Tanya-Jawab Awam Tentang Baterai (II)

Hai wise-reader sekalian! Sepertinya antusiasme sama tanya-jawab awam tentang baterai part 1 kemarin cukup bagus kalau dilihat dari statistiknya. Oke, setelah memilah dan memilih pertanyaan awam selanjutnya, akhirnya diputuskan untuk menjawab tiga pertanyaan yang masuk ke salah satu frequently asked questions (FAQs) tentang baterai yang cukup mengalami misinterpretation selama ini. Yuk disimak!

Baterai silinder untuk jam dan mini-4WD berbeda?

Nah, pertanyaan selanjutnya ini unik. Ketahuan sekali yang melontarkan pertanyaan adalah generasi 1990an yang masih sempat melihat primary battery di film Laskar Pelangi dijemur dulu sebelum dipakai lagi sambil main mobil mini-4WD atau crush gear.

Kenapa ya, jaman dulu baterai jam dinding kok ada peringatan tidak boleh diisi ulang sedangkan baterai untuk mobil mini-4WD boleh?

Perbedaan primary dan secondary battery

Terima kasih untuk pertanyaan menariknya! Cukup membuat berpikir sejenak waktu pertanyaan ini masuk ke WhatsApp, kira-kira dari mana harus menjelaskannya ya. Tapi akhirnya diputuskan bahwa jawaban dari pertanyaan ini harus diawali dengan beda dari definisi primary battery dan secondary battery. Mari kita coba perhatikan tabel di bawah ini!

Nah, dari tabel di atas, kita bisa jelaskan berdasarkan contohnya. Baterai jam dinding itu biasanya terdiri atas konfigurasi Zn-C atau alkaline. Mengapa tak boleh diisi ulang? Hal ini dilandaskan pada produk akhir dari hasil penggunaannya (material hasil reaksinya).

Ada apa di balik baterai Zn-C dan rechargeable battery?

Kita ambil contohnya untuk Zn-C, yang sebenarnya lebih tepat kalau disebut Zn-C/Mn, karena faktanya Zn di sini bertindak sebagai anoda dan campuran grafit/MnO₂ adalah katodanya. Elektrolit yang digunakan adalah amonium klorida (NH₄Cl) atau ZnCl₂. Nah, karbonnya di mana? Karbonnya bertindak sebagai konduktor (current collector) karena kebanyakan logam akan mudah terkorosi oleh elektrolitnya. Katoda di konfigurasi baterai Zn-C terdiri atas campuran bubuk grafit dan mangan oksida, MnO₂, yang diletakkan menyelubungi batang karbon yang menempel langsung dengan sisi positif baterai.

Silakan cari reaksi panjangnya di mesin pencari, tapi yang pasti, opsi produk-produk hasil dari reaksinya adalah ZnCl₂, Mn₂O₃, dan NH₄OH (untuk elektrolit NH₄Cl). Lalu, untuk elektrolit ZnCl₂ produk akhirnya adalah Mn₂O₃ dan Zn(OH)₂. Produk-produk tersebut tidak dapat diuraikan kembali menjadi seperti semula hanya dengan diberi arus listrik. Bahkan, ada beberapa kejadian primary battery meledak saat diisi ulang. Sederhananya ya karena memang bukan peruntukannya.

Lalu untuk baterai mobil mini-4WD kan seringnya pakai Ni-Cd, Ni-MH, atau rechargeable alkaline battery. Atau kalau generasi sekarang juga bisa pakai cylindrical cell dari baterai ion litium yang ukurannya AA. Semuanya sudah jelas kalau bisa diisi ulang karena reaksi di dalamnya reversible. Untuk keunggulan masing-masingnya bisa kita bahas lain waktu.

Tentang pengurangan kapasitas baterai dari aslinya

Selanjutnya, ada lagi pertanyaan menarik yang masih berhubungan dengan pertanyaan sebelumnya.

Dari pertanyaan ini, sepertinya jelas sekali si penanya sangat mengidolakan gurunya. Karena statement-nya masih diingat secara detail. Jawabannya: “Iya, sebagian pernyataan beliau benar, tapi ada mekanisme yang perlu diperbaiki.”

Fenomena memory effect

Untuk fenomena tersebut disebut memory effect yang biasa terjadi pada baterai dengan konfigurasi berbasis nikel (contoh: Ni-Cd dan Ni-MH, atau bahkan ada juga jenis alkaline battery tertentu yang bisa di-recharge). Ada dua paper yang bisa dipelajari sebagai referensi:

1. Cause of the memory effect observed in alkaline secondary batteries using nickel electrode
2. Mechanism of the memory effect in “Nickel” electrodes

Mekanisme yang benar untuk menjelaskan kenapa memory effect terjadi adalah justru karena baterai digunakan belum sampai pada kondisi discharge optimal, tapi sudah diisi ulang (di-recharge) lagi. Atau kemungkinan lainnya adalah baterainya dibiarkan terhubung dengan colokan terlalu lama dari seharusnya (overcharging).

Penyebabnya?

Kalau dari sisi penyebab secara makro, sepertinya aktivitas di atas sudah cukup menjelaskan. Tapi kalau untuk penyebab di dalam battery cell-nya, adalah karena pembentukan fase material tertentu. Secara umum kesalahan ditimpakan pada pembentukan Ni₅Cd₂₁ di sisi anoda pada baterai Ni-Cd. Akan tetapi, kalau berdasarkan temuan dua riset di atas, memory effect terjadi pada Ni-Cd karena pembentukan fase HNi₂O₃ dalam bentuk amorf ketika overcharging (atau membiarkan baterai dialiri arus listrik padahal sudah penuh). Lalu, untuk rechargeable alkaline battery biang keladinya adalah fase γ-NiOOH (gamma-nickel oxyhydroxide).

Fase-fase penyebab memory effect itu bisa hilang, asal penggunaan baterainya harus dijaga normal kembali dalam beberapa kali siklus charge–discharge. Tidak boleh ada overcharging ataupun buru-buru diisi ulang sebelum benar-benar di bawah 20%. Catatan: hal tersebut (memory effect) hanya terjadi pada baterai konvensional berbasis nikel (Ni-Cd, Ni-MH, atau rechargeable alkaline battery). Untuk baterai ion litium, hingga tiga dekade pasca komersialisasi tidak ditemukan fenomena tersebut terjadi.

Pertanyaan tentang fast charging

Minta penjelasan ilmiah tentang fast charging dong!

Untuk topik fast charging sepertinya akan panjang kalau dibahas lagi di sini. Karena sebelumnya sudah pernah ada tulisan yang membahas khusus tentang itu, silakan langsung menuju ke artikel berjudul Ngobrolin Fast Charging dari Sudut Pandang Materialist. Tapi kalau misal perlu ada yang diobrolkan lebih lanjut, tapi informasinya tidak tersedia di artikel tersebut, silakan langsung ditanyakan ya!

Epilog edisi kedua

Dari artikel edisi kedua ini tentunya wise reader jadi lebih tahu tentang jenis-jenis baterai juga dong ya? Yuk terus belajar!

Ternyata banyak yang tertarik dengan bahasan penyimpan daya dan perbateraian. Sepertinya ini sinyal-sinyal series artikel ini akan berlanjut di edisi-edisi berikutnya. Untuk yang ingin memberikan insight jangan sungkan untuk tinggalkan komentar ya. Sampai jumpa di edisi berikutnya!