Reaksi Kimia di Balik Kotak Aki

ACCU(mulator) atau sering disebut aki, adalah salah satu komponen utama dalam kendaraan bermotor, baik mobil atau motor, semua memerlukan aki untuk dapat menghidupkan mesin mobil (mencatu arus pada dinamo stater kendaraan). Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik. Di pasaran saat ini sangat beragam jumlah dan jenis aki yang dapat ditemui.
Aki untuk mobil biasanya mempunyai tegangan sebesar 12 Volt, sedangkan untuk motor ada tiga jenis yaitu, dengan tegangan 12 Volt, 9 volt dan ada juga yang bertegangan 6 Volt. Selain itu juga dapat ditemukan pula aki yang khusus untuk menyalakan tape atau radio dengan tegangan juga yang dapat diatur dengan rentang 3, 6, 9, dan 12 Volt. Tentu saja aki jenis ini dapat dimuati kembali (recharge) apabila muatannya telah berkurang atau habis.
Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses kimiawi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer terdiri dan elemen basah dan elemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer yang menyebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali dan memerlukan penggantian bahan pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros. Contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells).
Allesandro Volta, seorang ilmuwan fisika mengetahui, gaya gerak listrik (ggl) dapat dibangkitkan dua logam yang berbeda dan dipisahkan larutan elektrolit. Volta mendapatkan pasangan logam tembaga (Cu) dan seng (Zn) dapat membangkitkan ggl yang lebih besar dibandingkan pasangan logam lainnya (kelak disebut elemen Volta).
Hal ini menjadi prinsip dasar bagi pembuatan dan penggunaan elemen sekunder. Elemen sekunder harus diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik melaluinya (secara umum dikenal dengan istilah 'disetrum'). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang kali.
Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia (charging).
Jenis aki yang umum digunakan adalah accumulator timbal. Secara fisik aki ini terdiri dari dua kumpulan pelat yang yang dimasukkan pada larutan asam sulfat encer (H2S04). Larutan elektrolit itu ditempatkan pada wadah atau bejana aki yang terbuat dari bahan ebonit atau gelas. Kedua belah pelat terbuat dari timbal (Pb), dan ketika pertama kali dimuati maka akan terbentuk lapisan timbal dioksida (Pb02) pada pelat positif.
Letak pelat positif dan negatif sangat berdekatan tetapi dibuat untuk tidak saling menyentuh dengan adanya lapisan pemisah yang berfungsi sebagai isolator (bahan penyekat). Proses kimia yang terjadi pada aki dapat dibagi menjadi dua bagian penting, yaitu selama digunakan dan dimuati kembali atau 'disetrum'.
Reaksi kimia
Pada saat aki digunakan, tiap molekul asam sulfat (H2S04) pecah menjadi dua ion hidrogen yang bermuatan positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (S04-). Tiap ion S04 yang berada dekat lempeng Pb akan bersatu dengan satu atom timbal murni (Pb) menjadi timbal sulfat (PbS04) sambil melepaskan dua elektron. Sedang sepasang ion hidrogen tadi akan ditarik lempeng timbal dioksida (PbO2), mengambil dua elektron dan bersatu dengan satu atom oksigen membentuk molekul air (H2O).
Dari proses ini terjadi pengambilan elektron dari timbal dioksida (sehingga menjadi positif) dan memberikan elektron itu pada timbal murni (sehingga menjadi negatif), yang mengakibatkan adanya beda potensial listrik di antara dua kutub tersebut. Proses tersebut terjadi secara simultan, reaksi secara kimia dinyatakan sebagai berikut :
Pb02 + Pb + 2H2S04 -----> 2PbS04 + 2H20
Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat selama penggunaan (discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tahanan antara kutub sangat lemah untuk pemakaian praktis.
Sementara proses kimia selama pengisian aki (charging) terjadi setelah aki melemah (tidak dapat memasok arus listrik pada saat kendaraan hendak dihidupkan). Kondisi aki dapat dikembalikan pada keadaan semula dengan memberikan arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arus yang terjadi saat discharging. Pada proses ini, tiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hidrogen yang dekat dengan lempeng negatif bersatu dengan ion S04 pada lempeng negatif membentuk molekul asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang bebas bersatu dengan tiap atom Pb pada lempeng positif membentuk Pb02. Reaksi kimia yang terjadi adalah :
2PbS04 + 2H20 ----> PbO2 + Pb + 2H2S02
Aki kendaraan
Besar ggl yang dihasilkan satu sel aki adalah 2 Volt. Sebuah aki mobil terdiri dari enam buah aki yang disusun secara seri, sehingga ggl totalnya adalah 12 Volt. Accu mencatu arus untuk menyalakan mesin (motor dan mobil dengan menghidupkan dinamo stater) dan komponen listrik lain dalam mobil. Pada saat mobil berjalan aki dimuati (diisi) kembali sebuah dinamo (disebut dinamo jalan) yang dijalankan dari putaran mesin mobil atau motor.
Pada aki kendaraan bermotor arus yang terdapat di dalamnya dinamakan dengan kapasitas aki yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam). Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 45 AH, maka aki tersebut dapat mencatu arus 45 Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 45 jam.
Penulis sempat melakukan penelitian untuk mengetahui karakteristik aki dan hasilnya telah diseminarkan beberapa waktu yang lalu. Penelitian tersebut dilakukan baik saat aki sedang di discharging maupun saat charging. Metodenya adalah dengan mengukur tegangan jepit (Volt) antara kedua kutub dari aki yang dibandingkan per satuan waktu (30 menit). Penelitian tersebut dilakukan untuk aki 12 Volt, 9 Volt dan 6 Volt (meliputi aki mobil dan motor).
Pengamatan ini dilakukan selama kurang lebih lima sampai enam jam untuk tiap jenis aki, dan hasilnya antara tegangan jepit diplot terhadap perubahan waktu. Ternyata aki yang kutubnya terbuat dari timbal dan timbal peroksida dan dicelupkan dalam cairan asam sulfat (yang banyak dipakai) cukup baik hasilnya dalam mempertahankan beda potensial. Karena itu kedua kutub aki timbal dan timbal peroksida mampu mempertahankan perbedaan potensial antara kedua kutub secara stabil, sekalipun arus yang melalui rangkaian cukup besar.
CARA KERJA AKI
________________________________________
PERUBAHAN KIMIA SELAMA PENGISIAN DAN PEMAKAIAN
Pemakaian Pengisian



