Berbagai jenis baterai dan aplikasinya

Baterai adalah kumpulan satu atau lebih sel yang mengalami reaksi kimia untuk menciptakan aliran elektron dalam suatu rangkaian. Ada banyak penelitian dan kemajuan yang terjadi dalam teknologi baterai, dan sebagai hasilnya, teknologi terobosan sedang dialami dan digunakan di seluruh dunia saat ini. Baterai mulai digunakan karena kebutuhan untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan. Sebanyak jumlah energi yang dihasilkan, penting untuk menyimpan energi agar dapat digunakan saat pembangkitan mati atau ketika ada kebutuhan untuk menyalakan perangkat mandiri yang tidak dapat ditambatkan ke suplai dari listrik. Di sini perlu dicatat bahwa hanya DC yang dapat disimpan di baterai, arus AC tidak dapat disimpan.

Sel baterai biasanya terdiri dari tiga komponen utama;

Anoda (Elektroda Negatif)
Katoda (Elektroda Positif)
Elektrolit

Anoda adalah elektroda negatif yang menghasilkan elektron ke sirkuit eksternal yang dihubungkan dengan baterai. Saat baterai dihubungkan, pembentukan elektron dimulai di anoda yang menyebabkan perbedaan potensial antara kedua elektroda. Elektron secara alami kemudian mencoba untuk mendistribusikan kembali dirinya sendiri, hal ini dicegah oleh elektrolit, jadi ketika rangkaian listrik terhubung, ia memberikan jalur yang jelas bagi elektron untuk berpindah dari anoda ke katoda sehingga memberi daya pada rangkaian yang terhubung dengannya. Dengan mengubah susunan dan bahan yang digunakan untuk membangun Anoda, Katoda, dan Elektrolit, kami dapat mencapai berbagai jenis kimia baterai yang memungkinkan kami merancang berbagai jenis sel baterai. Pada artikel ini mari kita pahami berbagai jenis baterai dan penggunaannya, jadi mari kita mulai.

Jenis Baterai

Baterai secara umum dapat diklasifikasikan ke dalam kategori dan jenis yang berbeda, mulai dari komposisi kimia, ukuran, faktor bentuk, dan kasus penggunaan, tetapi di bawah semua ini ada dua jenis baterai utama;

Baterai Primer
Baterai Sekunder

Mari kita lihat lebih dalam untuk memahami perbedaan utama antara sel Primacy dan Sel Sekunder.

1. Baterai Primer

Baterai primer adalah baterai yang tidak dapat diisi ulang setelah habis. Baterai primer terbuat dari sel elektrokimia yang reaksi elektrokimianya tidak dapat dibalik.

Baterai primer ada dalam berbagai bentuk mulai dari sel koin hingga baterai AA. Mereka biasanya digunakan dalam aplikasi mandiri di mana pengisian daya tidak praktis atau tidak mungkin. Contoh yang baik adalah di perangkat kelas militer dan peralatan bertenaga baterai. Tidak praktis menggunakan baterai yang dapat diisi ulang karena mengisi ulang baterai akan menjadi hal terakhir yang ada dalam pikiran para prajurit. Baterai primer selalu memiliki energi spesifik yang tinggi dan sistem yang menggunakannya selalu dirancang untuk mengonsumsi daya dalam jumlah kecil agar baterai dapat bertahan selama mungkin.

Beberapa contoh perangkat lain yang menggunakan baterai primer meliputi; Pembuat kecepatan, pelacak hewan, jam tangan, remote control, dan mainan anak-anak untuk menyebutkan beberapa.

Jenis baterai primer yang paling populer adalah baterai alkaline. Mereka memiliki energi spesifik yang tinggi dan ramah lingkungan, hemat biaya dan tidak bocor bahkan ketika sudah habis. Mereka dapat disimpan selama beberapa tahun, memiliki catatan keselamatan yang baik dan dapat dibawa dengan pesawat tanpa tunduk pada Transportasi PBB dan peraturan lainnya. Satu-satunya kelemahan baterai alkaline adalah arus beban rendah, yang membatasi penggunaannya pada perangkat dengan kebutuhan arus rendah seperti remote control, senter, dan perangkat hiburan portabel.

2. Baterai Sekunder

Baterai sekunder adalah baterai dengan sel elektrokimia yang reaksi kimianya dapat dibalik dengan menerapkan tegangan tertentu ke baterai dalam arah yang dibalik. Juga disebut sebagai baterai yang dapat diisi ulang, sel sekunder tidak seperti sel primer dapat diisi ulang setelah energi pada baterai habis.

Mereka biasanya digunakan dalam aplikasi pengurasan tinggi dan skenario lain di mana akan terlalu mahal atau tidak praktis untuk menggunakan baterai pengisian tunggal. Baterai sekunder berkapasitas kecil digunakan untuk memberi daya pada perangkat elektronik portabel seperti ponsel, dan gadget serta peralatan lainnya sementara baterai tugas berat digunakan untuk memberi daya pada beragam kendaraan listrik dan aplikasi pengurasan tinggi lainnya seperti perataan beban dalam pembangkit listrik. Mereka juga digunakan sebagai sumber daya mandiri bersama Inverter untuk memasok listrik. Meskipun biaya awal untuk memperoleh baterai yang dapat diisi ulang selalu jauh lebih tinggi daripada baterai primer, tetapi mereka adalah yang paling hemat biaya dalam jangka panjang.

