Cara Kerja Aki Timbal-Asam dan Bahaya Saat Mengisi: Gas Mudah Terbakar dan Asam yang Menyembur

Oleh Suhinar El · Seri Motor Academy: Listrik Dasar, Lesson 03: Listrik Arus (artikel 1 dari 7)

Aki timbal-asam menyimpan tenaga dengan mengubah bahan pelatnya, dan setiap kali diisi ia melepaskan gas hidrogen yang mudah meledak. Campuran hidrogen dan udara sudah bisa meledak pada kadar 4 persen, dan tetap meledak sampai kadar 74 persen. Satu percikan kecil di rentang selebar itu cukup untuk memecahkan kotak aki dan menyemburkan asam sulfat ke segala arah. Karena itu urutan memasang kabel, kondisi ventilasi, dan alat pelindung diri bukan formalitas, melainkan bagian dari cara kerjanya.

PERINGATAN KESELAMATAN: Artikel ini penjelasan teknis, bukan pengganti prosedur resmi. Pekerjaan pengisian dan penanganan aki wajib mengikuti prosedur K3 dan petunjuk pabrikan yang berlaku di lokasi masing-masing, termasuk penyediaan alat pelindung diri dan fasilitas pencuci mata.

Enam ruang terpisah, masing-masing dengan pelat dan elektrolitnya sendiri, disambung berderet oleh batang penghubung di atas.

Isi Sebuah Aki

Satu sel aki punya tiga bahan utama. Ketiganya ikut bereaksi.

• Pelat negatif terbuat dari timbal murni berbentuk spons, berwarna abu-abu.
• Pelat positif terbuat dari timbal dioksida, berwarna cokelat tua.
• Elektrolit berupa larutan asam sulfat dalam air.

Perhatikan bahwa elektrolit di sini bukan sekadar penghantar yang menemani reaksi. Asam sulfat itu sendiri ikut dikonsumsi saat aki dipakai dan dibentuk kembali saat aki diisi, dan itulah sebabnya kepekatan elektrolit bisa dipakai untuk membaca sisa muatan.

Satu sel menghasilkan sekitar 2,1 volt saat penuh, tidak peduli seberapa besar pelatnya. Yang ditentukan oleh ukuran pelat bukan tegangan, melainkan berapa banyak arus yang sanggup diberikan dan berapa lama. Hubungan antara jumlah sel dan tegangan total sudah dibahas di artikel sel dan baterai.

Saat Aki Memberi Arus

Begitu aki dihubungkan ke beban, reaksi mulai berjalan di kedua pelat sekaligus, dan yang menarik adalah kedua pelat yang semula terbuat dari bahan berbeda justru bergerak menuju bahan akhir yang sama.

Asam sulfat dalam elektrolit bereaksi dengan kedua jenis pelat, dan hasilnya sama di kedua sisi: timbal sulfat. Pelat timbal berubah menjadi timbal sulfat, pelat timbal dioksida juga berubah menjadi timbal sulfat, dan air terbentuk sebagai sisa reaksi.

Dua akibat yang bisa diamati dari luar.

Pertama, kedua pelat lama-lama menjadi mirip satu sama lain. Kalau keduanya sudah sepenuhnya berubah menjadi timbal sulfat, tidak ada lagi perbedaan bahan di antara keduanya, dan sel berhenti menghasilkan tegangan.

Kedua, elektrolit menjadi makin encer karena asamnya terpakai dan airnya bertambah, dan inilah dasar pengukuran dengan hidrometer: makin encer elektrolitnya, makin rendah berat jenisnya, dan makin kosong isinya. Hidrometer membaca kimia, bukan listrik.

Saat Aki Diisi

Pengisian membalik reaksi tadi.

Arus dari luar dipaksa masuk melawan arah arus keluarnya, dan dorongan itu memecah timbal sulfat di kedua pelat kembali menjadi bahan aslinya. Pelat negatif kembali menjadi timbal, pelat positif kembali menjadi timbal dioksida, dan asam sulfat terbentuk lagi sehingga elektrolit kembali pekat.

Dua hal yang membedakan pengisian dari pemakaian, dan keduanya penting.

