pada batere isi ulang (rechargeable battery) 

Sejak pemakaian laptop dan telepon genggam menjadi lumrah, sekarang ini kita semakin akrab dengan jenis-jenis batere yang digunakan. Tipe batere yang banyak dipakai adalah NiCd (Nickel Cadmium), NiMH (Nickel Metal Hydride) dan ada Li-ion (Lithium Ion) dan Li-ion Polymer. Dikalangan penggemar tamiya (mobil balap mainan), batere tipe Alkalin menjadi pilihan karena relatif murah. Kesemua tipe batere ini adalah tipe batere yang dapat di-isi ulang (rechargeable). Sering kita mendengar keluhan bahwa batere tipe NiCd tidak awet, sebab setelah beberapa kali di isi ulang ternyata kapasitasnya menjadi berkurang. Batere NiCd disebut memiliki masalah memory effect sedangkan batere NiMH yang lebih ringan, dikatakan lebih awet dan tidak mengalami masalah ini. Tetapi sering juga ada beberapa penjelasan mengatakan bahwa batere tipe NiMH juga mengalami masalah yang sama. Belakangan ini pengguna laptop dan telepon genggam akrab dengan tipe betere Lithium-ion dan Lithium-ion Polymer yang lebih ringan lagi dibandingkan batere tipe NiMH. Tipe batere Li-ion dan Li-ion Polymer diiklankan tidak memiliki problem memory effect dan lebih awet dibandingkan dengan tipe batere lainnya. Tulisan berikut barangkali merupakan anjuran bagaimana agar batere NiCd yang lebih murah itu (walau relatif lebih berat) dapat awet pemakaiannya. Prinsip ini juga dapat diterapkan pada tipe batere lain agar lebih awet dan tidak cepat rusak.

Istilah memory effect

Sebenarnya istilah memory effect rancu dan salah kaprah, sebab batere bukanlah komponen yang memiliki memori. Ada yang mengatakan batere NiCd akan “mengingat” kapasitas pada saat pengisian yang pertama. Ada juga yang mengatakan jika batere diisi ulang (charge) pada keadaan belum sepenuhnya kosong, maka kapasitas penuhnya akan berkurang menjadi setengahnya. Jika tadinya batere dapat beroperasi selama 1 jam, lalu menjadi setengah jam. Sampai akhirnya jika hal sama dilakukan berulang-ulang, waktu operasi batere hanya mampu bertahan beberapa detik saja. Walaupun sudah diisi penuh, waktu bicara telepon genggam menjadi sangat pendek dan waktu operasi laptop (tanpa power AC) menjadi sangat singkat. Untuk menghindari masalah memory effect, pengguna dianjurkan untuk mengisi (charge) batere hanya jika batere itu benar-benar kosong (fully discharged) atau batere harus dikosongkan sebelum mengisinya sampai penuh. Tetapi apakah benar demikian ? Batere adalah adalah komponen sumber energi listrik (elektron) yang berasal dari reaksi kimia dan tentu saja tidak ada memori didalamnya. Istilah memory effect memang salah kaprah untuk menjelaskan kerusakan batere yang menyebabkan kapasitasnya berkurang. Namun apa sebenarnya yang terjadi dan bagaimana menjelaskan phenomena ini yang pada kenyataannya batere jenis tersebut memang sering mengalami masalah yang demikian.

Anatomi batere NiCd

Satu sel batere NiCd dibuat dengan katoda (terminal positif) dari bahan Nickelic Hydroxide (NiOOH) dan anoda (terminal negatif) dari bahan metal Cadmium (Cd). Larutan elektrolit yang digunakan biasanya Potassium Hydroxide (KOH) dengan air (H₂O) sebagai bahan pelarut. Elektrolit pada batere NiCd tidak ikut dalam reaksi, namun air dalam hal ini ion hydroxide (OH) ikut berperan penting. Reaksi kimia dua arah yang terjadi pada sel batere NiCd adalah sebagai berikut. Reaksi kimia pada batere secara umum dikenal dengan istilah reaksi redoks (redox) yaitu reduksi dan oksidasi.

2NiOOH + Cd +2H₂O  «  2Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

Reaksi dari kiri ke kanan adalah reaksi reduksi pengosongan batere (discharge). Reaksi ini terjadi ketika terminal positif terhubung dengan terminal negatif melalui satu beban resistif. Batere dikatakan habis jika seluruh ion-ion hydroxide (OH) yang tadinya ada diterminal positif berupa Nickelic Hydroxide (NiOOH) berpindah ke terminal negatif metal Cadmiun (Cd). Dengan berpindahnya ion (elektron) tersebut, Cadmiun teroksidasi menjadi Cadmium Hydroxide Cd(OH)₂. Pada saat yang sama terminal positif ter-reduksi menjadi Nikelous Hydroxide Ni(OH)₂. Sampai di sini tidak ada masalah sebab ini adalah proses normal dari penggunaan batere.