Baterai sekunder selanjutnya dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis lain berdasarkan kimianya . Ini sangat penting karena kimiawi menentukan beberapa atribut baterai termasuk energi spesifiknya, masa pakai siklus, umur simpan, dan harga.

Berikut ini adalah berbagai jenis baterai isi ulang yang umum digunakan.

Litium-ion (Li-ion)
Nikel Kadmium (Ni-Cd)
Nikel-Logam Hidrida (Ni-MH)
Timbal-Asam

1. Baterai Nikel-Kadmium

Baterai nikel-kadmium (baterai NiCd atau baterai NiCad) adalah jenis baterai isi ulang yang dikembangkan menggunakan nikel oksida hidroksida dan kadmium logam sebagai elektroda. Baterai Ni-Cd unggul dalam menjaga voltase dan menahan muatan saat tidak digunakan. Namun, baterai NI-Cd dengan mudah menjadi korban dari efek "memori" yang ditakuti ketika baterai yang terisi sebagian diisi ulang, menurunkan kapasitas baterai di masa mendatang.

Dibandingkan dengan jenis sel yang dapat diisi ulang lainnya, baterai Ni-Cd menawarkan siklus hidup dan kinerja yang baik pada suhu rendah dengan kapasitas yang wajar, tetapi keunggulan paling signifikannya adalah kemampuannya untuk memberikan kapasitas terukur penuh pada tingkat pelepasan yang tinggi. Mereka tersedia dalam berbagai ukuran termasuk ukuran yang digunakan untuk baterai alkaline, AAA hingga D. Sel Ni-Cd digunakan secara individu atau dirakit dalam kemasan dua sel atau lebih. Paket kecil digunakan dalam perangkat portabel, elektronik dan mainan sementara yang lebih besar dapat digunakan pada baterai starter pesawat, kendaraan listrik, dan catu daya siaga.

Beberapa sifat baterai Nikel-Kadmium tercantum di bawah ini.

Energi Spesifik: 40-60W-h / kg
Densitas Energi: 50-150 Wh / L.
Daya Spesifik: 150W / kg
Efisiensi pengisian / pengosongan: 70-90%
Tingkat self-discharge: 10% / bulan
Daya tahan siklus / umur: 2000 sepeda

2. Baterai Hidrida Logam-Nikel

Nickel metal hydride (Ni-MH) adalah jenis konfigurasi kimia lain yang digunakan untuk baterai isi ulang. Reaksi kimia pada elektroda positif baterai mirip dengan reaksi kimia pada sel nikel-kadmium (NiCd), dengan kedua jenis baterai menggunakan nikel oksida hidroksida (NiOOH) yang sama. Namun, elektroda negatif dalam Nikel-Logam Hidrida menggunakan paduan penyerap hidrogen, bukan kadmium yang digunakan dalam baterai NiCd.

Baterai NiMH dapat digunakan pada perangkat yang menghabiskan banyak tenaga karena kapasitas dan kepadatan energinya yang tinggi. Baterai NiMH dapat memiliki kapasitas dua hingga tiga kali lipat dari baterai NiCd dengan ukuran yang sama, dan kepadatan energinya dapat mendekati baterai lithium-ion. Tidak seperti kimia NiCd, baterai yang didasarkan pada kimia NiMH tidak rentan terhadap efek "memori" yang dialami NiCads.

Di bawah ini adalah beberapa sifat baterai berdasarkan kimia Nikel-logam hidrida;

Energi Spesifik: 60-120 jam / kg
Densitas Energi: 140-300 Wh / L.
Daya Spesifik: 250-1000 W / kg
Efisiensi pengisian / pengosongan: 66% - 92%
Tingkat self-discharge: 1,3-2,9% / bulan pada 20 ^o C
Siklus Daya Tahan / hidup: 180 -2000

3. Baterai Lithium-ion

Baterai lithium-ion adalah salah satu jenis baterai isi ulang yang paling populer. Ada banyak jenis baterai Lithium, tetapi di antara semua baterai lithium-ion yang paling umum digunakan. Anda dapat menemukan baterai lithium ini digunakan dalam berbagai bentuk yang populer di antara kendaraan listrik dan gadget portabel lainnya. Jika Anda penasaran untuk mengetahui lebih lanjut tentang baterai yang digunakan pada kendaraan Listrik, Anda dapat melihat artikel ini di Baterai Kendaraan Listrik. Mereka ditemukan di berbagai peralatan portabel termasuk ponsel, perangkat pintar, dan beberapa peralatan baterai lainnya yang digunakan di rumah. Mereka juga menemukan aplikasi dalam aplikasi kedirgantaraan dan militer karena sifatnya yang ringan.

