STUDI AWAL DESAIN AKI BASAH DENGAN MENGG
STUDI AWAL DESAIN AKI BASAH DENGAN MENGGUNAKAN EKSTRAK LARUTAN PEPAYA (Carica
Papaya L.) SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK ALTERNATIF
1
Reynold A. Barus, 2Ir. H. Hairul Alwani HA, MT,
1
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
2
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Email : augustbarus@gmail.com
Persediaan sumber energi yang cukup besar sangatlah dibutuhkan dengan seiringnya perkembangan industri di
zaman modern ini. Ketersediaan sumber energi itu sendiri semakin menipis dan lama -kelamaan akan habis karena terus
menerus digunakan. Oleh karena itu diharapkan akan dapat solusinya melalui pemanfaatan energi alternative yang berasal
dari bahan-bahan yang tersedia dan belum dimanfaatkan secara luas. Pemanfaatan limbah organik yang berasal dari buahbuahan dapat dijadikan sebagai energi alternatif yang ramah lingkungan dan energi yang dapat diperbaharu.
Sel Volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik dari reaksi kimia berupa reaksi redoks spontan.
Dengan memanfaatkan kandungan kimia yang ada pada buah dapat didapatkan energi listrik melalui proses sel volta.
Dengan memanfaatkan energi ini diharapkan dapat menghemat energi yang sudah ada selama ini. Pada sel volta akan
terjadi proses pelepasan elektron (oksidasi) dan penangkapan elektron (reduksi). Hal ini akan mengakibatkan adanya aliran
elektron yang dapat menghasilkan arus listrik..
Dari hasil penelitian ini maka dapat disimpulkan bahwa AKI ekstrak buah pepaya dari hasil penelitian dapat
bertahan sampai 744 jam, sampai lampunya padam, dan Aki yang sudah dibuat dapat dikategorikan menjadi aki basah
electrochemical.
Kata kunci :energi alternatif, buah, sel volta / sel galvani, buah pepaya
ABSTRACT
Supply of energy sources is needed is large enough to seiringnya industrial development in modern times. The
availability of energy sources themselves dwindling and eventually will be depleted due to continuous use. Therefore, the
solution is expected from the use of alternative energy that is derived from available materials and have not been widely
utilized. The utilization of organic waste from fruits can be used as eco friendly alternative and renewable energy.
Voltaic cells are electrochemical cells that generate electrical current from chemical reactions in the form of a
spontaneous redox reaction. By utilizing the existing chemical constituents in the fruit can be obtained an electrical energy
through the process of voltaic cells. This utilization energy is expected to save ava ilable energy during this time. There will
be the release of electrons (oxidation) and electron capture (reduction) in voltaic cells. It will cause the flow of electrons
that can produce an electric current.
From these research results, it can be concluded that the papaya extracts of battery can last up to 744 hours, until
the lights went out, and this battery can be categorized into wet electrochemical battery.
Keywords : alternative energy, fruit, voltaic cells / galvanic cells, papaya
1. PENDAHULUAN
2.
Aki basah yang sudah dibuat dan didesain
diharapkan lebih ramah lingkungan .
1.1 Latar belakang
Persediaan
sumber
energi yang cukup besar
sangatlah dibutuhkan dengan seiringnya perkembangan
industri di zaman modern ini. Kemampuan
alam
menyediakan sumber energi masih banyak yang belum
dimaksimalkan. Ketersediaan sumber energi itu sendiri
semakin menipis dan lama-kelamaan akan habis karena
terus menerus digunakan. Ada banyak sumber energi
alternatif lain yang masih belum dimaksimalkan.
Kebijakan yang harus dilakukan adalah menemukan
sumber energi alternatif baru untuk dimaksimalkan.
Dimana dengan ditemukannya sumber energi alternatif
baru ini bisa menggantikan sedikit demi sedikit sumber
energi mineral yg akan habis tersebut, walaupun
kemampuan sumber energi alternatif tidak seoptimal
sumber energi mineral, tetapi dengan terus melakukan
penelitian atau riset dapat mengoptimalkan energi
alternatif menjadi lebih efektif, murah atau terjangkau dan
ramah terhadap lingkungan.
Energi altenatif adalah sumber energi yang
memanfaatkan bahan-bahan yang alami dan bersumber
dari alam yang mudah di dapat dan melimpah hasilnya.
Salah satu bahan yang dapat diguanakan sebagai sumber
energi alternatif adalah dengan menggunakan buahbuahan.Buah-buahan dapat digunakan sebagai bahan
energi alternatif karena mudah di dapat, banyak, dan
mudah dalam pengolahannya. Contoh buah-buahan yang
dapat dijadikan energi alternatif adalah buah jeruk, sawo,
tomat, dan masih banyak yang lagi walau energi yang
dihasilkan masih sangat kecil. Buah papaya (Carica
papaya L) adalah salah satu jenis buah yang dapat di
jadikan sebagai energi alternatif.
Dengan memanfaatkan kandungan kimia dalam buah
pepaya tersebut peneliti akan membuat desain aki yang
berfungsi untuk membangkitkan tegangan. Sumber
tegangan skala kecil ini akan sangat bermanfaat bagi
manusia dan akan menghemat energi yang sudah ada
selama ini.
1.2 Tujuan dan ManfaatPenelitian
1.2.1
Tujuan:
1.
2.
1.2.2
Membuat dan mendesain suatu media aki
basah untuk wadah ekstrak buah pepaya.
Mendapatkan nilai tegangan dari aki basah
yang sudah didesain.
Manfaat:
1. Aki basah yang sudah dibuat dan didesain
tersebut dapat lebih efisien dan praktis
untuk digunakan oleh masyarakat.
1.3 Perumusan Masalah
1. Bagaimana membuat Ekstrak buah pepaya
bisa menjadi energi alternatif yang ramah
lingkungan.
2. Bagaimana memanfaatkan buah pepaya yang
rusak di Kabupaten Ogan Ilir, Sumatera
selatan sebagai energy alternatif.
1.4 Pembatasan Masalah
Membuat dan mendesain seperti aki basah sebanyak
5 skat untuk wadah ekstrak pepaya, mengetahui proses
pepaya menghasilkan arus listrik, dan melakukan
pengukuran arus dan tegangan yang di hasilkan.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Buah Pepaya (Carica Papaya L.)
2.1.1 Sejarah Singkat Pepaya 15)
Pepaya merupakan tanaman buah berupa herbal dari
famili Caricaceae yang berasal dari Amerika Tengah dan
Hindia Barat bahkan kawasan sekitar Mexsiko dan Coasta
Rica. Tanaman pepaya banyak ditanam orang, baik di
daeah tropis maupun sub tropis, di daerah-daerah basah
dan kering atau di daerah-daerah dataran dan pegunungan
(sampai 1000 m dpl).
2.1.2
Kandungan Larutan Pepaya
Berdasarkan kandungan nutriennya,tanaman pepaya
memiliki kandungan yang sangat kaya akan vitamin,
kalsium, fosfor, besi, kalsium, lemak, protein, dan
kandungan-kandungan lainnya yang sangat bermanfaat
bagi tubuh manusia. Kondisi kandungan papaya juga
berbeda beda kandungannya. Jika dalam keadaan buah
pepaya masak memiliki kandungan yang sangat berbeda
dengan pepaya muda, begitu juga dengan kandungan
daun papaya sangat berbeda dengan daun pepaya.
2.2 Sel Elektrokimia3)
Sel elektrokimia adalah suatu sel yang disusun untuk
mengubah energi kimia menjadi energi listrik atau
mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Sel
elektrokimia menerapkan prinsip reaksi redoks dalam
aplikasinya. Elektroda yang melepaskan elektron
dinamakan anoda sedangkan elektroda yang menerima
elektron dinamakan katoda. Jadi sebuah sel elektrokimia
selalu terdiri dari dua bagian atau dua elektroda, setengah
reaksi oksidasi akan berlangsung pada anoda dan setengah
reaksi akan berlangsung pada katoda. Dengan kata lain
pada sel elektroda kimia, kedua setengah reaksi
dipisahkan dengan maksud agar aliran listrik (elektron)
yang ditimbulkan dapat dipergunakan. Salah satu sebuah
faktor yang menunjukan sebuah sel adalah gaya gerak
listrik (GGL) atau perbedaan potensial listrik antara anoda
dan katoda.
