernyataan diatas, disederhanakan menjadi persamaan:
M = e.i.t / F (persamaaan 2) Dimana:
M = massa zat dalam gram
e = berat ekivalen dalam gram = berat atom : valensi
45
t = waktu dalam detik
F = tetapan faraday
Energi Potensial Listrikadalah usaha yang dilakukan gaya Coulomb, untuk memindahkan muatan uji q’ dari suatu titik ke titik lainnya.
Jika titik Q, berada di jauh tak terhingga,sehingga r2 = ~ dan 1/r2 = 0 maka Energi Potensial Listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
EP termasuk besaran skalar
E = Energi Potensial Listrik satuannya Joule k = Konstanta = 9.109 N C-2 m2
r = jarak (m)
Q = muatan sumber,
q’ = muatan uji (Coulomb)
Potensial listrik adalah energi potensial per satuan muatan penguji , rumus
potensial listrik sebagai berikut : V = Ep /q, Potensial listrik di titik P dirumuskan :
V = Potensial Listrik (Volt)
46
Q = Muatan sumber (Coulomb)
r = jarak dari muatan sampai titik P
Misalkan suatu potential V dikenakan ke suatu beban dan mengalirlah arus I
seperti. Energi yang diberikan ke masing-masing elektron yang menghasilkan arus listrik sebanding dengan V (beda potensial). Dengan demikian total
energi yang diberikan ke sejumlah elektron yang menghasilkan total muatan sebesar dq adalah sebanding dengan v × dq.
Energi yang diberikan pada elektron tiap satuan waktu didefinisikan sebagai
daya (power) p sebesar
dengan satuan watt, dimana 1 watt = 1 volt × 1 amper arus dan tegangan
listrik.
Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam.
Ah = I x waktu ( persamaan 1)
Dimana
I : Kuat Arus (A)
47
Artinya baterai dapat memberikan / menyuplai sejumlah isinya secara
rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan / voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan sebesar 2V, jika dipakai maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan
sudah terpakai semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V).
Diagram alir percobaan:
Mulai
Persiapan alat dan bahan
Pengujian Alat
Pengambilan data
Analisa data
kesimpulan
48
3. Pembuatan alat
Dalam pembuatan alat ini, kita menggunakan baterai bekas sebagai merk ABC. Baterai tersebut kita keluarkan zat Mangan oksida yang berada didalamnya dengan menggunakan obeng. Setelah bersih, maka baterai
tersebut kita isi kembali dengan pasta kulit durian dan kulit pisang yang telah kita haluskan dengan cara ditumbuk. Setelah itu akan kita lakukan
pengukuran kembali pada baterai yang telah kita buat tadi.
4. Pengujian alat
Pengujian yang akan dilakukan adalah pengujian tegangan dan juga arus.. Pengujian ini dilakukan dengan cara mengukur tegangan dan arus pada baterai
yang telah di buat menggunakan pasta kulit durian dan kulit pisang. Setelah kita dapatkan hasil pengukuran tegangan dan arus, maka kita dapat
menghitung daya dari baterai tersebut. Selain pengujian tegangan kita lakukan pengujian kapasitas baterai. Dalam pengujian kapasitas baterai selain menggunakan kulit pisang dan juga kulit durian, kita gunakan gabungan
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan
Setelah melakukan penelitian pada percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan
bahwa :
a. Dapat kita ketahui bahwa kulit pisang dan kulit durian dapat menjadi
pengganti Mangan Oksida atau elektrolit pada baterai yang sudah tidak
terpakai, atau baterai bekas sehingga baterai bekas tersebut dapat digunakan kembali.
b. Listrik yang mengalir pada baterai yang menggunakan kulit pisang dan kulit
durian diakibatkan oleh adanya perpindahan perbedaan muatan antara kutub
positif dan negatif.
c. Kulit pisang dan kulit durian mengandung zat elektrolit seperti kalium dan
garam klorida. Kalium dan garam klorida bereaksi membentuk garam kalium
86
d. Kulit pisang mengandung kalium dan garam klorida lebih banyak
dibandingkan dengan kulit durian, hal ini dikarenakan tegangan yang didapatkan oleh baterai yang menggunakan elektrolit kulit pisang lebih besar dibandingkan baterai yang menggunakan elektrolit dari kulit durin.
e. Jenis kulit pisang pada percobaan ini yang paling baik digunakan sebagai
elektrolit baterai adalan pisang Ambon.
f. Massa elektrolit yang dimasukan kedalam baterai, juga mempengaruhi nilai
tegangan. Dimana massa yang lebih banyak menghasilkan nilai tegangan yang lebih besar dibandingkan massa yang sedikit.
g. Pembungkus kulit baterai yang sudah terbuka juga berpengaruh terhadap nilai
tegangan, karena elektrolit menjadi lembab dan tidak kering. Sehingga menyebabkan nilai tegangan yang dihasilkan tidak maksimal.
h. Korosi pada baterai bekas, juga mempengaruhi nilai tegangan yang
87
5.2Saran
a. Melakukan penelitian dengan menggunakan sampah buah – buahan yang
lebih bervariasi, tidak hanya sampah kulit pisang dan juga durian.
b. Melakukan penelitian dengan media yang lebih baik lagi, yaitu dengan
membuat baterai sendiri menggunakan anoda dan katoda sendiri, bukan dari baterai bekas yang dapat dimanfaatkan sebagai penerang untuk belajar pada
DAFTAR PUSTAKA
1. Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti. Ed. ke-3. Jakarta: Penerbit Erlangga.
2. Ewing,”instrumental Methods of Chemical Analysis”,Edisi, Mc Graw -Hill 1985.
3. William H. Hayt, Jr, John A Buck. Medan Elektromagnetika. Edisi ke tujuh, Erlangga, Jakarta, 2002.
4. Ralph H, Petaruci, Kimia Dasar Jilid 2, Erlangga, Jakarta, 1999.
5. Robert, Kimia Fisika, Erlangga, Jakarta, 1987.
6. Rosenberg, Jerome L. 1985. Seri Buku Schaum Teori dan Soal-Soal Kimia Dasar. Ed. ke-6. Jakarta: Penerbit Erlangga.
7. C. Gancoli, Douglas. 2011. Fisika Edisi Kelima. Erlangga. Jakarta.
8. Benny Karyadi, 1997, Kimia 2, P.T. Balai Pustaka, Jakarta.
9. Hart Harold, 2007, Kimia Organik, Edisi II, Erlangga, Jakarta.
10. Oxtoby, D.W., Gillis, H.P., Nachtrieb, N.H. (2001) Prinsip-prinsip Kimia Modern. Edisi ke-4. Jilid 1. Diterjemahkan oleh S.S. Achmadi. Jakarta: Erlangga.
12. Shidiq Premono, Anis Wardani, Nur Hidayati, 2007, Kimia, P.T .Pustaka Insan Madani,Yogyakarta.
13. Purba,mechael.2006. kimia SMA Kelas XII.Jakarta: Erlangga.
14. Linsley, Trevor. 2004. Instalasi Listrik Dasar. Alih bahasa Mirza Satriwan. Editor Wibi Hardani, Wayan Santika. Jakarta : Erlangga.