Kalian mungkin memperhatikan baterai hadir dalam berbagai bentuk dan ukuran yang memberi daya pada perangkat elektronik. Pertama, ada yang bulat yang tidak dapat diisi ulang untuk jam tangan dan barang kecil. Ada juga baterai berbentuk silinder AA dan AAA yang populer untuk kalkulator, jam, dan remote. Kemudian ada baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang seperti di laptop dan ponsel. Dan jangan lupakan baterai timbal-asam di aki mobil.
Untuk memahami mengapa baterai hadir dalam berbagai ukuran dan bentuk, karena semua itu memiliki banyak kegunaan. Melihat ke masa lalu, bagaimana baterai berasal dan bagaimana baterai berkembang selama bertahun-tahun.
Baterai pertama dibuat pada tahun 1800-an dan cukup sederhana. Salah satu demonstrasi pertama adalah serangkaian cakram logam yang direndam dalam air garam yang ditemukan oleh ilmuwan Italia Alessandro Volta menciptakan arus listrik. Baterai timbal-asam pertama dibuat dari beberapa potong timbal dalam toples asam sulfat. Versi modernnya tidak jauh berbeda. Mereka lebih mudah dibuat dan mengandung berbagai bahan tambahan untuk meningkatkan kinerja.
Dalam semua kasus, baterai bekerja dengan cara yang sama yaitu perbedaan tegangan antara dua elektroda yang berbeda menghasilkan arus listrik yang dapat digunakan untuk memberi daya pada perangkat. Baterai yang dapat diisi ulang kemudian dapat membalikkan arus ini untuk mengisi daya kembali. Di dalam baterai, arus listrik disertai dengan aliran ion melalui cairan, yaitu elektrolit.
Lintasan setiap elektron dalam arus disertai dengan pengangkutan satu ion melalui elektrolit. Elektroda yang dapat menyimpan lebih banyak ion menghasilkan baterai yang dapat menampung lebih banyak daya sehingga bertahan lebih lama dalam sekali pengisian daya. Elektroda yang dirancang untuk penyimpanan ion lebih cepat menghasilkan baterai yang dapat dikosongkan lebih cepat, untuk aplikasi berdaya tinggi. Terakhir, kemampuan mengisi dan mengosongkan daya berkali-kali tanpa menurunkan kualitasnya akan menghasilkan masa pakai baterai yang lama.
Baterai timbal-asam
Baterai timbal-asam adalah baterai isi ulang pertama yang ditemukan pada tahun 1859 oleh Gaston Plante yang bereksperimen dengan pelat timbal dalam larutan asam dan menemukan bahwa aliran dan penyimpanan arus listrik dapat dibalik.
Baterai timbal-asam harus cukup besar untuk menyediakan daya yang cukup untuk menghidupkan mobil. Itu juga harus dapat digunakan di iklim dingin dan bertahan bertahun-tahun. Karena elektrolitnya adalah asam korosif, selubung luarnya harus kuat untuk melindungi manusia dan bagian-bagian mobil dari kemungkinan bahaya. Mengetahui semua ini, masuk akal jika baterai timbal-asam modern berbentuk kotak dan berat.
Baterai alkaline
Di sisi lain, perangkat rumah tangga seperti kalkulator dan timbangan digital menggunakan baterai yang lebih kecil karena tidak memerlukan banyak daya. Ini pada dasarnya adalah baterai alkaline yang tidak dapat diisi ulang yang telah digunakan selama beberapa dekade. Ukuran sel standar adalah AAAA, AAA, AA, C dan D, serta sel kancing dan koin, dan banyak lainnya. Ukurannya terkait dengan jumlah daya yang disimpan, semakin besar baterai, semakin banyak daya tampungnya dan ukuran perangkat yang ditenagainya.
Terkadang kalian mungkin menemukan baterai alkaline dijual dalam bentuk persegi panjang, seperti baterai 9 volt pada umumnya, tetapi buka casing luarnya dan kalian akan menemukan bahwa baterai tersebut hanyalah beberapa sel silinder yang dihubungkan bersama di dalamnya. Baterai silinder sudah ada sejak lama dan digunakan secara luas sehingga tidak masuk akal bagi perusahaan untuk memproduksi sesuatu yang berbeda karena hal ini memerlukan investasi untuk mengubah fasilitas manufaktur mereka, sesuatu yang tidak ingin mereka lakukan.
Baterai litium ion
Baterai nikel-kadmium adalah baterai isi ulang pertama yang banyak digunakan untuk elektronik rumah tangga dan populer hingga akhir abad ke-20. Tapi mereka punya jebakannya sendiri. Kadmium sangat beracun, dan baterai mengalami efek memori yang mengurangi masa pakainya.
Selama beberapa dekade, litium dipelajari untuk potensi penggunaan dalam baterai isi ulang karena sifat uniknya sebagai logam ringan yang menyimpan banyak energi. Sony pertama kali mengkomersialkan baterai lithium-ion pada tahun 1991.
Perusahaan membuat sel silinder karena paling mudah dibuat. Pada tahun 1990an, Sony membuat banyak camcorder dan tape sehingga memiliki banyak peralatan untuk produksi roll-to-roll. Wajar jika peralatan ini digunakan kembali untuk menghasilkan gulungan elektroda baterai yang dibuat dengan cara menuang film pada lembaran tembaga atau aluminium dan kemudian menggulungnya menjadi silinder “jelly roll”.
Casing tebal sel silinder ini kuat secara mekanis, dan untuk menambah lapisan keamanan, sel tersebut memiliki katup pelepas tekanan. Dengan sangat cepat, sel-sel litium-ion awal ini mengambil alih pasar elektronik portabel, terutama untuk laptop dan ponsel karena sel-sel ini menyimpan lebih banyak energi dan bertahan lebih lama dibandingkan baterai isi ulang nikel-kadmium.
Faktor-faktor yang membentuk baterai
Baterai dibuat dalam ukuran dan bentuk tertentu karena alasan biaya dan kemampuan manufaktur, namun dalam kasus lain karena proses manufaktur yang lama. Permintaan pasar juga berperan.
Misalnya saja, kendaraan listrik baru berkembang pesat sampai Tesla mulai membuat mobil menggunakan sel baterai litium-ion berbentuk silinder, bukan sel baterai berbentuk persegi panjang atau sel prismatik yang biasa digunakan oleh pembuat kendaraan listrik lainnya. Sel kantong dan sel prismatik dapat dikemas berdekatan, namun karena sel silinder sudah diproduksi secara massal untuk perangkat elektronik portabel, Tesla mampu membuat kendaraan listrik berbiaya lebih rendah pada tahun 2010an.
Bentuk dan ukuran baterai di masa depan tidak hanya bergantung pada seberapa banyak energi yang disimpan, namun juga pada kondisi ekonomi pasar. Betapa mudahnya membuat setiap jenis sel, berapa biaya pembuatannya, dan apa kegunaannya. Dan faktor-faktor tersebut merupakan perpaduan antara inovasi dan sejarah.