Kondisi Bermuatan Penuh Kondisi Terpakai Habis
Pelat(+) PB02 Timbal Peroksida + Elektrolit 2H2SO4 Asam Sulfat dan Air - Pelat(-) Pb Timbal berpori PEMAKAIAN PENGISIAN Pelat(+) PbSO4 Timbal Sulfat + Elektrolit 2H2O air + Pelat(-) PbSO4 Timbal Sulfat


1. PERUBAHAN KIMIA PADA SAAT PELEPASAN MUATAN LISTRIK
Aki memberikan aliran listrik jika dihubungkan dengan rangkaian luar misalnya, lampu, radio dan lain-lain. Aliran listrik ini terjadi karena reaksi kimia dari asam sulfat dengan kedua material aktif dari plat positif dan plat negatif. Pada saat pelepasan muatan listrik terus menerus, elektrolit akan bertambah encer dan reaksi kimia akan terus berlangsung sampai seluruh bahan aktif pada permukaan plat positif dan negatif berubah menjadi timbal sulfat. Jika Aki tidak dapat lagi memberi aliran listrik pada voltage tertentu, maka aki tersebut dalam keadaan lemah arus (soak).
2. PERUBAHAN KIMIA PADA SAAT PENGISIAN MUATAN LISTRIK
Pada proses pengisian muatan listrik, kembali terjadi proses reaksi kimia yang berlawanan dengan reaksi kimia pada saat pelepasan muatan. Timbal peroksida terbentuk pada plat positif dan timbal berpori terbentuk pada plat negatif, sedangkan berat jenis elektrolit akan naik, karena air digunakan untuk membentuk asam sulfat. Aki kembali dalam kondisi bermuatan penuh.
PENURUNAN BERAT JENIS ACCU ZUUR
SELAMA PELEPASAN MUATAN LISTRIK
Berat jenis accu zuur akan turun sebanding dengan derajat pelepasan muatan, jadi jumlah energi listrik yang ada dapat ditentukan dengan mengukur berat jenis accu zuurnya, misalnya aki mempunyai berat jenis accu zuur 1.260 pada 20°C, bermuatan listrik penuh, setelah melepaskan muatan listrik berat jenisnya 1.200 pada 20°C, maka Aki masih mempunyai energi listrik sebesar 70%

BERAT JENIS ACCU ZUUR TERGANTUNG DARI SUHU
Berat jenis accu zuur berubah tergantung dari temperaturnya, jadi pembacaan berat jenis pada skala hudrometer kurang tepat sebelum dilakukan koreksi suhu. Volume accu zuur bertambah jika dipanaskan dan turun jika dingin, sedang beratnya tetap. Jika Volume bertambah sedang beratnya tetap maka berat jenis akan turun. Berat jenis turun sebesar 0.0007 untuk kenaikan tiap derajat celcius dalam suhu batas normal Aki. Standar berat jenis menurut perjanjian adalah untuk suhu 20°C.
PERUBAHAN TEMPERATUR
S 20 = St + 0.0007 ( t - 20 )
S = Berat Jenis pada temp. 20°C.
St = Berat jenis terukur
t = Temperatur accu Zuur.
Tabel Perubahan Accu Zuur

Contoh: Misainya kita memiliki accu zuur dengan kondisi sbb:
Berat Jenis ( terukur ) = 1.250
Temperatur= 33°C
maka berat jenis pada 20°C adalah
S20 = 1.250 + 0.0007 (33 - 20)
= 1.250 + 0.0091
= 1.2591