2.2.1 Reaksi oksidasi-reduksi7)
Oksidasi ialah perubahan kimia dimana suatu atom
atau kelompok atom melepaskan elektron, dan reduksi
ialah perubahan kimia dimana suatu atom atau kelompok
atom menerima elektron. Transformasi yang mengubah
atom netral menjadi ion positif berlangsung dengan
melepaskan elektron yang disebut dengan proses oksidasi.
Demikian pula, transformasi unsur netral menjadi anion
harus diikuti oleh pertambahan elektron yang disebut
proses reduksi.
2.2.2
Sel Volta Atau Sel Galvani13)
Batt Volta berhasil merancang alat berupa tumpukan
dari lempengan logam seng dan perak yang dipisahkan
oleh kain basah dari larutan garam yang menghasilkan
arus listrik. Rangkaian alat yang dapat menghasilkan arus
listrik dari reaksi kimia rancangan volta disebut sel volta.
2.2.3
Jenis-Jenis Sel Volta9)
Sel volta dibagi menjadi tiga bagian, yaitu Sel Volta
Primer, Sel Volta Sekunder, Sel Bahan Bakar. Ketiga
bagian tersebut juga memiliki contoh masing-masing lagi.
Berikut ini macam-macam dari sel volta :
A. Sel Volta Primer
Sel volta primer dibagi menjadi 4, antara
lain:
1. Sel Kering Seng-Karbon
Sel kering juga dapat disebut sel
Lenchanche atau baterai. Baterai kering
ini mendapatkan hak paten penemuan di
tahun 1866. Sel Lanchache ini terdiri atas
suatu silinder zink berisi pasta dari
campuran batu kawi (MnO2), salmiak
(NH4Cl), karbon (C), dan sedikit air.
Dengan adanya air jadi baterai kering ini
tidak 100% kering.
Sel ini biasanya digunakan sebagai
sumber tenaga atau energi pada lampu,
senter, radio, jam dinding, dan masih
banyak lagi. Penggunaan logam seng
adalah sebagai anoda sedangkan katoda
digunakan elektroda inert, yaitu grafit,
yang dicelupkan ditengah-tengah pasta.
Pasta ini bertujuan sebagai oksidator.
2. Baterai Merkuri
Baterai merkuri ini merupakan satu
dari baterai kecil yang dikembangkan
untuk usaha perdagangan atau komersial.
Anoda seng dan katoda merkuri (II)
oksida (HgO) adalah penyusun dari
baterai merkuri ini yang dihubungkan
dengan
larutan
elektrolit
kalium
hidroksida (KOH). Sel ini mempunyai
beda potensial ± 1,4V.
3. Baterai Perak Oksida
Baterai perak oksida tergolong
tipis dan harganya yang relatif lebih
mahal dari baterai-baterai yang lainnya.
Baterai ini sangat populer digunakan pada
jam, kamera, dan kalkulator elektronik.
Perak oksida (Ag2O) sebagai katoda dan
seng
sebagai
anodanya.
Reaksi
elektrodanya terjadi dalam elektrolit yang
bersifat basa dan mempunyai beda
potensial sama seperti pada baterai
alkaline sebesar 1,5V.
4. Baterai Litium
Terdiri atas litium sebagai anoda
dan MnO2 sebagai oksidator (seperti pada
baterai alkaline). Baterai Litium ini dapat
menghasilkan arus listrik yang lebih besar
dan
daya
tahannya
lebih
lama
dibandingkan baterai kering yang
berukuran sama.
B. Sel Volta Sekunder
Sel volta sekunder dibagi menjadi 4,
yaitu:
1. Aki Timbal
Aki merupakan jenis baterai yang
dapat digunakan untuk kendaran
bermotor atau automobil. Aki timbal
mempunyai tegangan 6V atau 12V,
tergantung jumlah sel yang digunakan
dalam konstruksi aki timbal tersebut. Aki
timbal
ini
terdiri
atas
katoda
PbO2 (timbel IV oksida) dan anodanya
Pb (timbel=timah hitam).
2. Baterai Nikel Kadmium
Baterai nikel-kadmium merupakan
baterai kering yang dapat diisi ulang. Sel
ini biasanya disebut nicad atau bateray
nickel-cadmium.
Baterai nikel-kadmium merupakan
zat padat yang melekat pada kedua
elektrodenya. Baterai nikel-kadmium
memiliki tegangan sekitar 1,4V. Dengan
membalik arah aliran elektron, zat-zat
tersebut dapat diubah kembali seperti zat
semula.
3. Sel Perak Seng
Sel ini mempunyai kuat arus (I)
yang besar dan banyak digunakan pada
kendaran-kendaraan balap. Sel perak
seng dibuat lebih ringan dibandingkan
dengan sel timbal seng.
4. Sel Natrium Belerang
Sel natrium belerang ini dapat
menghasilkan energi listrik yang lebih
besar dari sel perak seng. Elektrodanya
adalah Na (natrium) dan S (sulfur).
C. Sel Bahan Bakar
Sel bahan bakar adalah sel yang
menggunakan bahan bakar seperti campuran
hidrogen dengan oksigen atau campuran gas
alam dengan oksigen. Yang berperan
sebagai katoda adalah gas oksigen dan
anodanya gas hidrogen.
2.2.4 Prinsip Kerja Sel Volta 9)
Pada reaksi ini terjadi serah terima
elektron, logam seng (Zn) melepaskan elektron
dan membentuk Zn2+. Ion Cu2+ dalam larutan
CuSO4 menerima elektron dan membentuk
endapan Cu. Peristiwa ini berjalan terus-menerus
hingga semua ion Cu2+ mengendap sebagai
logam Cu, sehingga larutan CuSO4 semakin
berkurang konsentrasinya. Sebaliknya, endapan
Cu pada katode semakin bertambah massanya
dalam reaksi tersebut tidak terjadi arus listrik,
karena elektron berpindah secara langsung dari
logam Zn ke larutan CuSO4. Reaksi redoks
spontan akan menghasilkan arus listrik apabila
dirangkaikan pada suatu sel volta.
Dalam rangkaian sel volta tersebut logam
tembaga (Cu) berfungsi sebagai katode (kutub
positif), tempat penerimaan elektron dan logam
seng (Zn) berfungsi sebagai anode (kutub
negatif), tempat pelepasan elektron. Proses yang
berlangsung pada sel volta adalah sebagai
berikut:
a. Logam Zn dalam larutan ZnSO4 akan larut
sebagai ion Zn2+. Setiap mol Zn2+ akan
melepaskan 2 mol elektron, menurut
persamaan “setengah reaksi” yaitu:
Zn(s) à Zn2+(aq) + 2eElektron yang dilepaskan olen Zn akan
mengalir melalui kawat penghantar menuju
ke logam Cu.
b. Larutan CuSO4 terdiri atas ion Cu2+ dan SO42dengan jumlah yang seimbang. Ion
Cu2+akan menerima elektron dari logam CU
dan kemudian mengendap pada katode. Ion
Cu2+mengalami reaksi reduksi menurut
persamaan “setengah reaksi” yaitu:
Cu2+(aq) + 2e- à Cu(s)
c. Terjadi peristiwa aliran elektron (serah terima
elektron) dari logam Zn sebagai anode ke
logam
Cu
sebagai
katode
yang
menghasilkan potensial listrik. Besarnya
potensial listrik tersebut dapat diukur
menggunakan voltmeter.
d. Peristiwa searah terima elektron terus
berlangsung, sehingga dalam wadah katode
larutan
CuSO4 semakin
berkurang
konsentrasinya. Hal tersebut disebabkan ion
Cu2+ dalam larutan tereduksi menjadi Cu,
yang menyebabkan massa logam Cu yang
berfungsi sebagai katode semakin bertambah.
e. Massa logam Zn sebagai anode berkurang
karena terlarut sebagai ion Zn2+, sehingga ion
Zn2+ dalam ZnSO4 semakin bertambah.
f. Jumlah ion Zn2+ yang berlebihan menyebabkan
larutan pada anode, ZnSO4(aq) semakin
bermuatan positif, sebaliknya larutan dalam
katode yaitu CuSO4 semakin bermuatan
negatif.
g. Jembatan garam terdiri atas larutan elektrolit
seperti KCl atau NH4NO3 yang dilarutkan
dalam agar-agar. Elektrolit yang digunakan
pada jembatan garam harus bersifat inert
supaya tidak bereaksi dengan kedua
electrode. Apabila jembatan garam terbuat
dari larutan KCl, maka ion K+ akan bergerak
ke larutan yang lebih bermuatan negatif (ke
arah katode), sebaliknya ion negatif Cl- akan
bergerak ke larutan yang bermuatan positif
(ke arah anode).