Baterai ion litium adalah jenis baterai yang dapat diisi ulang di mana ion litium dari elektroda negatif berpindah ke elektroda positif selama pengosongan dan berpindah kembali ke elektroda negatif saat baterai sedang diisi. Baterai Li-ion menggunakan senyawa litium selingan sebagai satu bahan elektroda, dibandingkan dengan litium logam yang digunakan pada baterai litium yang tidak dapat diisi ulang.

Baterai lithium-ion umumnya memiliki kepadatan energi yang tinggi, sedikit atau tanpa efek memori, dan self-discharge rendah dibandingkan dengan jenis baterai lainnya. Sifat kimianya bersama dengan kinerja dan biaya bervariasi di berbagai kasus penggunaan, misalnya, baterai Li-ion yang digunakan pada perangkat elektronik genggam biasanya didasarkan pada lithium cobalt oxide (LiCoO ₂) yang memberikan kepadatan energi tinggi dan risiko keselamatan rendah saat rusak saat Li-ion Baterai berbahan dasar Lithium iron phosphate yang menawarkan kepadatan energi yang lebih rendah lebih aman karena berkurangnya kemungkinan terjadinya kejadian malang yang banyak digunakan dalam menyalakan alat-alat listrik dan peralatan medis. Baterai lithium-ion menawarkan kinerja terbaik terhadap rasio berat dengan baterai lithium sulfur menawarkan rasio tertinggi.

Beberapa atribut baterai lithium-ion terdaftar di bawah ini;

Energi Spesifik: 100: 265W-h / kg
Densitas Energi: 250: 693 Wh / L.
Daya Spesifik: 250: 340 W / kg
Persentase pengisian / pengosongan: 80-90%
Daya Tahan Siklus: 400: 1200 siklus
Tegangan sel nominal: NMC 3.6 / 3.85V

4. Baterai Timbal-Asam

Baterai timbal-asam adalah tenaga pekerja andal berbiaya rendah yang digunakan dalam aplikasi tugas berat. Mereka biasanya sangat besar dan karena beratnya, mereka selalu digunakan dalam aplikasi non-portabel seperti penyimpanan energi panel surya, penyalaan dan lampu kendaraan, daya cadangan dan perataan beban dalam pembangkit / distribusi listrik. Asam timbal adalah jenis baterai isi ulang tertua dan masih sangat relevan dan penting di dunia saat ini. Baterai timbal-asam memiliki rasio energi terhadap volume dan energi terhadap berat yang sangat rendah tetapi memiliki rasio daya terhadap berat yang relatif besar dan sebagai hasilnya, dapat memasok arus lonjakan besar saat diperlukan. Atribut ini di samping biaya rendahnya membuat baterai ini menarik untuk digunakan dalam beberapa aplikasi arus tinggi seperti menyalakan motor starter mobil dan untuk penyimpanan dalam catu daya cadangan.Anda juga dapat melihat artikel tentang kerja Baterai Asam Timbal jika Anda ingin tahu lebih banyak tentang berbagai jenis baterai asam timbal, konstruksi dan aplikasinya.

Masing-masing baterai ini memiliki bidang yang paling sesuai dan gambar di bawah ini membantu memilih di antara baterai tersebut.

Memilih baterai yang tepat untuk aplikasi Anda

Salah satu masalah utama yang menghambat revolusi teknologi seperti IoT adalah daya, masa pakai baterai memengaruhi keberhasilan penerapan perangkat yang membutuhkan masa pakai baterai yang lama dan meskipun beberapa teknik manajemen daya diadopsi untuk membuat baterai bertahan lebih lama, baterai yang kompatibel tetap harus dipilih. untuk mencapai hasil yang diinginkan.

Berikut adalah beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan ketika memilih jenis baterai yang tepat untuk proyek Anda.

1. Densitas Energi: Densitas energi adalah jumlah total energi yang dapat disimpan per satuan massa atau volume. Ini menentukan berapa lama perangkat Anda tetap menyala sebelum perlu diisi ulang.

2. Densitas Daya: Laju pelepasan energi maksimum per satuan massa atau volume. Daya rendah: laptop, i-pod. Daya tinggi: perkakas listrik.

3. Keamanan: Penting untuk mempertimbangkan suhu di mana perangkat yang Anda buat akan bekerja. Pada suhu tinggi, komponen baterai tertentu akan rusak dan dapat mengalami reaksi eksotermik. Temperatur tinggi biasanya mengurangi kinerja sebagian besar baterai.

4. Daya tahan siklus hidup: Stabilitas kepadatan energi dan kepadatan daya baterai dengan siklus berulang (pengisian dan pengosongan) diperlukan untuk masa pakai baterai yang lama yang dibutuhkan oleh sebagian besar aplikasi.

5. Biaya: Biaya adalah bagian penting dari setiap keputusan teknik yang akan Anda buat. Penting agar biaya pilihan baterai Anda sepadan dengan kinerjanya dan tidak akan meningkatkan biaya keseluruhan proyek secara tidak normal.