Penggunaan sel volta dalam kehidupan sehari-hari

1)      Aki

Nilai sel terletak pada kegunaannya. Diantara berbagai sel, sel timbal (aki) telah digunakan sejak 1915. Berkat sel ini, mobil/sepeda motor dapat mencapai mobilitasnya, dan akibatnya menjadi alat transportasi terpenting saat ini. Baterai timbal dapat bertahan kondisi yang ekstrim (temperatur yang bervariasi, shock mekanik akibat jalan yang rusak, dll) dan dapat digunakan secara kontinyu beberapa tahun. Aki adalah jenis baterai yang banyak digunakan untuk kendaraan bermotor. Aki menjadi pilihan praktis karena dapat menghasilkan listrik yang cukup besar dan dapat di isi kembali. Sel aki terdiri atas anode Pb (Timbel = timah hitam) dan katode PbO2 (Timbel(IV) Oksida). Keduanya merupakan zat padat yang dicelupkan dalam asam sulfat. Kedua eletrode tersebut juga hasil reaksinya tidak larut dalam asam sulfat, sehingga tidak diperlukan jembatan garam. Tiap sel aki mempunyai beda potensial kurang lebih 2V. Aki 12V terdiri atas 6 sel yang dihubungkan seri.Aki dapat di isi kembali karena hsil-hasil reaksi pengosongan aki tetap melekat pada kedua elektrode. Pengisian aki dilakukan dengan membalik arah aliran elektron pada kedua elektrode. Pada pengosongan aki, anode (Pb) mengirim elektron pada katode, sebaliknya pada pengisian aki elektrode Pb dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus sehingga PbSO4 yang terdapat pada elektrode Pb itu direduksi. Sementara itu PbSO4 yang terdapat pada elektrode PbO2 mengalami oksidasi membentuk PbO2.

Sel aki disebut juga sebagai sel penyimpan, karena dapat berfungsi penyimpan listrik dan pada setiap saat dapat dikeluarkan . Anodenya terbuat dari logam timbal (Pb) dan katodenya terbuat dari logam timbal yang dilapisi PbO₂.

Reaksi penggunaan aki :

Anode             :        Pb + SO4 ^2- ↔ PbSO₄ + 2e

Katode                        :        PbO₂ + SO₄^2-+ 4H⁺+ 2e ↔ PbSO₄ + 2H₂O

Reaksi sel        :        Pb + 2SO₄ ^2- + PbO₂ + 4H⁺ ↔ 2PbSO₄ + 2H₂O

Reaksi Pengisian aki :

2PbSO₄ + 2H₂O ↔ Pb + 2SO₄ ^2- + PbO₂ + 4H⁺

dan kedua elektroda dicelupkan dalam larutan elektrolit asam sulfat (H₂SO₄). Reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut : :

Anoda Pb (-)        :   Pb + SO₄^2-                              →  PbSO₄ + 2e^–
Katoda PbO₂ (+)  :   PbO₂ + SO₄^2- + 4H⁺  + 2e^–    →  PbSO₄ + 2H₂O
Reaksi total          :   Pb + PbO₂ + 4H⁺ + 2SO₄^2-     →  2PbSO₄  + 2H₂O

Kondisi Saat aki digunakan :

Saat aki menghasilkan listrik, Anoda Pb dan katoda PbO₂ bereaksi dengan SO₄^2- menghasilkan PbSO₄. PbSO₄ yang dihasilkan dapat menutupi permukaan lempeng anoda dan katoda. Jika telah terlapisi seluruhnya maka lempeng anoda dan katoda tidak berfungsi. Akibatnya aki berhenti menghasilkan listrik.

Saat aki menghasilkan listrik dibutuhkan ion H⁺ dan ion SO₄^2- yang aktif bereaksi. akibatnya jumlah ion H⁺ dan ion SO₄^2- pada larutan semakin berkurang dan larutan elektrolit menjadi encer maka arus listrik yang dihasilkan dan potensial aki semakin melemah.

Oleh karena reaksi elektrokimia pada aki merupakan reaksi kesetimbangan (reversibel) maka dengan memberikan arus listrik dari luar ( mencas ) keadaan 2 elektroda (anoda dan katoda) yang terlapisi dapat kembali seperti semula. demikian pula ion akan terbentuk lagi sehingga konsentrasi larutan elektrolit naik kembali seperti semula.

Anoda PbO₂ ( - )  :   PbSO₄ + 2H₂O    →  PbO₂  + 4H⁺  + SO₄^2- + 2e^–      
Katoda Pb ( + )    :   PbSO₄ + 2e^–           →  Pb + SO₄^2-                               

Reaksi total           :   2PbSO₄  + 2H₂O →   Pb + PbO₂ + 4H⁺ + 2SO₄^2-       

Selama proses penggunaan maupun pengecasan aki terjadi reaksi sampingan yaitu elektrolisis air dan tentu saja ada air yang menguap dengan demikian penting untuk menambahkan air terdistilasi ke dalam baterai timbal. Baru-baru ini jenis baru elektroda yang terbuat dari paduan timbal dan kalsium, yang dapat mencegah elektrolisis air telah dikembangkan. Baterai modern dengan jenis elektroda ini adalah sistem tertutup dan disebut dengan baterai penyimpan tertutup yang tidak memerlukan penambahan air.