Pertama, reaksi ini tidak pernah 100 persen berbalik. Sebagian kecil timbal sulfat mengeras setiap siklus dan tidak mau ikut bereaksi lagi, dan penumpukan itulah yang perlahan mengurangi kapasitas aki. Prosesnya dipercepat kalau aki dibiarkan lama dalam keadaan kosong.

Kedua, dan ini yang berbahaya, sebagian arus pengisian tidak dipakai untuk membalik reaksi melainkan untuk memecah air di dalam elektrolit. Air terurai menjadi hidrogen dan oksigen, dan hidrogen itulah sumber bahayanya.

Kenapa Pengisian Aki Berbahaya

Tiga risiko yang disebut modul, dan ketiganya saling berkaitan.

Risiko	Penyebabnya	Akibat yang mungkin
Gas mudah terbakar	Hidrogen yang keluar saat pengisian	Menyala atau meledak bila ada percikan
Ledakan aki	Gas terkumpul di dalam kotak lalu tersulut	Kotak aki pecah dan pecahannya terlempar
Semburan asam	Elektrolit ikut terlempar saat kotak pecah	Luka bakar kimia pada mata dan kulit

Soal hidrogen, angkanya pantas diketahui karena membuat orang berhenti menyepelekannya. Hidrogen membentuk campuran yang bisa meledak dengan udara mulai dari kadar 4 persen sampai 74 persen menurut volume. Rentang itu sangat lebar dibanding gas lain, artinya hampir berapa pun kadar hidrogen yang sempat terkumpul di sekitar aki sudah masuk daerah berbahaya.

Satu hal yang sering jadi soal ujian dan pantas diluruskan di sini: panas berlebih sampai meleleh bukan risiko yang dicantumkan modul untuk pengisian aki. Tiga risiko yang dicantumkan adalah gas mudah terbakar, ledakan, dan semburan asam.

Urutan dan Aturan yang Harus Diikuti

Bagian ini perluasan di luar modul, diambil dari panduan keselamatan baterai yang umum dipakai, dan tetap harus dicocokkan dengan prosedur di lokasi masing-masing.

• Urutan memasang: positif dulu, negatif terakhir. Klem positif dipasang lebih dahulu, baru klem negatif.
• Urutan melepas: negatif dulu. Kebalikan dari memasang. Alasannya, selama kabel negatif masih terpasang, kunci yang tidak sengaja menyentuh terminal positif dan bodi sekaligus akan menimbulkan busur api besar.
• Sambungan terakhir dibuat jauh dari aki. Pada penyalaan bantu antar-kendaraan, ujung negatif yang terakhir dipasang ditempelkan ke blok mesin kendaraan yang akinya kosong, bukan ke terminal akinya. Dengan begitu percikan yang pasti muncul di sambungan terakhir terjadi jauh dari gas yang berkumpul di sekitar aki.
• Matikan pengisi sebelum melepas klem. Klem yang ditarik saat pengisi masih menyala menghasilkan percikan tepat di atas aki.
• Isi di ruang berventilasi baik, dan pada aki basah biarkan tutup selnya terbuka selama pengisian supaya gas tidak terkurung.

Alat pelindung diri untuk pekerjaan ini bukan sekadar sarung tangan. Yang disebut dalam panduan keselamatan baterai adalah kacamata pelindung, pelindung wajah penuh yang menutup sampai ke sisi, sarung tangan karet, apron tahan bahan kimia, dan sepatu tahan asam, jadi lima benda sekaligus dan bukan satu.

Soal pertolongan pertama, asam sulfat yang mengenai kulit atau mata disiram dengan air bersih mengalir minimal 15 menit, pakaian yang terkena dilepas segera, lalu korban dibawa ke tenaga medis. Fasilitas pencuci mata harus berada dalam jangkauan sepuluh detik dari area pengisian, bukan di ujung bengkel.

Empat hal ini dipasang di area pengisian, bukan di lemari arsip.

Untuk Apa Aki di Bengkel dan Pabrik

Di luar kendaraan, aki timbal-asam masih dipakai di banyak tempat, dan tiap pemakaian punya pola kerusakan sendiri.