2.2.5 Sel Elektrolisis5)
Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit
oleh arus listrik searah dengan menggunakan dua macam
elektroda. Elektroda tersebut adalah katoda (elektroda
yang dihubungkan dengan kutub negatif) dan anoda
(elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif). Pada
anoda terjadi reaksi oksidasi, yaitu anion (ion negatif)
ditarik oleh anoda dan jumlah elektronnya berkurang
sehingga bilangan oksidasinya bertambah.
2.2.6 Prinsip Perhitungan Elektrolisis5)
1.
Hukum Faraday I
"Massa zat yang terbentuk pada masing-masing
elektroda sebanding dengan kuat arus/arus listrik
yang mengalir pada elektrolisis tersebut".
Rumus:
.�.�
……………………….(2.1)
�=
9
q = i .t
………………………..(2.2)
Dimana :
m= massa zat yang dihasilkan (gram)
e = berat ekivalen = massa atom (Ar)/ Valensi
I = kuat arus listrik (ampere)
t = waktu (detik)
q = muatan listrik (coulomb)
2. Hukum Faraday II
"Massa dari macam-macam zat yang diendapkan
pada masing-masing elektroda (terbentuk pada
masing-masing elektroda) oleh sejumlah arus listrik
yang sama banyaknya akan sebanding dengan berat
ekivalen masing-masing zat tersebut."
Hukum Faraday erat kaitanya dengan muatan
listrik. Muatan listrik, Q, adalah pengukuran muatan
dasar yang dimiliki suatu benda. Satuan Q adalah
coulomb, yang merupakan 6.24 x 1018 muatan dasar.
Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik
itu berupa proton (muatan positif) maupun elektron
(muatan negatif). Muatan listrik total suatu atom
atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan
elektron. Sementara atom yang kelebihan elektron
akan bermuatan negatif. Besarnya muatan
tergantung dari kelebihan atau kekurangan elektron
ini, oleh karena itu muatan materi/atom merupakan
kelipatan dari satuan Q dasar.
Gambar 2.3 Komponen-komponen AKI
Sumber : http://idkf.bogor.net
1.
2.
2.3 Aki (Accumulator)2)
Akumulator (accu, aki) adalah sebuah alat yang
dapat menyimpan energi (umumnya energi listrik) dalam
bentuk energi kimia. Contoh-contoh akumulator adalah
baterai dan kapasitor. Aki atau baterai basah adalah
sebuah sel atau elemen sekunder dan merupakan sumber
arus listrik searah yang dapat mengubah energi kimia
menjadi energi listrik. Aki termasuk elemen elektrokimia
yang dapat mempengaruhi zat pereaksinya, sehingga
disebut elemen sekunder. Kutub positif aki menggunakan
lempeng oksida dan kutub negatifnya menggunakan
lempeng timbal sedangkan larutan elektrolitnya adalah
larutan asam sulfat.
Ketika aki dipakai, terjadi reaksi kimia yang
mengakibatkan endapan pada anoda (reduksi) dan katoda
(oksidasi). Akibatnya, dalam waktu tertentu antara anoda
dan katoda tidak ada beda potensial, artinya aki menjadi
kosong. Supaya aki dapat dipakai lagi, harus diisi dengan
cara mengalirkan arus listrik ke arah yang berlawanan
dengan arus listrik yang dikeluarkan aki itu. Ketika aki
diisi akan terjadi pengumpulan muatan listrik.
.
2.3.1 Elemen-Elemen Aki Basah10)
Akumulator (aki) adalah sebuah alat yang dapat
menyimpan energi, umumnya energi listrik dalam bentuk
energi kimia. Aki basah memiliki bagian-bagian di
dalamnya sebagai berikut:
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Kotak aki
Berfungsi sebagai rumah atau wadah dari komponen
aki yang terdiri atas cairan aki, pelat positif dan
pelat negatif berikut separatornya.
Tutup aki
Berada di atas, tutup aki berfungsi sebagai penutup
lubang pengisian air aki kedalam wadahnya,
sehingga tidak tumpah. Di aki kering tentu tidak ada
komponen ini, kalaupun ada tidak boleh di buka.
Lubang ventilasi
Untuk tipe konvensional ada di samping atas dan ada
selangnya. Berfungsi untuk memisahkan gas
hydrogen dari asam sulfat serta sebagai saluran
penguapan air aki, sedang tipe MF, gas hydrogen
dikondisikan lagi menjadi cairan sehingga tidak
dibutuhkan lubang ventilasi.
Plat logam
Terdiri dari pelat positif dan plat negatif, untuk plat
positif dibuat dari timbal Preoksida (PbO2),
Sedangkan pelat negatif hanya dibuat dari logam
timbal (Pb)
Air aki
Dibuat dari camputan air (H2O) dan asam sulfat
(H2SO4).
Separator
Berada di antara plat positif dan plat negatif,
separator bertugas untuk memisahkan atau menyekat
plat positif dan negatif agar tidak saling
bersinggungan yang dapat menimbulkan short alias
hubungan arus pendek listrik.
Sel
Merupakan ruangan dalam wadah bentuknya kotakkotak yang berisi cairan aki, plat positif dan negatif
berikut separatornya.
Terminal aki
Keduanya berada diatas wadah, karena merupakan
ujung dari rangkaian plat-plat yang nantinya
dihubungkan ke beban arus macam lampu dan
lainnya, bagian ini terdiri dari terminal positif dan
juga negatif.
7)
2.3.2 Reaksi kimia pada aki basah
Pada saat aki digunakan, tiap molekul asam sulfat
(H2S04) pecah menjadi dua ion hidrogen yang bermuatan
positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (S0 4-).
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.
2.4 Jembatan Garam1)
Jembatan garam biasanya berupa tabung berbentuk U
yang diisi dengan agar-agar yang dijenuhkan dengan KCl.
Jembatan garam berfungsi untuk menjaga kenetralan
muatan listrik pada larutan. Karena konsentrasi larutan
elektrolit pada jembatan garam lebih tinggi daripada
konsentrasi elektrolit di kedua bagian elektroda, maka ion
negatif dari jembatan garam masuk ke salah satu setengah
sel yang kelebihan muatan positif dan ion positif dari
jembatan garam berdifusi ke bagian lain yang kelebihan
muatan negatif. Dengan adanya jembatan garam dapat
terjadi penetralan muatan listrik di setiap elektroda
melalui difusi ion-ion, akan tetapi kedua larutan elektroda
tetap dapat dijaga untuk tidak saling bercampur secara
bebas, sebab kalau dibiarkan bercampur maka ion-ion
Cu2+ akan bereaksi langsung dengan elektroda Zn, dan
elektron tidak akan mengalir melalui kawat pada
rangkaian luar.
Penggunaan agar-agar mempunyai keuntungan,
diantaranya menjaga agar larutan elektrolit di satu bagian
elektroda tidak mengalir ke bagian elektroda lainnya saat
permukaan kedua larutan elektrolit di kedua elektrolit
berbeda.Adanya jembatan garam menyebabkan adanya
pertemuan cairan elektrolit. Hal ini menyebabkan
munculnya potensial perbatasan di kedua cairan, tapi
potensial cairan-perbatasan (Ej) antara larutan KCl (pekat
dalam agar-agar) dengan larutan encer pada setengah sel
sangat kecil. Hal ini terjadi karena larutan KCl yang
digunakan pekat sehingga potensial perbatasan terutama
ditentukan oleh ion-ion dari larutan tersebut, sementara
ion-ion dari larutan encer memberikan kontribusi yang
dapat diabaikan terhadap potensial perbatasan.
