AKUMULATOR

KONTRUKSI AKUMULATOR
Gambar 1 di bawah ini memperlihatkan konstruksi sebuah akumulator timah hitam.

Gambar 1. Konstruksi Akumulator Timah Hitam
Bagian-bagian akumulator timah hitam dan fungsinya adalah sebagai berikut :
1. Rangka, berfungsi sebagai rumah akumulator.
2. Kepala kutub positif, berfungsi sebagai terminal kutub positif.
3. Penghubung sel, berfungsi untuk menghubungkan sel-sel.
4. Tutup Ventilasi, berfungsi menutup lubang sel..
5. Penutup, berfungsi untuk menutup bagian atas akumulator.
6. Plat-plat, berfungsi sebagai bidang pereaktor.
7. Plat negatif, terbuat dari Pb, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.
8. Plat positif, terbuat dari PbO2, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.
9. Ruang sedimen, berfungsi untuk menampung kotoran.
10. Plastik pemisah, berfungsi untuk memisahkan plat positif dan negatif.
11. Sel-sel.

Plat positif (PbO 2) berwarna coklat, sedangkan plat negatif berwarna abu-abu. Plat positif berjumlah kurang satu dari jumlah plat-plat negatif.
Luas bidang reaksi plat positif
L = 2.p.l.n.
L = luas bidang plat positif (cm2)
p = panjang plat positif (cm)
l = lebar plat positif (cm)
n = jumlah plat positif tiap-tiap sel

Kapasitas tiap cm2 plat positif = 0,03 sampai dengan 0,05 AH (ampere jam). Tiap sel akumulator timah hitam menghasilkan tegangan 2 volt.

PRINSIP KERJA AKUMULATOR TIMAH HITAM
Pada akumulator timah hitam terjadi proses elektrokimia yang bersifat reversible (dapat berbalikan) yaitu proses pengisian dan proses pengosongan. Setiap molekul cairan elektrolit asam sulfat (H2SO2) akan terurai menjadi ion positif hidrogen (2H+) dan ion negatif sulfat (SO4--). Tiap ion negatif sulfat akan bereaksi dengan katoda (Pb) menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil melepaskan dua elektron. Dua ion hidrogen (2H+) akan bereaksi dengan anoda (PbO2) menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil mengambil dua elektron dan bersenyawa dengan atom oksigen membentuk H2O (mokekul air). Pengambilan dan pelepasan elektron dalam proses kimia ini akan menyebabkan timbulnya beda potensial antara katoda (kutub negatif) dan anoda (kutub positif).
Proses kimia di atas dapat dirumuskan sebagai berikut :
PbO2 + Pb + 2H2SO4 > PbSO4 + PbSO4 + 2H2O
(sebelum pengosongan) (setelah pengosongan)
Proses kimia ini terjadi dalam proses pengosongan akumulator timah hitam atau pada saat akumulator melayani beban. Setelah proses pengosongan, kedua plat negatif dan plat positif menjadi timah sulfat (PbSO4) dan cairan elektrolitnya menjadi cair (H2O), sehingga berat jenisnya akan berkurang.
Setelah mengalami pengosongan, agar dapat dipakai melayani beban maka akumulator harus diisi lagi dengan dialiri arus listrik DC. Pada proses pengisian akumulator dapat dirumuskan sebagai berikut :
PbSO2 + PbSO4 + 2H2O > PbO2 + Pb + 2H2SO4
Setelah proses pengisian, berat jenis cairan elektrolit akumulator akan
bertambah besar. Berat jenis larutan asam sulfat (asam belerang) H2SO4
sebelum pengisian adalah 1,190 gr/cm3 pada temperatur 15 oC (59 oF).
Setelah diisi penuh berat jenis elektrolitnya (asam sulfat) antara 1,205 – 1,215 gr/cm3.
Alat untuk mengukur berat jenis suatu larutan disebut hidrometer. Cara menggunakan hidrometer adalah dengan mencelupkan ujung pipa kacanya ke dalam larutan yang akan diukur berat jenisnya, kemudian dengan menekan bola karet dan kemudian melepaskannya, maka sejumlah larutan akan masuk ke dalam pipa kaca. Dengan demikian pelampung akan melayang dalam cairan dan besarnya berat jenis larutan tersebut sama dengan angka yang tepat terlihat pada permukaan larutan

