- Kapasitas penyimpanan (coloumb/kg)
- Energi Arus (J/kg)
- Kekuat arus (watt/kg)
- Efisiensi tegangan
- Masa hidup/siklus pengisian ulang
Sel penyimpanan energi elektrokimia yang paling terkenal adalah sel timbal-asam yang dibuat oleh Gaston Plante pada tahun 1859 dan masih banyak digunakan hingga sekarang.
Sel lain yang juga umum digunakan adalah dry cell LeClanche. meskipun namanya "kering", namun sel ini tidak benar-benar kering. elektrolit yang digunakan dalam sel ini adalah pasta basah NH4Cl sebagai donor hidrogen. Namun sel ini cukup rumit karena menghasilkan banyak reaksi samping sehingga tidak terlalu sering digunakan. Dahulu, ion hidrogen dari amonium yang menyerang atom zink dapat menyebabkan baterai pecah, hal ini menyebabkan kerusakan pada berbagai perangkat elektronik. Pada tahun 1949, diperkenalkan sel alkali yang menggunakan elektrolit KOH dan menggunakan bubuk zink pada anoda yang dapat menghasilkan arus lebih tinggi, serta mencegah proses korosif pada zink dari ion hidrogen dari amonium.
Beberapa sel elektrokimia yang pernah ditemukan antara lain :
- Baterai Baghdad (1000 SM)
- Baterai Volta (1782)
- Baterai Davy (1813). Baterai ini ditemukan oleh Sir Humphry Davy, yang terdiri atas 2000 pelat sepanjang 899 meter dan dismpan dibawah tanah istana kerajaan inggris. Baterai ini menggunakan karbon dan diperuntukkan sebagai pembangkit listrik
- Sel Faraday (1830)
- Sel Daniel (1836). Sel ini menggunakan prinsip sel faraday.Sel ini terdiri dari tabung kaca dan elektroda tembaga dan zink. elektrolit yang digunakan berupa campuran tembaga sulfat dan asam sulfat pekat. Baterai ini merupakan baterai komersil pertama yang dibuat secara sederhana yang digunakan dalam bel listrik dan telegraf
- Sel Grove (1839). Sel Grove dikenal juga sebagai baterai asam nitrat yang umumnya digunakan dalam telegraf. Sekarang, sel ini menggunakan prinsip elektrolisis terbalik yang memanfaatkan rekombinasi hidrogen dan oksigen hasil elektrolisis air oleh platinum. Sel ini sekarang dikenal sebagai sel bahan bakar hidrogen-oksigen
- Sel Plante (1859)
- Sel LeClanche (1866). Sel ini digunakan dalam telegraf. Sel ini dibuat pada pot berpori yang berat. Sel ini juga dikenal sebagai "dry cell" yang digunakan dalam senter pertama (1909) dan radio (1920)
- Sel Faure (1881). Merupakan sel timbal-asam yang praktis yang pertama di dunia. Sel ini merupakan perkembangan daei sel Plante yang menggunakan pasta timbal sulfat ke dalam elektroda positif
- Sel Nikel-Besi (1905). Sel ini ditemukan oleh Thomas Edison yang terinspirasi dari sel Plante. Ia menganggap sel Plante terlalu berat dan merupakan ide yang buruk menggunakan asam pada kontak dengan logam. Setelah beberapa eksperimen, ia sukses mengembangkan baterai alkalin. Sel ini menggunakan besi sebagai anoda dan nikel sebagai katoda dan KOH sebagai elektrolit. Sel ini masih sangat kasar dan penggunaannya sangat terbatas serta belum mampu menggantikan sel timbal-asam seperti yang ia harapkan
- Sel isi ulang (1950-an). Sel pertama yang dapat diisi ulang, sel ini perkembangan dari sel nikel-besi. Kelemahan dari sel ini adalah mudah rusak
- Dry cell alkalin (1949)
- Sel Merkuri (1950-an). Sel ini digunakan dalam kamera dan alat bantu dengar. Tegangan yang dihasilkan cukup konstan yaitu 1,34 volt sehingga sangat populer pada instrumen yang sensitif seperti pada alat pacu jantung. Reaksi keseluruhan sel ini adalaah: Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l). Karena kontaminasi merkuri yang dapat ditimbulkan, maka beberapa negara melarang penjualan sel ini
- Sel bahan bakar -Bacon- (1959). Sel ini menggunakan elektroda nikel dan elektrolit alkali. Ini merupakan sel bahan bakar praktis pertama
- Sel nikel-hidrida logam (1960-an). Ion hidrida dapat menjadi katoda yang ideal (kecuali dari gas hidrogen). Beberapa senyawa seperti LiNi5. dan ZrNi2 dapat menjadi penyaring hidrogen, sehingga memungkinkan menghasilkan hidrida yang dapat digunakan pada katoda. Salah satu hal yang aneh pada sel ini, dalam proses pengisian ulang adalah reaksi eksotermik. Baterai ini digunakan pada telepon genggam dan komputer. reaksi pada katoda menggunakn KOH pekat
- Baterai Litium (1990). Litium merupakan anoda yang ideal dikarenakan densitasnya yang rendah dan potensi reduksinya yang tinggi. Hal ini menyebabkan baterai litium dapat menyimpan energi ynag tinggi. Sel litium digunakan pada kamera, alat pacu jantung dan jam tangan. Baterai litium jenis isi ulang juga sudah tersedia. Baterai litium sekarang dapat juga digunakan pada mobil listrik dan mobil hybrid.