Karena mobilitas ion K+ dan Cl- dalam air hampir
sama, maka ion-ion ini berdifusi keluar dari jembatan
garam ke dalamlarutan encer pada kecepatan yang hampir
sama dan oleh karena itu potensil perbatasannya juga
sangat kecil.
2.5 Elektroda12)
Elektroda adalah konduktor yang melewati arus
listrik dari satu medium ke lainnya, biasanya dari sumber
listrik ke perangkat atau materi atau elektroda adalah
konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan
bagian atau media non-logam dari sebuah sirkuit (misal
semikonduktor, elektrolit atau vakum).
2.5.1 Jenis-jenis elektroda
Berdasarkan jenisnya, elektroda dapat digolongkan
menjadi :
1. Elektroda logam - ion logam
Yaitu elektroda yang berisi logam yang berada
dalam kesetimbangan dengan larutan ionnya,
contohnya elektroda Cu | Cu2+.
2. Elektroda amalgam
Elektroda amalgam adalah larutan logam dalam
Hg cair. Pada elektroda ini, amalgam logam M
akan berada dalam kesetimbangan dengan
ionnya (M2+). Logam - logam aktif seperti Na
dan Ca dapat digunakan sebagai elektroda
amalgam.
3. Elektroda redoks
Yaitu elektroda yang melibatkan reaksi reduksi oksidasi di dalamnya, contohnya elektroda Pt |
Fe3+, Fe2+.
4. Elektroda logam - garam tak larut
Elektroda ini berisi logam M yang berada dalam
kesetimbangan dengan garam sangat sedikit
larutnya Mυ+Xυ- dan larutan yang jenuh dengan
Mυ+Xυ- serta mengandung garam atau asam
terlarut dengan anion Xz-. Contoh : elektroda Ag
– AgCl yang terdiri dari logam Ag, padatan
AgCl, dan larutan yang mengandung ion Cl- dari
KCl atau HCl.
5. Elektroda gas
Yaitu elektroda yang berisi gas yang berda dalam
kesetimbangan dengan ion - ion dalam larutan,
misalnya elektroda Pt | H2(g) | H+(aq).
6. Elektroda non logam non gas
Yaitu elektroda yang berisi unsur selain logam
dan gas, misalnya elektroda brom dan yodium.
7. Elektroda membran
Yaitu elektroda yang mengandung membran
semi permiabel
2.5.2 Bentuk-bentuk elektroda8)
Elektroda terdiri dari beberapa jenis bahan, bentuk
dan ukuran. Bahan-bahan lempengan atau plat yang
dipakai untuk elektroda adalah nikel, besi, tembaga, seng
dan titanium.
Bentuk elektroda dibagi menjadi 3, antara lain:
a. Lempeng persegi panjang
20% disebut perunggu. Perunggu yang
mengandung sejumlah fosfor digunakan
dalam industri arloji dan galvanometer.
2.
Senyawa tembaga
Tembaga di alam memiliki tingkat oksidasi +1
dan +2. Tembaga dengan bilangan oksidasi +2
merupakan tembaga yang sering ditemukan
sedangkan tembaga dengan bilangan oksidasi
+1 jarang ditemukan, karena senyawaan
tembaga ini hanya stabil jika dalam bentuk
senyawa kompleks.
2.5.4
Seng10)
Seng (bahasa Belanda: zink) adalah unsur kimia
dengan lambang kimia Zn, nomor atom 30, dan
massa atom relatif 65,39. Ia merupakan unsur
pertama golongan 12 pada tabel periodik.. Bijih seng
yang paling banyak ditambang adalah sfalerit (seng
sulfida).
b. Silinder
c. Spiral
Gambar2.4 Bentuk elektroda persegi panjang, silinder,
dan spiral
Sumber:staff.undip.ac.id/fisika/ekohidayanto/.../masterthesis-eko-hidayanto.pdf
2.5.3 Tembaga13)
Tembaga
dengan
nama
kimia
Cupprum
dilambangkan dengan Cu, unsur logam ini berbentuk
kristal dengan warna kemerahan. Dalam tabel periodik
unsur-unsur kimia tembaga menempati posisi dengan
nomor atom (NA) 29 dan mempunyai bobot atom (BA)
63,546.
Gambar 2.5 Tembaga
Sumber : www.id.wikipedia.org
1.
Penggunaan Tembaga
a. Sebagai bahan untuk kabel listrik dan
kumparan dinamo
b. Paduan logam. Paduan tembaga 70% dengan
seng 30% disebut kuningan, sedangkan
paduan tembaga 80% dengan timah putih
Gambar 2.6 Sfalerit (ZnS)
Sumber : www.id.wikipedia.org
1. Sifat fisik seng
Logam ini keras dan rapuh pada kebanyakan
suhu, namun menjadi dapat ditempa antara 100 sampai
dengan 150 °C.
2 . Kegunaan Seng (Zn)
Dalam bahasa sehari-hari, seng juga dimaksudkan
sebagai plat seng yang digunakan sebagai bahan
bangunan.
Dalam industri zink mempunyai arti penting:
a). Melapisi besi atau baja untuk mencegah proses karat.
b). Digunakan untuk bahan baterai.
c). Zink dan alinasenya digunakan untuk cetakan logam,
penyepuhan listrik dan metalurgi bubuk.
d). Digunakan untuk industri kosmetik (mencegah kulit
agar tidak kering dan tidak terbakar sinar matahari),
plastik, karet, sabun, pigmen warna putih dalam cat
dan tinta (ZnO).
e). Sebagai pigmen fosfor serta untuk industri tabung
televisi dan lampu.
f). Sebagai deodoran dan untuk pengawetan kayu.
g). Untuk mordan (pewarnaan), stiptik (untuk mencegah
pendarahan).
h). Sebagai supply seng dalam makanan hewan serta
pupuk.
2.6 Potensial Elektroda Standar (Eo)6)
Potensial elektroda standar suatu elektroda adalah
daya gerak listrik yang timbul karena pelepasan elektron
dari reaksi reduksi.Karena itu, potensial elektroda standar
sering juga disebut potensial reduksi standar.Potensial ini
relatif karena dibandingkan dengan elektroda hidrogen
sebagai standar.Nilai potensial elektroda standar
dinyatakan dalam satuan Volt (V). Untuk elektroda
hidrogen, Eo nya adalah 0,00 V.
Potensial elektroda standar dapat dihitung dengan
menggunakan:
EoSel = EoKatoda - EoAnoda
2.7 Besaran listrik6)
2.7.1 Arus Listrik
Apabila muatan listrik dalam keadaan bergerak,
disebut arus listrik mengalir. Kuat arus didefinisikan
sebagai kuantitas muatan melalui penampang penghantar
setiap detik.
I=
�
Dimana :
�
I = Arus listrik (Ampere)
Q = Muatan listrik (Couloumb)
t = Waktu (second)
George Simon Ohm (1789-1854) mengemukakan
adanya hubungan antara kuat arus yang mengalir dalam
penghantar dengan selisih potensial kedua ujung
penghantar itu, yang dinyatakan sebagai :
R=
dimana :
�
R = Hambatan penghantar (Ohm)
V = Tegangan Listrik (Volt)
I = Arus listrik (Ampere)
2.7.2 Beda Potensial Listrik
Dalam arus listrik yang mengalir di suatu
penghantar, ada dua hal yang perlu diketahui. Pertama,
ada selisih potensial yang menyebabkan muatan dibawa
melalui penghantar. Kedua, muatan yang lewat melalui
penghantar harus kontinu dan kembali ke titik awal ketika
muatan itu mulai bergerak sehingga melalui penghantar
dan seterusnya. Diantara keduanya selisih potensial-lah
yang membuat muatan bergerak. Muatan bergerak dari
satu titik ke titik lain melakukan suatu usaha (Wab). Jika
Wab adalah usaha yang dikerjakan oleh sebuah partikel
bermuatan Q dari titik a ke titik b, maka perbedaan
potensial listrik antara titik a dan b, Vab , didefinisikan
sebagai :
Vab =
�
= V a – Vb
Dimana :
Vab = Potensial listrik antara titik a dan b (volt)
W
= Usaha (Joule)
Q
= Muatan listrik (couloumb)
dengan Vab adalah beda potensial listrik antara titik a dan
titik b. Karena potensial listrik adalah energi potensial
elektrostatik per-satuan muatan, satuan SI untuk potensial
dan beda potensial adalah joule per coulomb volt (V).
