1. Elemen Volta
Elemen volta dirancang oleh ilmuwan Italia bernama Alessandro Volta dari Italia pada tahun 1790-1800 dengan menggunakan bejana yang diisi larutan asam sulfat (H2SO4) encer yang diberi lempeng tembaga (Cu) dan lempeng seng (Zn). Dengan adanya reaksi kimia, menyebabkan lempeng tembaga bermuatan positif sehingga disebut kutub positif. Sedangkan, seng menjadi kutub negatif. Jika kutub positif dihubungkan dengan kutub negatif maka, lampu akan menyala karena adanya arus listrik. Namun, reaksi antara asam sulfat dengan tembaga dan seng menghasilkan gelembung-gelembung hidrogen (H2) dan gelembung-gelembung hidrogen tersebut tidak dapat bereaksi dengan tembaga sehingga menempel di lempeng tembaga dan ini membuat aliran listrik menjadi terhambat. Lampu yang tadinya menyala bisa mati dengan tiba-tiba karena tidak ada arus listrik sehingga penggunaan elemen volta pada zaman sekarang tidak efisien. Beda potensial dari elemen volta ini sebesar 1,1 volt.
2. Elemen Kering atau Baterai
Baterai merupakan salah satu sumber arus listrik yang sangat akrab dengan kehidupan kita. Merupakan hasil temuan Goerges Leclanches pada tahun 1834-1889 di Italia. Baterai tersusun atas batang karbon (C) sebagai kutub positif, pembungkus batang karbon vang terbuat dari seng (Zn) sebagai elektrode negatif atau kutub negatif, larutan amonium klorida (NH4Cl)sebagai larutan elektrolit, dan campuran mangan dioksida (MnO2) dengan karbon sebagai depolarisator, yaitu pelindung larutan elektrolit. Elemen kering pertama kali dibuat oleh Leclanche. Oleh karena itu, elemen kering juga sering disebut elemen Leclanche. Ketika baterai dipakai, terjadi reaksi antara elektrode positif dan elektrode negatif. Di elektrode negatif terjadi pelepasan elektron oleh seng. Akibatnya, terbentuk ion seng yang bermuatan positif. Elektron yang dilepaskan tersebut ditangkap oleh elektrode positif. Dalam hal ini, dilakukan oleh mangan dioksida (batu kawi) dan larutan amonium klorida. Peristiwa tersebut terjadi secara terus-menerus. Akibatnya, pada suatu saat perbedaan potensial kedua elektrode sama dengan nol. Pada keadaan seperti inilah baterai dikatakan mati (baterai tidak dapat dipakai lagi). Selama digunakan, seng dalam bereaksi dengan amonium klorida dan batu kawi sehingga terbentuk seng klorida, gas hidrogen, amonia, dan mangan trioksida. Itulah sebabnya, jumlah amonium klorida berangsur-angsur berkurang. Beda potensial dari baterai yaitu sebesar 1,5 Volt.
3. Elemen Leclanche
Elemen Leclanche pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan Perancis bernama George Leclanche (1838-1882). Elektrode positif (anode) dari Elemen Leclanche adalah batang karbon (C). Sedangkan elektrode negatifnya (katode) adalh batang seng (Zn). Kedua elektrode tersebut ditepatkan dengan larutan elektrolitamonium klorida (NH4Cl) dan zat depolarisatornya adalah mangan dioksida (MnO2) yang dicampur dengan serbuk karbon. Komponen-komponen tersebut ditempatkan dalam satu bejana kaca. Ketika dipakai, terjadi reaksi antara elektrode positif dan elektrode negatif. Di elektrode negatif terjadi pelepasan elektron oleh seng. Akibatnya, terbentuk ion seng yang bermuatan positif. Elektron yang dilepaskan tersebut ditangkap oleh elektrode positif. Dalam hal ini, dilakukan oleh mangan dioksida (batu kawi) dan larutan amonium klorida. Peristiwa tersebut terjadi secara terus-menerus. Akibatnya, pada suatu saat perbedaan potensial kedua elektrode sama dengan nol. Pada keadaan seperti inilah baterai dikatakan mati (baterai tidak dapat dipakai lagi). Selama digunakan, seng dalam bereaksi dengan amonium klorida dan batu kawi sehingga terbentuk seng klorida, gas hidrogen, amonia, dan mangan trioksida. Itulah sebabnya, jumlah amonium klorida berangsur-angsur berkurang. Elemen Leclanche menghasilkan listrik sebesar 1,5 Volt. Elemen ini tidak mengandung asam yang berbahaya dan merupakan pelopor dari sumber listrik portabel yang dikenal dengan nama baterai.