LARUTAN ELEKTROLIT AKUMULATOR TIMAH HITAM
Larutan elektrolit adalah larutan senyawa dalam air yang dapat menghantarkan arus listrik dan menghasilkan ion-ion positif dan negatif. Larutan asam belerang (H2SO4) adalah elektrolit yang digunakan pada akumulator timah hitam. Larutan H2SO4 di dalam air dapat menghasilkan ion positif hidrogen (2H+) dan ion negatif sulfat (SO4 --).
Berat jenis larutan H2SO4 yang dibutuhkan untuk pengisian ke dalam sel akumulator timah hitam adalah 1,190 gr/cm3 pada temperatur 15oC (59oF). Berat jenis (BD) larutan H2SO4 dalam sel akumulator timah hitam kondisi terisi penuh adalah antara 1,205 sampai dengan 1,215 gr/cm3 pada temperatur 15oC (59oF).
Untuk membuat larutan asam belerang dengan berat jenis tertentu adalah dengan cara memasukkan air destilator (air akumulator) ke dalam bejana yang terbuat dari kaca atau plastik dengan volume tertentu. Selanjutnya campuran tersebut diaduk sampai larut dengan sempurna dengan menggunakan pengaduk plastik atau kayu yang bersih. Sebagai perbandingan dapat dilihat perbandingan antara asam belerang dan air akumulator untuk memperoleh larutan asam belerang dengan berat jenis tertentu pada Tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3. Perbandingan antara air murni dan larutan asam belerang dengan berat jenis 1,400 gr/cm3 untuk memperoleh 1 liter elektrolit.
Berat jenis
elektrolit Banyaknya
air murni Banyaknya asam belerang
pada temperatur 15oC
(59oF)
(gr/cm3) (liter) (liter) (liter)
1,100 0,785 0,225 0,315
1,110 0,761 0,249 0,349
1,120 0,739 0,272 0,381
1,200 0,546 0,467 0,654
1,230 0,470 0,543 0,760
1,240 0,445 0,568 0,795
1,250 0,418 0,596 0,832
1,260 0,392 0,620 0,868

PENGISIAN AKUMULATOR TIMAH HITAM
Setelah mengalamai proses pengosongan (dipakai melayani beban) atau akumulator yang masih baru, maka akumulator tersebut harus diisi lagi yaitu dialiri arus listrik DC yang besarnya tertentu.
Pengisian akumulator timah hitam yang masih baru dilakukan setelah akumulator diisi dengan larutan asam belerang (H2SO4) yang mempunyai berat jenis 1,19 gr/cm3 sampai batas maksimum. Cara pengisian dengan arus listrik DC terdiri dari dua tahap, yaitu :
• Tahap pertama dengan arus pengisian antara (0,07 s/d 0,14) x C selama 36 sampai dengan 74 jam. C adalah besarnya kapasitas akumulator. Dalam tahap pertama ini jika tegangan tiap sel mencapai 2,3 volt, maka arus pengisian diturunkan ke tahap kedua.
• Tahap kedua dengan arus pengisian sebesar 0,07 x C ampere. Jika tegangan tiap sel mencapai 2,65 volt sampai dengan 2,70 volt, maka proses pengisian dihentikan. Temperatur elektrolit tidak melebihi 38oC.
Pengisian akumulator timah hitam yang sudah pernah dipakai dilakukan dengan arus pengisian o,2 x C ampere selam a minimal 4 jam atau jika tegangan tiap sel telah mencapai 2,35 volt sampai dengan 2,40 volt.
Pengisian akumulator yang terus menerus disambung ke beban dengan arus pengisian 0,5 mA sampai dengan 1 mA x C. Besarnya tegangan larutan 2,15 volt/sel sampai dengan 2,20 volt/sel.
Akumulator dalam keadaan penuh (setelah diisi penuh), cairan elektrolitnya mempunyai berat jenis 1,205 sampai dengan 1,215 gr/cm3. Arus pengisian selama proses pengisian diusahakan tetap. Jika arus pengisian melebihi 0,5 x C ampere, maka dapat merusakkan pekat akumulator, sebaliknya bila arus pengisian kurang dari 0,1 x C ampere, maka proses pengisian membutuhkan waktu yang terlalu lama.