13)
2.8 Kapasitansi
Kapasitansi adalah ukuran jumlah muatan listrik
yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial
listrik yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari
piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua
lempeng/pelat/keping.Jika
muatan
di
lempeng/pelat/keping adalah +Q dan –Q, dan V adalah
tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus
kapasitansi adalah:
C=
�
.......…………………….……(2.7)
Dimana : C = kapasitansi yang diukur dalam
Farad
Q = muatan yang diukur dalam
coulomb
V = voltase yang diukur dalam volt
Unit SI dari kapasitansi adalah
farad; 1 farad = 1 coulomb per
volt.
Maka:
Hubungan Kapasitansi dengan arus listrik dan
tegangan adalah sebagai berikut
�
� =
�
atau
� =�.
Dimana :
C = kapasitansi dalam farad, F
A = luas setiap lempeng, diukur dalam meter
persegi
εr = konstanta dielektrik (yang juga disebut
permitivitas listrik relatif) dari bahan di
antara lempeng, (vakum =1)
ε0 = permitivitas vakum atau konstanta listrik
dimana ε0 = 8.854×10-12 F/m
d = jarak antar lempeng, diukur dalam meter
3. METODELOGI PENELITIAN
3.1 Prosedur Penelitian
START
Persiapan alat dan bahan
Proses sel galvani/sel volta
Pengujian daya tahan sampel
Hasil pengujian
STOP
3.2 Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut :
i .t
C =
…………………………………………(2.8)
V
Dimana : i
:
arus
listrik
dalam
Ampere
t
:
Waktu dalam jam
Kapasitansi bisa dikalkulasi dengan
mengetahui geometri konduktor dan sifat
dielektriknya penyekat di antara konduktor.
Sebagai contoh, besar kapasitansi dari sebuah
kapasitor “pelat-sejajar” yang tersusun dari dua
lempeng sejajarnya seluas A yang dipisahkan oleh
jarak d adalah sebagai berikut:
�
C = εr ε0 ……….………..………..(2.9)
Gambar 3.2 Buah Cermai
3.3 Alat Penelitian
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian
tugas akhir ini adalah :
8.
Gambar 3.3 Lampu LED
Gambar 3.4. Multimeter
9.
Gambar 3.5 Seng
Gambar 3.6 Tembaga
Siapkan dua rangkaian elektroda dengan
kabel yang lebih panjang dan hanya
menggunakan satu lempeng saja, satu
tembaga dan satu seng. Ujung dari dua kabel
rangkaian terakhir inilah yang akan
disambungkan dengan lampu yang akan
dinyalakan.
Terakhir tutup baterai sehingga udara tidak
dapat masuk kedalam baterai.
4. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Gambar 3.7 Kaca
Gambar 3.8 Kabel
Pada pengukuran aki dari ekstrak buah pepaya
dilakukan dengan dua kondisi yaitu kondisi saat tidak
diberi beban dan diberi beban. Pengukuran dilakukan
terhadap nilai tegangan dan arus yang dihasilkan oleh aki.
4.1.1 Data Hasil Pengujian Tegangan
1. Nilai Tegangan Tanpa Beban
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Tegangan tanpa beban
Gambar 3.9 Gelas ukur
Gambar 3.10 Blender
3.4 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian pada penelitian kali ini yaitu :
1. Buah pepaya sebagai larutan pada aki basah
diperas dan kemudian di endapkan.
2. Larutan yang didapatkan dari hasil perasan
tersebut disaring dengan
menggunakan
saringan kain supaya biji buah pepaya tidak
ikut dalam wadah aki.
3. Siapkan
wadah/baterai
yang
sudah
dirancang yang sudah dibuat skat-skatnya.
4. Larutan ekstrak pepaya yang sudah disaring
diukur masing-masing 360 mL untuk
dimasukkan ke dalam 5 sekat pada wadah
aki yang sudah dibuat.
5. Masukan larutan buah pepaya tersebut ke
dalam sekat-sekat yang telah dibuat Masing
masing setiap sekat sebanyak 360 mL.
6. Buat
rangkaian
elektroda
dengan
menyambungkan antara lempeng tembaga
dan lempeng seng menggunakan kabel.
7. Susun rangkaian elektroda tersebut ke dalam
wadah/tempat
yang
telah
disiapkan
sebelumnya, dengan susunan lempeng
tembaga - lempeng seng - lempeng tembaga
dan begitu seterusnya.
2. Nilai Tegangan Saat Diberi Beban
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Tegangan saat diberi
beban
Gambar 4.2 Grafik tegangan tanpa beban
Gambar 4.3 Grafik Tegangan Ada beban
4.1.2 Data Hasil Pengujian Arus Listrik
2. Nilai Arus Saat Diberi Beban
1. Nilai Arus Listrik Tanpa Beban
TABEL 4.4. Tabel Hasil Pengujian Arus Listrik dengan
diberi beban
TABEL 4.3. Tabel Hasil Pengujian Arus Listrik
Gambar 4.4 Grafik Arus Tanpa beban
Gambar 4.5 Grafik Arus saat ada beban
4.1.3 Data Hasil Pengujian Jembatan Garam
1. Tanpa Jembatan Garam
Tabel 4.6 Tabel Data tegangan tanpa jembatan garam
penghubung antara elektroda tembaga dengan elektroda
seng. Larutan ekstrak buah pepaya akan dimasukkan ke
dalam wadah aki yang sudah didesain dari kaca dengan
memiliki 5 sel. Pada aki yang telah dibuat ini
menghasilkan tegangan sebesar 4,77 volt dan arus
sebesar 10,4 mA.
Pada aki basah ini memiliki 5 buah sel yang di
dalamnya terdiri atas elektroda seng dan tembaga. Pada
penilitian ini aki basah dihubungkan pada satu buah
lampu LED.Pada penelitian ini dilakukan beberapa
pengukuran dengan kondisi yang berbeda. Pada desain
aki basah dengan 5 sel di lakukukan pengukuran dengan
4 bagian yaitu :
2. Ada Jembatan Garam
Tabel 4.7 Tabel data tegangan saat ada jembatan garam
1.
2.
3.
4.
Pengukuran tegangan tanpa beban
Pengukuran tegangan saat ada beban
Pengukuran arus listrik tanpa beban
Pengukuran arus listrik saat ada beban
Pada penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada
grafik bahwa semakin bertambahnya waktu semakin
turunnya nilai tegangan maupun arusnya. Hal ini terjadi
karena adanya perubahan konsentrasi keasaman larutan
pepaya yang berkurang. Pada grafik arus dan tegangan
dapat juga kita lihat bahwa pada saat diberi beban
nilainya lebih cepat menurun dibandingkan dengan yang
tidak diberi beban karena nilai arusnya terbuang yaitu
melalui gelembung-gelembung yang mengendap pada
elektroda.
Nilai tegangan dapat didapatkan dengan E0Sel
yaitu dilihat dari elektroda yang digunakan. Pada
penilitian yang dilakukan elektroda yang berperan
sebagai katoda adalah tembaga karena sifatnya yang
berfungsi sebagai menangkap elektron. Sedangkan
elektroda seng berperan sebagai anoda karena elektroda
ini melepas elektron. Jika dilihat dari rumus di atas nilai
tegangan yang dapat dihasilkan melalui kedua elektroda
adalah sebagai berikut:
E0sel = 0,339 – (-0,763) = 1,102 Volt.
Gambar 4.6 Grafik perbandingan tegangan
dengan dan tanpa jembatan garam
4.2 Analisa Hasil Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada buah pepaya sebagai
bahan untuk menghasilkan energi alternatif dengan
menggunakan prinsip kerja sel volta / sel galvani dimana
sel volta merupakan perubahan energi kimia menjadi
energi listrik. Pada penelitian ini larutan ekstrak buah
pepaya digunakan sebagai larutan elektrolit yaitu sebagai
E0sel yang didapat dari rumus elektrokimia diatas sebesar
1,102 volt sedangkan tegangan Aki basah yang di dapat
sebesar 4,77 volt dengan menggunakan 5 sekat.
