Sel Primer vs Sekunder: Baterai Sekali Pakai dan Isi Ulang, Kenapa Baterai Kering Bisa Bocor

Oleh Suhinar El · Seri Motor Academy: Listrik Dasar, Lesson 03: Listrik Arus (artikel 3 dari 7)

Sel primer hanya bisa dipakai sekali lalu dibuang, sedangkan sel sekunder bisa diisi ulang dengan mengalirkan arus ke arah berlawanan. Keduanya bekerja dengan susunan yang sama: dua pelat dari bahan berbeda yang dicelup ke dalam zat penghantar yang disebut elektrolit. Yang membedakan bukan bentuknya, melainkan apakah reaksi kimia di dalamnya bisa dibalik atau tidak. Baterai kering yang bocor dan merusak senter adalah akibat langsung dari sifat ini.

PERINGATAN: Jangan mengisi ulang baterai sekali pakai. Baterai yang tidak dirancang untuk diisi ulang bisa memanas, bocor, atau pecah bila dipaksa menerima arus pengisian.

Wadah sengnya bukan cuma bungkus. Ia salah satu dari dua elektrode yang ikut bereaksi dan ikut habis.

Cara Kerja Sebuah Sel

Semua sel, mahal atau murah, sekali pakai atau isi ulang, punya tiga bagian yang sama.

Ada dua pelat atau elektrode dari bahan yang berbeda, dan ada elektrolit yang membasahi keduanya. Reaksi kimia antara elektrolit dan salah satu elektrode melepaskan elektron ke dalam logam elektrode itu, sehingga elektron menumpuk di sana dan membuat sisi itu bermuatan lebih negatif daripada sisi seberangnya. Di elektrode satunya terjadi hal sebaliknya, sehingga di situ elektron justru berkurang.

Ketidakseimbangan itulah yang kita ukur sebagai tegangan. Begitu kedua elektrode dihubungkan lewat rangkaian luar, elektron mengalir dari sisi yang kelebihan menuju sisi yang kekurangan, dan arus mengalir.

Satu catatan soal istilah. Modul menyebut pelat negatif sebagai katode dan pelat positif sebagai anode. Dalam konvensi elektrokimia yang berlaku sekarang, pada sel yang sedang memberi arus, elektrode negatif justru disebut anode dan yang positif disebut katode, lalu peran keduanya bertukar saat sel diisi ulang. Karena penamaannya berbalik tergantung arah arus, di artikel ini saya memakai sebutan pelat positif dan pelat negatif supaya tidak ada yang tertukar.

Pengertian dasar sel dan baterai, termasuk kenapa aki 12 volt berisi enam sel, sudah dibahas di artikel sel dan baterai.

Sel Primer: Contohnya Sel Kering

Sel primer adalah sel yang reaksi kimianya hanya berjalan satu arah. Begitu salah satu bahannya habis, selesai.

Contoh yang paling akrab adalah sel kering, yang tegangannya 1,5 volt.

Susunannya begini. Wadah luarnya terbuat dari seng dan wadah itu sendiri adalah elektrode negatifnya, di tengahnya berdiri sebatang karbon sebagai elektrode positif, dan seluruh ruang di antara keduanya diisi pasta elektrolit yang kental.

Namanya sel kering, tetapi isinya sebenarnya tidak kering. Yang dimaksud kering adalah elektrolitnya berbentuk pasta kental, bukan cairan yang bisa tumpah, sehingga sel bisa dipakai dalam posisi apa pun. Kalau pastanya benar-benar mengering, selnya justru berhenti bekerja.

Satu catatan soal jenis. Modul menggambarkan sel seng-karbon yang elektrolitnya amonium klorida, jenis lama yang dulu mendominasi pasar. Sekarang kebanyakan baterai kering yang dijual adalah jenis alkaline dengan susunan kimia yang berbeda. Tegangannya tetap 1,5 volt dan prinsipnya tetap sama, jadi jangan menyimpulkan bahwa semua baterai kering memakai amonium klorida.

Kenapa Baterai Bisa Bocor dan Merusak Alat

Ini akibat langsung dari susunan tadi.

Ingat bahwa wadah seng bukan sekadar pembungkus. Ia salah satu elektrode, dan ia ikut terpakai oleh reaksi. Makin habis selnya, makin tipis dinding sengnya.

Pada saat yang sama, reaksi di dalam menghasilkan gas dan membuat isinya memuai, sehingga ada dua hal yang berjalan bersamaan dan keduanya bergerak ke arah yang sama buruknya: dindingnya menipis dari dalam sementara tekanan yang menekan dinding itu justru naik.

Kalau sel dibiarkan terus di dalam alat setelah habis, cepat atau lambat dinding seng itu tertembus, dan elektrolit merembes keluar. Elektrolit yang keluar bersifat korosif dan langsung menyerang pegas serta pelat kontak di dalam kompartemen baterai.

Produsen mengatasinya dengan memberi selubung baja di luar wadah seng, dan itu sebabnya baterai modern jauh lebih jarang bocor. Tetapi selubung itu memperlambat, bukan mencegah. Aturan praktisnya tetap satu: keluarkan baterai dari alat yang tidak akan dipakai berbulan-bulan.