Lalu reaksi dari kanan ke kiri adalah proses sebaliknya yaitu proses pengisian (charge) batere. Dimana dengan mengalirkan sejumlah arus konstan pada terminalnya (dengan polaritas yang sebaliknya), kembali ion-ion hydroxide berpindah dari terminal negatif ke terminal positif. Proses ini akan kembali membentuk Nikelic Hydroxide pada terminal positif dan metal Cadmiun pada terminal negatif. Batere dikatakan penuh jika seluruh ion-ion hydroxide telah berpindah tempat. Sampai disini juga tidak ada masalah, sebab ini merupakan proses normal dari pengisian batere.

Hindari Overcharging

Namun apa yang terjadi jika pengisian ini terus berlangsung (overcharging). Kelebihan elektron yang disuntikan pada batere akan menguraikan air (H₂O) membentuk Oksigen (O₂) pada terminal positif dan Hidrogen (H₂) pada terminal negatif batere. Jika semakin banyak, oksigen dan hidrogen bisa bertemu dan akibatnya dapat menimbulkan ledakan. Batere di-disain sedemikian rupa dengan mebuat terminal negatif Cadmiun yang sudah dioksidasi terlebih dahulu (pre-oxidiced), sehingga kelebihan Hidrogen dan Oksigen yang terbentuk akibat overcharging masih dapat diserap membentuk Cadmiun (Cd) pada terminal negatif. Tetapi tentu ada batasnya. Jika overcharging terus berlangsung, kelebihan gas oksigen dan hidrogen akan terbentuk di dalam sel batere. Pembuat batere mensiasati hal ini dengan melengkapi ventilasi pada batere. Semacam lubang kecil agar gas hidrogen dan oksigen dapat keluar jika ada kelebihan akibat overcharging. Hal ini menyebabkan unsur air (H₂O) yang memegang peran dalam perpindahan ion-ion OH pada batere menjadi berkurang. Mudah dipahami, akibatnya adalah berkurangnya kemampuan atau kapasitas batere untuk menyimpan/menghasilkan energi listrik. Anjuran yang paling manjur agar batere lebih awet adalah dengan menghindari overcharging. Selalu dianjurkan agar tidak mengisi batere sehari semalam sampai luber. 

Batere lebih awet pada suhu kerja optimum

Overcharging juga menyebabkan suhu meningkat dan batere menjadi panas. Unsur-unsur logam dan material yang terbentuk pada proses pengisian batere adalah berupa kristal berukuran mikro. Kristal-kristal halus akan mudah terurai pada saat batere dipergunakan (discharge). Namun panas akan menyebabkan kristal yang terbentuk adalah kristal-kristal yang relatif besar dan padat. Hal ini mengakibatkan proses penguraiannya saat batere digunakan akan menjadi lebih sulit. Dengan kata lain, jika kristal yang terbentuk semakin padat dan bertumpuk, batere menjadi kehilangan daya simpan alias rusak. Panas menjadi musuh utama batere, tidak hanya panas akibat dari overcharging juga panas lain dari lingkungan luar. Tips untuk ini adalah menjaga agar batere bekerja pada kondisi suhu optimum yang dianjurkan menurut spesifikasinya.  

Hindari over-discharged 

Proses pengosongan batere yang berlebihan juga bisa menyebabkan kerusakan. Satu kemasan batere NiCd telepon gengam sebesar 6 volt misalnya, jika dibongkar di dalamnya terdiri dari 5 sel batere yang masing-masing sebesar 1.2 volt dan terhubung seri. Tiap sel tidak selalu identik satu dengan yang lainnya. Ada kalanya jika batere dikosongkan berlebihan (over-discharged), ada satu atau dua sel yang tegangannya menjadi lebih kecil dengan sel batere yang lain. Akibatnya polaritas sel batere yang memiliki tegangan lebih kecil menjadi terbalik (reverse polarity) dan menyebabkan batere keseluruhannya menjadi rusak. Setidaknya mempertimbangkan anjuran pakai pada kemasan batere umumnya untuk tidak mencampur batere baru dengan batere yang lama.

referensi : dari berbagai sumber

-end-