Tegangan yang di hasilkan pada aki basah hanya bertahan
selama 744 jam, hal ini di karenakan karena salah satu
elektroda mengalami penurunan mutu logam yang
mengakibatkan elektroda tersebut patah. Elektroda yang
patah tersebut adalah lempengan seng.
4.3 Nilai Kapasitansi
Kapasitansi yang di
,4 664 � − farad.
hasilkan
adalah
sebesar
4.4 Diskusi Jembatan Garam
Pada penelitian ini dibuat jembatan garam yang
terbuat dari agar-agar dengan garam NaCl. Jembatan
garam sangat berpengaruh dalam menjaga kenetralan
pada larutan jeruk pada aki basah. Karena konsentrasi
larutan elektrolit pada jembatan garam lebih tinggi
daripada konsentrasi elektrolit di kedua bagian elektroda,
maka ion negatif dari jembatan garam masuk ke salah
satu setengah sel yang kelebihan kation dan ion positif
dari jembatan garam berdifusi ke bagian lain yang
kelebihan anion. Kation-kation di dalam jembatan
garam berpindah ke wadah yang mengandung elektroda
tembaga untuk menggantikan ion tembaga yang semakin
habis. Sebaliknya, anion-anion pada jembatan garam
berpindah ke sisi elektroda seng, yang menjaga agar
larutan yang mengandung ion Zn2+ tetap bermuatan
listrik netral. Adanya jembatan garam membuat lampu
yang dihubungkan dengan aki bertahan hingga 744 jam.
5.
volta tembaga mengalami reaksi reduksi
(proses penerimaan elektron).
Tegangan aki dengan tanpa jembatan garam
berkurang nilainya dibandingkan dengan
aki yang diberi jembatan garam.
5.2 Saran
1.
Mengganti lempengan seng menjadi lempengan
yang lebih memiliki daya tahan terhadap korosi
(karat), agar tegangan dan arus yang dihasilkan
lebih tahan lama.
2.
Melakukan penelitian di tempat yang lebih
tertutup agar partikel-partikel kecil tidak bisa
masuk ke dalam wadah aki.
DAFTAR PUSTAKA
Pada gambar perbandingan grafik tegangan saat
diberi jembatan garam dan saat tidak diberi jembatan
garam dapat kita lihat bahwa jatuh tegangan masingmasing aki berbeda. Dimana tegangan aki dengan tanpa
jembatan garam berkurang nilainya dibandingkan dengan
aki yang diberi jembatan garam.
1.
2.
5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Dengan menggunakan ekstrak buah pepaya
sebagai pengganti larutan aki basah dapat
menghasilkan nyala lampu LED. Maka
dapat disimpulkan bahwa ekstrak buah
pepaya memiliki potensi sebagai energi
alternatif walaupun masih dalam kapasitas
yang kecil dibandingkan energi yang dapat
dihasilkan oleh aki basah yang ada saat ini.
2. Nilai tegangan maksimum pada desain aki
basah dengan 5 sekat adalah 4,77 volt dan
nilai arus sebesar 10,4 mA. Nilai Arus dan
tegangan akan berkurang seiring waktu hal
ini disebabkan karena arus dan tegangan
yang hilang menjadi gelembung-gelembung
yang menempel pada elektroda.
3. Elektroda seng yang berfungsi sebagai
anoda
lama-kelamaan
mengalami
penurunan mutu logam yang sering disebut
dengan korosi (karat) yang menyebabkan
seng menjadi patah sehingga elektoda seng
hanya dapat digunakan sekali. Hal ini salah
satu yang menyebakan aki tidak lagi
menghasilkan tegangan dan arus.
4. Elektroda tembaga dapat digunakan
berkali-kali, karena pada percobaan sel
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Ade
.
2011.
Jembatan
Garam.
http://kimia.upi.edu/ jembatan garam.htm.
Diakses 15 Februari 2014.
Adityawan, aurino.2009. Sistem Pengisian Baterai
Lead Acid secara Adaptif. Jurusan Teknik
Elektronika,
Politeknik
Elektronika
Negeri Surabaya.
Andy. 2009. General Chemistry for Senior
Highschool Students. Jakarta
Anonim,A.
2012.
Elektroda.
www.ut.ac.id/html/suplemen/elektroda.ht
ml. Diakses 15 Februari 2014.
Azhar, Saleh. 2014. Dasar-Dasar Teknik
Pelapisan Logam dengan Elektrolisis.
Bandung: Yrama Wydia.
Englewoods, Cliff. 1978. Electronic Instrument
and Measurements Techniques. USA.
Prentice Hall inc
Etna,Rufiati.2011. Reaksi Redoks pada Sel Volta.
Bandung
Hidayanto, Eko.2004. Respon Berbagai Bentuk
Ukuran dan Bahan Elektroda pada
Pengayaan Elektrolisis Tritium pada
Sampel Air. Bandung. Institut Teknologi
Bandung.
Karo-karo, Alexander. 2014. Desain Aki Kering
Menggunakan Kulit Pisang Kepok (Musa
Paradisiaca).
Skripsi
diterbitkan.
Palembang: Universitas Sriwijaya.
Muhaimin, Drs. 2008. Bahan-Bahan Listrik.
Jakarta: penerbit Pradnya Paramita.
11.
12.
13.
14.
15.
N.Madison, Riddel Phil. 2014. What it an
Electrode?. www.wisegeek.org. Diakses
tanggal 20 Juli 2015.
Ralph H.Petrucci dan Suminar. 1987. BagianBagian Aki Kering dan Aki Basah.
www.yayansukayan.wordpress.com.
Diakses 20 Juli 2015
Simbolon, Sabam. 2013. Desain Kapasitor
Elektrochemical dengan Menggunakan
Larutan Ekstrak Buah Sawo (Archas
Zapota. L). Skripsi diterbitkan.
Palembang: Universitas Sriwijaya.
Sitepu, Ray. 2014. Desain Aki Basah
Elektrochemical dengan Menggunakan
Larutan Ekstrak Buah Jeruk Manis (Citrus
Sinensis Linn). Skripsi diterbitkan.
Palembang: Universitas Sriwijaya.
Syamsuhidayat, S.S dan Hutapea, J.R, 1991,
Inventaris Tanaman Obat Indonesia, edisi
kedua, Departemen Kesehatan RI, Jakarta.
Papaya L.) SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK ALTERNATIF
1
Reynold A. Barus, 2Ir. H. Hairul Alwani HA, MT,
1
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
2
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Email : augustbarus@gmail.com
Persediaan sumber energi yang cukup besar sangatlah dibutuhkan dengan seiringnya perkembangan industri di
zaman modern ini. Ketersediaan sumber energi itu sendiri semakin menipis dan lama -kelamaan akan habis karena terus
menerus digunakan. Oleh karena itu diharapkan akan dapat solusinya melalui pemanfaatan energi alternative yang berasal
dari bahan-bahan yang tersedia dan belum dimanfaatkan secara luas. Pemanfaatan limbah organik yang berasal dari buahbuahan dapat dijadikan sebagai energi alternatif yang ramah lingkungan dan energi yang dapat diperbaharu.
Sel Volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik dari reaksi kimia berupa reaksi redoks spontan.
Dengan memanfaatkan kandungan kimia yang ada pada buah dapat didapatkan energi listrik melalui proses sel volta.
Dengan memanfaatkan energi ini diharapkan dapat menghemat energi yang sudah ada selama ini. Pada sel volta akan
terjadi proses pelepasan elektron (oksidasi) dan penangkapan elektron (reduksi). Hal ini akan mengakibatkan adanya aliran
elektron yang dapat menghasilkan arus listrik..
Dari hasil penelitian ini maka dapat disimpulkan bahwa AKI ekstrak buah pepaya dari hasil penelitian dapat
bertahan sampai 744 jam, sampai lampunya padam, dan Aki yang sudah dibuat dapat dikategorikan menjadi aki basah
electrochemical.