Umur Simpan

Baterai yang disimpan pun tetap berkurang isinya.

Penyebabnya reaksi lokal kecil di dalam sel yang berjalan sendiri tanpa ada beban di luar. Reaksi ini tidak menghasilkan arus yang berguna, cuma menghabiskan bahan.

Kecepatannya naik seiring suhu. Itu sebabnya baterai cadangan sebaiknya disimpan di tempat yang sejuk dan kering, bukan di dalam laci dekat mesin atau di atas panel yang hangat.

Dua kebiasaan sederhana yang menolong di bengkel: beli baterai dalam jumlah wajar supaya cepat terpakai, dan pakai yang paling lama tersimpan lebih dulu.

Sel Sekunder: Bisa Diisi Ulang

Sel sekunder bekerja dengan prinsip yang sama persis. Bedanya reaksi kimianya bisa dibalik.

Saat dipakai, reaksinya berjalan maju dan sel memberi arus. Saat diisi, arus dari luar dipaksa masuk melawan arah itu dan reaksinya berjalan mundur, mengembalikan bahan elektrode ke bentuk semula.

Modul menyebut tiga jenis sel sekunder:

Jenis	Bahan elektrode	Elektrolit	Pemakaian khasnya
Timbal-asam	Timbal dan timbal dioksida	Asam sulfat	Aki kendaraan, forklift, UPS
Nikel-besi	Nikel dan besi	Alkali	Pemakaian industri lama yang tahan banting
Nikel-kadmium	Nikel dan kadmium	Alkali	Alat portabel dan catu daya darurat

Sejak modul ini ditulis, daftar itu bertambah. Baterai litium-ion dan litium besi fosfat sekarang mendominasi alat portabel dan kendaraan listrik, dan nikel-metal hidrida menggantikan sebagian besar pemakaian nikel-kadmium. Ketiganya adalah perluasan di luar modul, tetapi prinsip sel sekundernya tetap sama.

Soal aki timbal-asam, cara kerjanya dan bahaya saat mengisinya dibahas lengkap di artikel aki timbal-asam.

Yang rusak duluan selalu pegas kontaknya, dan itu bagian yang paling sulit diganti.

Merawat Baterai di Bengkel

Bagian ini perluasan di luar modul, dari kebiasaan yang terbukti mengurangi alat rusak.

• Keluarkan baterai dari alat yang disimpan. Alat ukur cadangan, senter darurat, dan remote yang jarang dipakai adalah korban paling umum kebocoran.
• Jangan mencampur sel baru dan lama dalam satu alat. Pada susunan seri, sel yang lebih lemah habis lebih dulu lalu dipaksa dibalik oleh sel-sel yang masih kuat, dan sel yang dibalik paksa inilah yang paling sering bocor.
• Simpan di tempat sejuk dan kering. Bukan di laci dekat mesin, bukan di atas panel.
• Pakai yang paling lama tersimpan lebih dulu. Beri tanggal pada kemasan saat barang masuk.
• Jangan mengisi ulang baterai sekali pakai, termasuk yang bentuknya persis sama dengan jenis isi ulang.

Sudut Pandang Workshop

Baterai adalah barang paling murah di bengkel dan penyebab kerusakan alat yang paling sering diabaikan.

Alat ukur yang rusak karena baterai bocor hampir tidak pernah tercatat sebagai kerusakan, karena orang cenderung menganggapnya nasib. Padahal polanya selalu sama persis: alat dipakai sekali, lalu masuk lemari dengan baterai masih terpasang di dalamnya, lalu dicari lagi enam bulan kemudian pada saat ia dibutuhkan mendadak.

Saya pernah kehilangan satu alat uji urutan fasa seperti itu. Bukan alat mahal, tetapi saat dibutuhkan ternyata kompartemen baterainya sudah berkerak hijau dan pegas kontaknya hancur. Pekerjaan hari itu tertunda bukan karena alatnya rusak berat, melainkan karena tidak ada yang tahu ia rusak.

Sejak itu aturannya sederhana dan tidak pernah saya tawar. Setiap alat yang masuk lemari untuk disimpan lebih dari sebulan, baterainya dikeluarkan dan ditaruh di kantong plastik yang ditempel di alat itu. Butuh sepuluh detik, dan sepuluh detik itu yang membedakan antara alat siap pakai dan alat yang harus diperbaiki saat sedang dibutuhkan.

Satu hal lagi yang pantas disebut. Teknisi sering mengira baterai yang masih menunjukkan tegangan penuh di multimeter berarti masih bagus. Itu tidak selalu benar, karena multimeter mengukur tanpa beban yang berarti. Baterai yang hampir habis bisa menunjukkan 1,5 volt saat diukur kosong, lalu langsung turun ke bawah 1 volt begitu alatnya dinyalakan. Cara memeriksanya adalah mengukur sambil alat itu bekerja, bukan sebelum.