Pemakaian	Ciri bebannya	Yang biasa jadi masalah
Starter mesin	Arus sangat besar, sangat singkat	Aki kosong karena mesin jarang dihidupkan
Forklift	Arus sedang, berjam-jam, siklus harian	Umur habis karena siklus, air elektrolit kurang
Lampu darurat dan UPS	Mengambang terus, jarang terpakai	Tidak ketahuan rusak sampai listrik benar-benar padam
Catu daya kontrol DC	Arus kecil dan tetap	Terminal berkerak, tahanan sambungan naik

Pola terakhir itu yang paling mengecoh. Aki yang terpasang mengambang di UPS atau panel kontrol kelihatan baik-baik saja selama bertahun-tahun karena memang tidak pernah dibebani sama sekali, lalu ternyata tidak sanggup apa-apa pada satu-satunya saat ia benar-benar dibutuhkan.

Sudut Pandang Workshop

Yang membuat aki berbahaya di bengkel bukan ketidaktahuan. Yang berbahaya rasa terbiasa. Orang memegang aki hampir setiap minggu, tidak pernah terjadi apa-apa, dan lama-lama perlindungannya dilepas satu per satu tanpa ada yang memutuskan untuk melepasnya.

Saya pernah melihat sendiri bagaimana itu berakhir. Seseorang melepas klem pengisi tanpa mematikan pengisinya lebih dulu, percikan kecil muncul tepat di atas tutup aki yang terbuka, dan ada suara letupan pendek. Akinya tidak sampai pecah, elektrolitnya cuma memercik sedikit, dan tidak ada yang terluka. Tetapi semua orang di ruangan itu berhenti bergerak selama beberapa detik, dan sejak hari itu tidak ada lagi yang melepas klem tanpa mematikan pengisinya.

Dua kebiasaan saya tegakkan setelahnya. Keduanya murah.

Pertama, area pengisian dipisahkan, diberi ventilasi, dan tidak dipakai untuk apa pun yang menghasilkan percikan. Gerinda, las, dan pemotong tidak boleh berada di ruang yang sama. Ini kedengarannya berlebihan sampai seseorang mengingatkan bahwa rentang ledak hidrogen itu dari 4 sampai 74 persen, dan bahwa gas itu naik lalu terkumpul di langit-langit.

Kedua, pencuci mata dipasang di dekat area itu, bukan di dekat pintu keluar. Lima belas menit penyiraman tidak bisa dimulai kalau orangnya masih harus berjalan sepuluh meter sambil matanya terbakar dan tidak bisa melihat ke mana ia melangkah.

Satu catatan terakhir soal kebiasaan yang tampak sepele. Kunci pas yang diletakkan di atas aki adalah salah satu penyebab kecelakaan paling umum dan paling mudah dicegah. Sekali kunci itu menyentuh terminal positif dan rangka sekaligus, arus hubung singkat dari sebuah aki penuh cukup untuk memerahkan kunci itu dalam hitungan detik. Jadi di tempat saya aturannya sederhana: tidak ada benda logam apa pun yang boleh diletakkan di atas aki, termasuk untuk sebentar.

Cek Pemahaman

1. Elektrolit pada sel aki mobil adalah apa?
   Jawaban: asam sulfat.
2. Mengisi aki berbahaya karena bisa menimbulkan hal berikut, kecuali apa?
   Jawaban: panas berlebih sampai meleleh. Tiga risiko yang dicantumkan modul adalah gas mudah terbakar, ledakan, dan semburan asam.
3. Kenapa aki 12 volt terdiri dari enam sel?
   Jawaban: karena satu sel timbal-asam menghasilkan sekitar 2,1 volt, sehingga enam sel seri memberi 12,6 volt.
4. Berapa rentang kadar hidrogen di udara yang bisa meledak?
   Jawaban: sekitar 4 sampai 74 persen menurut volume.
5. Apa urutan melepas kabel aki yang benar?
   Jawaban: negatif dulu, baru positif.