Kata kunci :energi alternatif, buah, sel volta / sel galvani, buah pepaya
ABSTRACT
Supply of energy sources is needed is large enough to seiringnya industrial development in modern times. The
availability of energy sources themselves dwindling and eventually will be depleted due to continuous use. Therefore, the
solution is expected from the use of alternative energy that is derived from available materials and have not been widely
utilized. The utilization of organic waste from fruits can be used as eco friendly alternative and renewable energy.
Voltaic cells are electrochemical cells that generate electrical current from chemical reactions in the form of a
spontaneous redox reaction. By utilizing the existing chemical constituents in the fruit can be obtained an electrical energy
through the process of voltaic cells. This utilization energy is expected to save ava ilable energy during this time. There will
be the release of electrons (oxidation) and electron capture (reduction) in voltaic cells. It will cause the flow of electrons
that can produce an electric current.
From these research results, it can be concluded that the papaya extracts of battery can last up to 744 hours, until
the lights went out, and this battery can be categorized into wet electrochemical battery.
Keywords : alternative energy, fruit, voltaic cells / galvanic cells, papaya
1. PENDAHULUAN
2.
Aki basah yang sudah dibuat dan didesain
diharapkan lebih ramah lingkungan .
1.1 Latar belakang
Persediaan
sumber
energi yang cukup besar
sangatlah dibutuhkan dengan seiringnya perkembangan
industri di zaman modern ini. Kemampuan
alam
menyediakan sumber energi masih banyak yang belum
dimaksimalkan. Ketersediaan sumber energi itu sendiri
semakin menipis dan lama-kelamaan akan habis karena
terus menerus digunakan. Ada banyak sumber energi
alternatif lain yang masih belum dimaksimalkan.
Kebijakan yang harus dilakukan adalah menemukan
sumber energi alternatif baru untuk dimaksimalkan.
Dimana dengan ditemukannya sumber energi alternatif
baru ini bisa menggantikan sedikit demi sedikit sumber
energi mineral yg akan habis tersebut, walaupun
kemampuan sumber energi alternatif tidak seoptimal
sumber energi mineral, tetapi dengan terus melakukan
penelitian atau riset dapat mengoptimalkan energi
alternatif menjadi lebih efektif, murah atau terjangkau dan
ramah terhadap lingkungan.
Energi altenatif adalah sumber energi yang
memanfaatkan bahan-bahan yang alami dan bersumber
dari alam yang mudah di dapat dan melimpah hasilnya.
Salah satu bahan yang dapat diguanakan sebagai sumber
energi alternatif adalah dengan menggunakan buahbuahan.Buah-buahan dapat digunakan sebagai bahan
energi alternatif karena mudah di dapat, banyak, dan
mudah dalam pengolahannya. Contoh buah-buahan yang
dapat dijadikan energi alternatif adalah buah jeruk, sawo,
tomat, dan masih banyak yang lagi walau energi yang
dihasilkan masih sangat kecil. Buah papaya (Carica
papaya L) adalah salah satu jenis buah yang dapat di
jadikan sebagai energi alternatif.
Dengan memanfaatkan kandungan kimia dalam buah
pepaya tersebut peneliti akan membuat desain aki yang
berfungsi untuk membangkitkan tegangan. Sumber
tegangan skala kecil ini akan sangat bermanfaat bagi
manusia dan akan menghemat energi yang sudah ada
selama ini.
1.2 Tujuan dan ManfaatPenelitian
1.2.1
Tujuan:
1.
2.
1.2.2
Membuat dan mendesain suatu media aki
basah untuk wadah ekstrak buah pepaya.
Mendapatkan nilai tegangan dari aki basah
yang sudah didesain.
Manfaat:
1. Aki basah yang sudah dibuat dan didesain
tersebut dapat lebih efisien dan praktis
untuk digunakan oleh masyarakat.
1.3 Perumusan Masalah
1. Bagaimana membuat Ekstrak buah pepaya
bisa menjadi energi alternatif yang ramah
lingkungan.
2. Bagaimana memanfaatkan buah pepaya yang
rusak di Kabupaten Ogan Ilir, Sumatera
selatan sebagai energy alternatif.
1.4 Pembatasan Masalah
Membuat dan mendesain seperti aki basah sebanyak
5 skat untuk wadah ekstrak pepaya, mengetahui proses
pepaya menghasilkan arus listrik, dan melakukan
pengukuran arus dan tegangan yang di hasilkan.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Buah Pepaya (Carica Papaya L.)
2.1.1 Sejarah Singkat Pepaya 15)
Pepaya merupakan tanaman buah berupa herbal dari
famili Caricaceae yang berasal dari Amerika Tengah dan
Hindia Barat bahkan kawasan sekitar Mexsiko dan Coasta
Rica. Tanaman pepaya banyak ditanam orang, baik di
daeah tropis maupun sub tropis, di daerah-daerah basah
dan kering atau di daerah-daerah dataran dan pegunungan
(sampai 1000 m dpl).
2.1.2
Kandungan Larutan Pepaya
Berdasarkan kandungan nutriennya,tanaman pepaya
memiliki kandungan yang sangat kaya akan vitamin,
kalsium, fosfor, besi, kalsium, lemak, protein, dan
kandungan-kandungan lainnya yang sangat bermanfaat
bagi tubuh manusia. Kondisi kandungan papaya juga
berbeda beda kandungannya. Jika dalam keadaan buah
pepaya masak memiliki kandungan yang sangat berbeda
dengan pepaya muda, begitu juga dengan kandungan
daun papaya sangat berbeda dengan daun pepaya.
2.2 Sel Elektrokimia3)
Sel elektrokimia adalah suatu sel yang disusun untuk
mengubah energi kimia menjadi energi listrik atau
mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Sel
elektrokimia menerapkan prinsip reaksi redoks dalam
aplikasinya. Elektroda yang melepaskan elektron
dinamakan anoda sedangkan elektroda yang menerima
elektron dinamakan katoda. Jadi sebuah sel elektrokimia
selalu terdiri dari dua bagian atau dua elektroda, setengah
reaksi oksidasi akan berlangsung pada anoda dan setengah
reaksi akan berlangsung pada katoda. Dengan kata lain
pada sel elektroda kimia, kedua setengah reaksi
dipisahkan dengan maksud agar aliran listrik (elektron)
yang ditimbulkan dapat dipergunakan. Salah satu sebuah
faktor yang menunjukan sebuah sel adalah gaya gerak
listrik (GGL) atau perbedaan potensial listrik antara anoda
dan katoda.
2.2.1 Reaksi oksidasi-reduksi7)
Oksidasi ialah perubahan kimia dimana suatu atom
atau kelompok atom melepaskan elektron, dan reduksi
ialah perubahan kimia dimana suatu atom atau kelompok
atom menerima elektron. Transformasi yang mengubah
atom netral menjadi ion positif berlangsung dengan
melepaskan elektron yang disebut dengan proses oksidasi.
Demikian pula, transformasi unsur netral menjadi anion
harus diikuti oleh pertambahan elektron yang disebut
proses reduksi.
2.2.2
Sel Volta Atau Sel Galvani13)
Batt Volta berhasil merancang alat berupa tumpukan
dari lempengan logam seng dan perak yang dipisahkan
oleh kain basah dari larutan garam yang menghasilkan
arus listrik. Rangkaian alat yang dapat menghasilkan arus
listrik dari reaksi kimia rancangan volta disebut sel volta.
2.2.3
Jenis-Jenis Sel Volta9)
Sel volta dibagi menjadi tiga bagian, yaitu Sel Volta
Primer, Sel Volta Sekunder, Sel Bahan Bakar. Ketiga
bagian tersebut juga memiliki contoh masing-masing lagi.
Berikut ini macam-macam dari sel volta :
A. Sel Volta Primer
Sel volta primer dibagi menjadi 4, antara
lain:
1. Sel Kering Seng-Karbon
Sel kering juga dapat disebut sel
Lenchanche atau baterai. Baterai kering
ini mendapatkan hak paten penemuan di
tahun 1866. Sel Lanchache ini terdiri atas
suatu silinder zink berisi pasta dari
campuran batu kawi (MnO2), salmiak
(NH4Cl), karbon (C), dan sedikit air.