Cek Pemahaman

1. Perangkat dasar yang menghasilkan listrik secara kimia disebut apa?
   Jawaban: sel.
2. Pelat positif pada sel disebut apa menurut modul?
   Jawaban kunci modul: anode. Catatan: konvensi elektrokimia sekarang menyebut elektrode positif sebagai katode saat sel sedang memberi arus.
3. Berapa tegangan satu sel kering?
   Jawaban: 1,5 volt.
4. Kenapa sel kering disebut kering padahal isinya tidak benar-benar kering?
   Jawaban: karena elektrolitnya berbentuk pasta kental, bukan cairan yang bisa tumpah.
5. Sebutkan tiga jenis sel sekunder yang disebut modul.
   Jawaban: timbal-asam, nikel-besi, dan nikel-kadmium.

Baca Juga

• Sel dan Baterai: Kenapa Aki 12 V Terdiri dari 6 Sel
• Cara Kerja Aki Timbal-Asam dan Bahaya Saat Mengisi
• Baterai Seri vs Paralel: Tegangan dan Kapasitas
• Cara Menggunakan Multimeter untuk Pemula
• 6 Cara Menghasilkan Listrik

Ringkasan

• Semua sel punya dua elektrode berbeda bahan dan satu elektrolit yang membasahi keduanya.
• Sel primer reaksinya satu arah dan tidak bisa dipulihkan setelah habis.
• Sel sekunder reaksinya bisa dibalik dengan arus pengisian dari luar.
• Sel kering bertegangan 1,5 volt dengan wadah seng sebagai elektrode negatif dan batang karbon sebagai positif.
• Disebut kering karena elektrolitnya pasta, bukan karena benar-benar tidak ada cairan.
• Wadah seng ikut terpakai sehingga menipis seiring sel habis.
• Baterai bocor karena dinding seng menipis sementara tekanan di dalam naik.
• Elektrolit yang merembes bersifat korosif dan merusak pegas serta pelat kontak alat.
• Umur simpan berkurang karena reaksi lokal di dalam sel, dan prosesnya lebih cepat pada suhu tinggi.
• Tiga jenis sel sekunder menurut modul adalah timbal-asam, nikel-besi, dan nikel-kadmium.

Pertanyaan yang Sering Muncul

Apa beda baterai primer dan sekunder?

Sel primer hanya bisa dipakai sekali karena reaksi kimianya berjalan satu arah dan tidak bisa dibalik, sehingga setelah bahannya habis sel itu harus diganti. Sel sekunder bisa diisi ulang karena arus dari luar yang dipaksa masuk melawan arah pemakaian akan membalik reaksinya dan mengembalikan bahan elektrode ke bentuk semula, dan contohnya adalah aki timbal-asam serta sel nikel-kadmium.

Kenapa baterai bisa bocor?

Karena wadah seng pada sel kering bukan sekadar pembungkus melainkan salah satu elektrode yang ikut terpakai oleh reaksi, sehingga dindingnya makin menipis seiring selnya habis. Pada saat yang sama reaksi di dalam menghasilkan gas yang menaikkan tekanan, jadi dinding yang menipis dari dalam akhirnya tertembus dan elektrolit korosif merembes keluar lalu menyerang pegas dan pelat kontak di dalam alat.

Apa itu elektrolit?

Elektrolit adalah zat penghantar yang membasahi kedua elektrode di dalam sel dan memungkinkan reaksi kimia berlangsung di antara keduanya. Bentuknya bisa cairan seperti asam sulfat pada aki, bisa pula pasta kental seperti pada sel kering, dan pada beberapa jenis sel elektrolit itu sendiri ikut terpakai dan terbentuk kembali mengikuti arah reaksinya.

Berapa tegangan satu sel kering?

Satu sel kering menghasilkan 1,5 volt, dan angka itu tidak bergantung pada ukuran selnya, sehingga baterai AAA, AA, C, dan D sama-sama 1,5 volt. Yang membedakan ukuran-ukuran itu adalah berapa banyak bahan reaksi yang bisa ditampung, jadi sel yang lebih besar bertahan lebih lama dan sanggup memberi arus lebih besar pada tegangan yang sama.

Apakah baterai sekali pakai boleh diisi ulang?

Tidak boleh, karena sel primer tidak dirancang untuk menerima arus pengisian dan reaksi kimianya memang tidak bisa dibalik. Memaksa arus masuk ke dalamnya menghasilkan gas dan panas di ruang tertutup yang tidak punya jalan keluar, sehingga selnya bisa memanas, bocor, atau pecah, dan bahaya ini tetap ada meski bentuk fisiknya persis sama dengan baterai isi ulang.

Sumber

• TPC Training, Basic Electricity and Electronics, Course 201, Lesson 3, bagian Electricity from Chemical Action, Primary Cells, dan Secondary Cells (modul internal Motor Academy).
• Kunci kuis modul nomor 1 (sel) dan nomor 2 (anode untuk pelat positif), dicantumkan apa adanya dengan catatan konvensi elektrokimia.
• Jenis sel sekunder modern di luar modul, yaitu litium-ion, litium besi fosfat, dan nikel-metal hidrida, ditandai sebagai perluasan.