Baca Juga

• Sel dan Baterai: Kenapa Aki 12 V Terdiri dari 6 Sel
• Baterai Seri vs Paralel: Tegangan dan Kapasitas
• Listrik Statis di Area Bahan Mudah Terbakar
• Grounding Peralatan dan Ground Fault
• 6 Cara Menghasilkan Listrik

Ringkasan

• Satu sel aki berisi pelat timbal, pelat timbal dioksida, dan elektrolit asam sulfat.
• Satu sel penuh menghasilkan sekitar 2,1 volt, sehingga aki enam sel memberi 12,6 volt.
• Saat aki dipakai, kedua pelat sama-sama berubah menjadi timbal sulfat dan elektrolit mengencer.
• Saat aki diisi, arus dari luar membalik reaksi itu dan elektrolit kembali pekat.
• Reaksi tidak pernah berbalik sempurna, dan sisa timbal sulfat yang mengeras mengurangi kapasitas.
• Sebagian arus pengisian memecah air menjadi hidrogen dan oksigen.
• Hidrogen meledak pada kadar 4 sampai 74 persen volume di udara, rentang yang sangat lebar.
• Tiga risiko pengisian menurut modul adalah gas mudah terbakar, ledakan, dan semburan asam.
• Pasang klem positif lebih dulu, lepas klem negatif lebih dulu, dan matikan pengisi sebelum melepas.
• Asam yang mengenai kulit atau mata disiram air bersih minimal 15 menit.

Pertanyaan yang Sering Muncul

Kenapa aki 12 volt terdiri dari 6 sel?

Karena satu sel timbal-asam menghasilkan sekitar 2,1 volt saat penuh, berapa pun ukuran pelatnya, sehingga enam sel yang dirangkai seri menghasilkan total 12,6 volt. Yang ditentukan oleh ukuran pelat bukan tegangannya melainkan berapa besar arus yang sanggup diberikan dan berapa lama, jadi aki besar dan aki kecil sama-sama 12 volt selama jumlah selnya enam.

Apa isi aki mobil?

Setiap sel berisi pelat negatif dari timbal berbentuk spons berwarna abu-abu, pelat positif dari timbal dioksida berwarna cokelat tua, dan elektrolit berupa larutan asam sulfat dalam air. Asam sulfat di sini bukan sekadar penghantar yang menemani reaksi, karena ia ikut terpakai saat aki dipakai dan terbentuk lagi saat aki diisi, dan itulah sebabnya kepekatannya bisa dipakai membaca sisa muatan dengan hidrometer.

Kenapa aki bisa meledak saat diisi?

Karena sebagian arus pengisian tidak dipakai membalik reaksi melainkan memecah air di dalam elektrolit menjadi hidrogen dan oksigen, dan hidrogen yang terkumpul di dalam kotak aki atau di sekitarnya bisa tersulut oleh percikan sekecil apa pun. Hidrogen membentuk campuran yang bisa meledak dengan udara pada kadar 4 sampai 74 persen volume, rentang yang sangat lebar, sehingga hampir berapa pun gas yang sempat terkumpul sudah masuk daerah berbahaya.

Gas apa yang keluar saat aki diisi?

Gas utamanya hidrogen, yang terbentuk ketika sebagian arus pengisian memecah air di dalam elektrolit, dan hidrogen inilah yang mudah terbakar serta meledak. Karena gas ini lebih ringan daripada udara, ia naik dan terkumpul di bagian atas ruangan, sehingga area pengisian harus berventilasi baik dan tutup sel pada aki basah dibiarkan terbuka selama pengisian.

Apakah aki bisa diisi ulang tanpa batas?

Tidak, karena reaksi pengisian tidak pernah berbalik seratus persen dan sebagian kecil timbal sulfat mengeras di permukaan pelat pada setiap siklus tanpa mau ikut bereaksi lagi. Penumpukan itulah yang perlahan mengurangi kapasitas aki sampai akhirnya tidak sanggup lagi menjalankan bebannya, dan prosesnya jauh lebih cepat kalau aki sering dibiarkan lama dalam keadaan kosong.

Sumber

• TPC Training, Basic Electricity and Electronics, Course 201, Lesson 3, bagian Secondary Cells dan Batteries (modul internal Motor Academy).
• Purdue University, Ray W. Herrick Laboratories, Battery Safety, untuk rentang ledak hidrogen 4 sampai 74 persen volume, urutan pemasangan dan pelepasan kabel, serta daftar alat pelindung diri.
• IAEI Magazine, A Safety Guide for Working with Batteries, untuk urutan pemasangan klem, keharusan mematikan pengisi sebelum melepas klem, ventilasi area pengisian, dan penyiraman 15 menit pada paparan asam.