2)                  Baterai / Sel Kering / Sel Lelanche

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

Baterai yang sering kita gunakan disebut juga sel kering atau sel Lecanche. Dikatakan sel kering karena jumlah air yang dipakai sedikit (dibatasi). Sel ini terdiri atas:
Anode : Logam seng (Zn) yang dipakai sebagai wadah.

Katode : Batang karbon (tidak aktif).

Elektrolit : Campuran berupa pasta yang terdiri dari MnO2,NH4Cl, dan sedikit air.

Reaksi:

Anode : Zn(s) --->Zn²⁺(aq) + 2 e^–

b)                  Katode :2 MnO2(s) + 2 NH4⁺(aq) + 2 e–--->Mn2O3(s) + 2 NH3(g) + H2O(l)



b)  Baterai Alkaline

Pada baterai alkaline dapat dihasilkan energi dua kali lebih besar dibanding baterai biasa. Sel ini terdiri atas:

Anode : Logam seng (Zn) yang sama seperti baterai biasa digunakan sebagai wadah.

Katode : Oksida mangan (MnO2 ).

Elektrolit : Kalium hidroksida (KOH).

Reaksi:

Anode : Zn(s)---> Zn²⁺(aq) + 2 e^–

Katode : 2 MnO2+ H2O + 2 e^–--->Mn2O3 + 2 OH^–

Ion Zn²⁺ bereaksi dengan OH^– membentuk Zn(OH) .

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

d)     Baterai Perak Oksida

Susunan baterai perak oksida yaitu Zn (sebagai anode), Ag2O (sebagai katode), dan pasta KOH sebagai elektrolit.reaksinya sebagai berikut:

Anode :Zn + 2OH- Zn(OH)2 + 2e
Katode :Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2OH-
Baterai perak oksida memiliki potensial sel sebesar 1,5 volt dan bertahan dalam waktu yang lama.Kegunaan baterai jenis ini adalah untuk arloji,kalkulator dan berbagai jenis peralatan elektrolit lainnya.

3)      Sel Bahan Bakar

Sel Bahan bakar merupakan sel Galvani dengan pereaksi – pereaksinya (oksigen dan hidrogen) dialirkan secara kontinyu ke dalam elektrode berpori. Sel ini terdiri atas anode dari nikel, katode dari nikel oksida dan elektrolit KOH.

Reaksi yang terjadi :

Anode              :        2H2(g) + 4OH-(aq) → 4H2O(l) + 4e

Katode             :        O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH-(aq)

Reaksi sel         :        2H2(g) + O2 → 2H2O(l)

Sel seperti ini biasa di gunakan untuk sumber listrik pada pesawat luar angkasa.

4)                  Proses dalam penyepuhan

Elektroplating atau penyepuhan merupakan proses pelapisan permukaan logam dengan logam lain. Misalnya tembaga dilapisi dengan emas dengan menggunakan elektrolit larutan emas (AuCl3).
Emas (anoda) : Au(s) → Au3+(aq) + 3e (oksidasi)
Tembaga (katoda) : Au3+(aq) + 3e → Au(s) (reduksi)
Dari persamaan reaksi tampak pada permukaan tembaga akan terjadi reaksi reduksi Au3+(aq) + 3e → Au(s). Dengan kata lain emas Au terbentuk pada permukaan tembaga dalam bentuk lapisan tipis. Ketebalan lapisan juga dapat diatur sesuai dangan lama proses reduksi. Semakin lama maka lapisan yang terbentuk semakin tebal.

5)                  Proses Sintesa

Sintesa atau pembuatan senyawa basa, cara elektrolisa merupakan teknik yang handal. Misalnya pada pembuatan logam dari garam yaitu K, Na dan Ba dari senyawa KOH, NaOH, Ba(OH)2, hasil samping dari proses ini adalah terbentuknya serta pada pembuatan gas H2, O2, dan Cl2. Seperti reaksi yang telah kita bahas. Dalam skala industri, pembuatan Cl2 dan NaOH dilakukan dengan elektrolisis larutan NaCl dengan reaksi sebagai berikut:

6)         Proses pemurnian logam

Proses pemurnian logam juga mengandalkan proses elektrolisa. Proses pemurnian tembaga merupakan contoh yang menarik dan mudah dilaksanakan. Pemurnian ini menggunakan elektrolit yaitu CuSO4. Pada proses ini tembaga yang kotor dipergunakan sebagai anoda, dimana zat tersebut akan mengalami oksidasi, Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e
Reaksi oksidasi ini akan melarutkan tembaga menjadi Cu2+. Dilain pihak pada katoda terjadi reaksi reduksi Cu2+ menjadi tembaga murni. Mula-mula Cu2+berasal dari CuSO4, dan secara terus menerus digantikan oleh Cu2+ yang berasal dari pelarutan tembaga kotor. Proses reaksi redoks dalam elektrolisis larutan CuSO4 adalah :

CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO42Ͳ(aq)
Katoda: Cu2+(aq) + 2e → Cu(s)
Anoda : Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e

Pengotor tembaga umumnya terdiri dari perak, emas, dan platina. Oleh karena E0 unsur Ag, Pt dan Au > dari E0 Cu, maka ketiga logam tidak larut dan tetap berada di anoda biasanya berupa lumpur. Demikian juga jika pengotor berupa Fe atau Zn, unsur ini dapat larut namun cukup sulit tereduksi dibandingkan Cu, sehingga tidak mengganggu proses reduksi Cu.