Tabel Perubahan Accu Zuur.
Temperatur 1.260 (20°C)
5 1.271
10 1.267
15 1.264
20 1.260
25 1.256
30 1.253
35 1.249
40 1.245
45 1.242
50 1.238
55 1.235
60 1.232
Dynotest netral mengatakan segalanya
Teori Dan Cara Kerja EZ-Stab
Dengan penggunaan kontrol elektronik untuk injeksi bahan bakar dan manajemen mesin, sistim kontrol sensor/kontrol mikro sangat bergantung pada kualitas pasokan tenaga listrik di kendaraan. Closed-loop Control System bisa terpengaruh oleh ketidakstabilan tegangan listrik.
Maka dari itu di pasaran banyak muncul Voltage Stabilizer yang sebenarnya hanya terdiri dari beberapa Electrolytic Capacitor dgn ukuran berbeda beda dari 4700 uF s/d 1 F yang disambungkan ke aki. Beberapa jenis kendaraan menggunakan Electrolytic Capacitor tipe tabung logam berkapasitas hingga 3 F dengan manfaat yang terbatas. Walaupun Capacitor tersebut bisa menyerap sejumlah kecil ketidakstabilan tegangan dan memperlancar output tegangan dari Alternator, alat tsb menjadi tidak memadai ketika kebutuhan arus listrik lebih besar untuk audio, A/C dll. Hal ini membuat alat-alat tersebut tidak bisa memperbaiki kinerja dinamik mesin. Walaupun demikian, sedikit perbaikan dari pasokan arus listrik masih bisa membantu Electronic Control Unit (ECU) berfungsi dengan kesalahan lebih sedikit terutama pada RPM tinggi. Karena itu, manfaat sebenarnya dari Electrolytic Capacitor bisa disalahartikan oleh pengemudi.
Charging System kendaraan selama puluhan tahun tetap sama saja tanpa perubahan berarti. Pada semua kendaraan yang ada, output dari Alternator diatur oleh sebuah IC Regulator yang mengisi tenaga listrik di aki dan menjaga aki tersebut setingkat 90% sebelum diisi penuh. Hal ini merupakan kebocoran 1 - 2 Kw atau lebih tenaga listrik hasil kerja dari mesin tanpa memandang kebutuhan pengemudi maupun kondisi jalanan. Apabila mesin tidak disetel dengan tepat, beban tersebut terasa sangat jelas dan mengganggu pada saat kendaraan dalam kondisi idling / tidak bergerak.
Beban di aki mempengaruhi kinerja ECU. Demikian pula IC Regulator di Alternator mempunyai kecepatan reaksi yang terbatas. Semua ini menghasilkan fluktuasi tegangan listrik yang tidak bisa diatasi hanya dengan penambahan Capacitor di pasokan B+ 12 V (Output tegangan dikontrol IC dengan pengaliran arus listrik ke kumparan pembangkit Alternator, kinerja IC ini mempunyai hubungan dengan kestabilan arus keluar).
Penolakan
Semua hasil tes Dyno dilakukan pada kendaraan yang terawat yang ada. EZ-Stab tidak menjamin hasil yang sama jika terjadi modifikasi kendaraan atau pemasangan alat yang lain atau kendaraan dalam kondisi yang tidak terawat.
Solusi dasar dari kelemahan tersebut adalah mengoptimalkan Charging System aki, memperbaiki kinerja reaksi dinamik IC, menambah tempo kecepatan perubahan arus untuk menjaga kinerja yang optimal. Dan dalam kondisi tertentu, menyeimbangkan Charging System sehingga Alternator tidak memaksa pengisian ke aki. Dari cara tersebut setidaknya 1 - 2 Kw tenaga listrik dihemat dari hasil kerja mesin. Dengan beban yang lebih ringan, mesin akan lebih responsif, lincah dan tenaga yang dihasilkan bisa sepenuhnya dialihkan ke roda penggerak. RPM mesin dan voltasi menjadi lebih stabil, dan juga mengurangi kebisingan suara.
EZ-Stab memberikan manfaat Charging System yang seimbang, voltasi yang lebih stabil, mengurangi kebisingan dan beban di mesin. Di kemudian hari, EZ-Stab akan dirancang menjadi Intelligent Control / Communication dengan ECU terintegrasi menjadi Active Control Closed Loop Charging System . Sepertinya hal tersebut sepele, tapi sebenarnya mengatasi masalah tersebut merupakan dambaan perancang kendaraan. Kami telah mengatasi masalah tersebut dan mengajukan hak paten di Singapura, USA, Jepang dll. Sementara banyak yang memodifikasi kendaraan demi mendapatkan penambahan tenaga, padahal bisa dengan mudah didapat hanya dengan pemasangan EZ-Stab tanpa mengorbankan kenyamanan dan keamanan kendaraan. EZ-Stab juga merawat aki dan ECU menjadi lebih awet. Copyright 2006, EZ-Stab