Zaman sekarang, beberapa penelitian telah ke arah pembuatan perbaikan membran baterai. Beberapa perusahaan telah mengembangkan baterai litium dengan membran sehingga menghalangi lepasnya ion litium saat suhu baterai naik
Sejumlah makhluk hidup juga dapat bertindak sebagai baterai contohnya adalah ikan listrik. Organ pada ikan ini dimodifikais dari sel-sel otot yang dikenal sebagai elektrolit yang sangat panjang. Sebuah sinyal yang dikirimkan oleh saraf mengakibatkan seluruh elektrolit pada otot menjadi terpolarisasi secara bersamaan. Pada dasarnay mirip dengan cara kerja baterai. Kebanyakan ikan listrik hanya menghasilkan tegangan listrik yang kecil yang diperlukan dalam navigasi (fungsinya mirip seperti suara yang digunakan oleh kelelawar sebagai alat navigasi). Jenis ikan listrik yang paling populer adalah belut listrik yang mampu menghasilkan listrik sampai 600 volt yang digunakan untuk menyetrum mangsanya.
Baterai konvensional pada umunya menggunakan energi kimia. Apabila energi sudah habis digunakan, maka baterai akan mati. Hal ini mendorong penemuan sel bahan bakar yang memungkinkan pengisian baterai apabila energinya telah habis digunakan. Baterai isi ulang mulai digunakan publik pada tahun 1960-an walaupun jauh sebelumnya telah diperkenalkan oleh William Grove (1839). Kita telah ketahui bersama bahwa air dapat dielekrolisis. Nah Grove menoba membalikkan proses elektrolisis dengan menrekombinasi gas hidrogen dan oksigen sehingga membentuk air. reaksinya sebagai berikut:
Anoda:
| H2(g) → 2 H+ + 2e– | E° = 0 v |
Katoda:
| ½ O2 + 2 H+ + 2e– → H2O(l) | E° = +1.23 v |
net:
| H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) | E° = +1.23 v |
Kembali ke sel bahan bakar. Sel bahan bakar mengkonversi energi kimia ketimbang mengkonversi energi panas. Kerja dapat diperoleh pada batasan operasi reversibel sel bahan bakar yaitu 229 kJ/mol air yang terbentuk. Jika hidrogen hanya dibakar dengan oksigen, maka panas yang diperoleh sekitar 242 kJ/mol, namun tidak semua panas dapat dikonversi sebagai kerja sehingga output yang dihasilkan tidak lebih dari 121 kJ/mol. Batas ini adalah konsekuensi dari hukum termodinamika kedua. Panas yang dapat dikonversi kedalam kerja sebanding dengan fungsi seberapa banyak panas mengalir ke lingkungan. Panas lingkungan normal sekitar 300 K padahal butuh 600 K untuk efisiensi 50 % (ingat hukum termodinamika 2)
Beberapa jenis bakteri dapat mengoksidasi senyawa organik menjadi karbon dioksida dan mampu mentransfer elektron ke elektroda. Organisme seperti ini disebut organisme elektrigen yang dapat mengkonversi biomassa dan limbah organik langsung menjadi listrik tanpa membuang energi dan polusi yang seperti dihasilkan oleh pembakaran. Bila elektroda grafit direndam dalam lumpur yang mengandung humat maka akan bisa menghasilkan listrik
Beberapa kesimpulan yang bisa kita tarik :
- Sel bahan bakar adalah sel khusus yang mana reaktan dipasok dari sumber eksternal dan sebagai sumber energi
- Baterai harus memiliki kemampuan menyimpan energi sebesar mungkin dengan volume sekecil mungkin untuk menghasilkan energi dalam jumlah besar
- Baterai dan sel abahn bakar dirancang untuk digunakan pada perangkat listrik yang mana harus memiliki arus yang berbanding terbalik dengan massa dan volume