4. Akumulator atau Aki
Merupakan penyempurnaan dari Elemen Volta, dari Elemen Volta tersebut kemudian dikembangkan oleh Thomas Alfa Edison di Inggris pada tahun 1899-1901. Bagian utama akumulator, yaitu :a. kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbO2),b. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (Pb),c. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) dengan kepekatan 30%. Lempeng timbal dioksida dan timbal murni disusun saling bersisipan akan membentuk satu pasang sel akumulator yang saling berdekatan dan dipisahkan oleh bahan penyekat berupa isolator. Beda potensial yang dihasilkan setiap satu sel akumulator 2 volt. Pada saat akumulator digunakan, terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik dan terjadi perubahan anode, katode dan elektrolitnya. Pada anode terjadi perubahan yaitu timbal dioksida (PbO2) menjadi timbal sulfat (PbSO4). Perubahan yang terjadi pada katode adalah timbal murni (Pb) menjadi timbal sulfat (PbSO4). Adapun pada larutan elektrolit terjadi perubahan, yaitu asam sulfat pekat menjadi encer, karena pada pengosongan akumulator terbentuk air (H2O). Ketika akumulator digunakan, terjadi reaksi antara larutan elektrolit dengan timbal dioksida dan timbal murni sehingga menghasilkan elektron dan air. Reaksi kimia pada akumulator yang dikosongkan adalah sebagai berikut.• Pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO4 2–• Pada anode: PbO2+ 2H+ + 2e + H2SO4 →PbSO4+2H2O• Pada katode : Pb + SO 42 → PbSO4 Pada saat akumulator digunakan, baik anode maupun katode perlahan-lahan akan berubah menjadi timbal sulfat (PbSO4). Jika hal itu terjadi, maka kedua kutubnya memiliki potensial sama dan arus listrik berhenti mengalir. Terbentuknya air pada reaksi kimia menyebabkan kepekatan asam sulfat berkurang, sehingga mengurangi massa jenisnya. Keadaan ini dikatakan akumulator kosong (habis). Pengisian akumulator sering disebut penyetruman akumulator. Pada saat penyetruman akumulator terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Perubahan yang terjadi pada anode, yaitu timbal sulfat (PbSO4) berubah menjadi timbal dioksida (PbO2). Perubahan pada anode, yaitu timbal sulfat (PbSO4) berubah menjadi timbal murni (Pb). Kepekatan asam sulfat akan berubah dari encer menjadi pekat, karena ketika akumulator disetrum terjadi penguapan air. Menyetrum akumulator diperlukan sumber tegangan DC lain yang memiliki beda potensial yang lebih besar. Kutub-kutub akumulator dihubungkan dengan kutub sumber tegangan. Kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan kutub positif akumulator. Adapun, kutub negatif sumber tegangan dihubungkan dengan kutub negatif akumulator. Rangkaian ini menyebabkan aliran elektron sumber tegangan DC berlawanan dengan arah aliran elektron akumulator. Elektron-elektron pada akumulator dipaksa kembali ke elektrode akumulator semula, sehingga dapat membalik reaksi kimia pada kedua elektrodenya. Agar hasil penyetruman akumulator lebih baik, maka arus yang digunakan untuk mengisi kecil dan waktu pengisian lama. Besarnya arus listrik diatur dengan reostat. Pada saat pengisian terjadi penguapan asam sulfat, sehingga menambah kepekatan asam sulfat dan permukaan asam sulfat turun. Oleh sebab itu, perlu ditambah air akumulator kembali.Susunan akumulator yang akan disetrum dalam keadaan masih kosong, yaitua. kutub positif (anode) terbuat dari timbal dioksida (PbSO4),b. kutub negatif (katode) terbuat dari timbal murni (PbSO4),c. larutan elektrolit terbuat dari asam sulfat (H2SO4) encer.
Reaksi kimia saat akumulator diisi, yaitu
• pada elektrolit : H2SO4 →2H+ + SO4 2–
• pada anode : PbSO4
+ SO4 2– + 2H2O→ PbO2 + H2SO4
• pada katode: PbSO4 + 2H+ → Pb + H2SO4
Jadi, saat penyetruman akumulator pada prinsipnya mengubah anode dan katode yang berupa timbal sulfat (PbSO4) menjadi timbal dioksida (PbO2 ) dan timbal murni (Pb).