Dengan adanya air jadi baterai kering ini
tidak 100% kering.
Sel ini biasanya digunakan sebagai
sumber tenaga atau energi pada lampu,
senter, radio, jam dinding, dan masih
banyak lagi. Penggunaan logam seng
adalah sebagai anoda sedangkan katoda
digunakan elektroda inert, yaitu grafit,
yang dicelupkan ditengah-tengah pasta.
Pasta ini bertujuan sebagai oksidator.
2. Baterai Merkuri
Baterai merkuri ini merupakan satu
dari baterai kecil yang dikembangkan
untuk usaha perdagangan atau komersial.
Anoda seng dan katoda merkuri (II)
oksida (HgO) adalah penyusun dari
baterai merkuri ini yang dihubungkan
dengan
larutan
elektrolit
kalium
hidroksida (KOH). Sel ini mempunyai
beda potensial ± 1,4V.
3. Baterai Perak Oksida
Baterai perak oksida tergolong
tipis dan harganya yang relatif lebih
mahal dari baterai-baterai yang lainnya.
Baterai ini sangat populer digunakan pada
jam, kamera, dan kalkulator elektronik.
Perak oksida (Ag2O) sebagai katoda dan
seng
sebagai
anodanya.
Reaksi
elektrodanya terjadi dalam elektrolit yang
bersifat basa dan mempunyai beda
potensial sama seperti pada baterai
alkaline sebesar 1,5V.
4. Baterai Litium
Terdiri atas litium sebagai anoda
dan MnO2 sebagai oksidator (seperti pada
baterai alkaline). Baterai Litium ini dapat
menghasilkan arus listrik yang lebih besar
dan
daya
tahannya
lebih
lama
dibandingkan baterai kering yang
berukuran sama.
B. Sel Volta Sekunder
Sel volta sekunder dibagi menjadi 4,
yaitu:
1. Aki Timbal
Aki merupakan jenis baterai yang
dapat digunakan untuk kendaran
bermotor atau automobil. Aki timbal
mempunyai tegangan 6V atau 12V,
tergantung jumlah sel yang digunakan
dalam konstruksi aki timbal tersebut. Aki
timbal
ini
terdiri
atas
katoda
PbO2 (timbel IV oksida) dan anodanya
Pb (timbel=timah hitam).
2. Baterai Nikel Kadmium
Baterai nikel-kadmium merupakan
baterai kering yang dapat diisi ulang. Sel
ini biasanya disebut nicad atau bateray
nickel-cadmium.
Baterai nikel-kadmium merupakan
zat padat yang melekat pada kedua
elektrodenya. Baterai nikel-kadmium
memiliki tegangan sekitar 1,4V. Dengan
membalik arah aliran elektron, zat-zat
tersebut dapat diubah kembali seperti zat
semula.
3. Sel Perak Seng
Sel ini mempunyai kuat arus (I)
yang besar dan banyak digunakan pada
kendaran-kendaraan balap. Sel perak
seng dibuat lebih ringan dibandingkan
dengan sel timbal seng.
4. Sel Natrium Belerang
Sel natrium belerang ini dapat
menghasilkan energi listrik yang lebih
besar dari sel perak seng. Elektrodanya
adalah Na (natrium) dan S (sulfur).
C. Sel Bahan Bakar
Sel bahan bakar adalah sel yang
menggunakan bahan bakar seperti campuran
hidrogen dengan oksigen atau campuran gas
alam dengan oksigen. Yang berperan
sebagai katoda adalah gas oksigen dan
anodanya gas hidrogen.
2.2.4 Prinsip Kerja Sel Volta 9)
Pada reaksi ini terjadi serah terima
elektron, logam seng (Zn) melepaskan elektron
dan membentuk Zn2+. Ion Cu2+ dalam larutan
CuSO4 menerima elektron dan membentuk
endapan Cu. Peristiwa ini berjalan terus-menerus
hingga semua ion Cu2+ mengendap sebagai
logam Cu, sehingga larutan CuSO4 semakin
berkurang konsentrasinya. Sebaliknya, endapan
Cu pada katode semakin bertambah massanya
dalam reaksi tersebut tidak terjadi arus listrik,
karena elektron berpindah secara langsung dari
logam Zn ke larutan CuSO4. Reaksi redoks
spontan akan menghasilkan arus listrik apabila
dirangkaikan pada suatu sel volta.
Dalam rangkaian sel volta tersebut logam
tembaga (Cu) berfungsi sebagai katode (kutub
positif), tempat penerimaan elektron dan logam
seng (Zn) berfungsi sebagai anode (kutub
negatif), tempat pelepasan elektron. Proses yang
berlangsung pada sel volta adalah sebagai
berikut:
a. Logam Zn dalam larutan ZnSO4 akan larut
sebagai ion Zn2+. Setiap mol Zn2+ akan
melepaskan 2 mol elektron, menurut
persamaan “setengah reaksi” yaitu:
Zn(s) à Zn2+(aq) + 2eElektron yang dilepaskan olen Zn akan
mengalir melalui kawat penghantar menuju
ke logam Cu.
b. Larutan CuSO4 terdiri atas ion Cu2+ dan SO42dengan jumlah yang seimbang. Ion
Cu2+akan menerima elektron dari logam CU
dan kemudian mengendap pada katode. Ion
Cu2+mengalami reaksi reduksi menurut
persamaan “setengah reaksi” yaitu:
Cu2+(aq) + 2e- à Cu(s)
c. Terjadi peristiwa aliran elektron (serah terima
elektron) dari logam Zn sebagai anode ke
logam
Cu
sebagai
katode
yang
menghasilkan potensial listrik. Besarnya
potensial listrik tersebut dapat diukur
menggunakan voltmeter.
d. Peristiwa searah terima elektron terus
berlangsung, sehingga dalam wadah katode
larutan
CuSO4 semakin
berkurang
konsentrasinya. Hal tersebut disebabkan ion
Cu2+ dalam larutan tereduksi menjadi Cu,
yang menyebabkan massa logam Cu yang
berfungsi sebagai katode semakin bertambah.
e. Massa logam Zn sebagai anode berkurang
karena terlarut sebagai ion Zn2+, sehingga ion
Zn2+ dalam ZnSO4 semakin bertambah.
f. Jumlah ion Zn2+ yang berlebihan menyebabkan
larutan pada anode, ZnSO4(aq) semakin
bermuatan positif, sebaliknya larutan dalam
katode yaitu CuSO4 semakin bermuatan
negatif.
g. Jembatan garam terdiri atas larutan elektrolit
seperti KCl atau NH4NO3 yang dilarutkan
dalam agar-agar. Elektrolit yang digunakan
pada jembatan garam harus bersifat inert
supaya tidak bereaksi dengan kedua
electrode. Apabila jembatan garam terbuat
dari larutan KCl, maka ion K+ akan bergerak
ke larutan yang lebih bermuatan negatif (ke
arah katode), sebaliknya ion negatif Cl- akan
bergerak ke larutan yang bermuatan positif
(ke arah anode).
2.2.5 Sel Elektrolisis5)
Elektrolisis adalah peristiwa penguraian elektrolit
oleh arus listrik searah dengan menggunakan dua macam
elektroda. Elektroda tersebut adalah katoda (elektroda
yang dihubungkan dengan kutub negatif) dan anoda
(elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif). Pada
anoda terjadi reaksi oksidasi, yaitu anion (ion negatif)
ditarik oleh anoda dan jumlah elektronnya berkurang
sehingga bilangan oksidasinya bertambah.
2.2.6 Prinsip Perhitungan Elektrolisis5)
1.
Hukum Faraday I
"Massa zat yang terbentuk pada masing-masing
elektroda sebanding dengan kuat arus/arus listrik
yang mengalir pada elektrolisis tersebut".
Rumus:
.�.�
……………………….(2.1)
�=
9
q = i .t
………………………..(2.2)
Dimana :
m= massa zat yang dihasilkan (gram)
e = berat ekivalen = massa atom (Ar)/ Valensi
I = kuat arus listrik (ampere)
t = waktu (detik)
q = muatan listrik (coulomb)
2. Hukum Faraday II
"Massa dari macam-macam zat yang diendapkan
pada masing-masing elektroda (terbentuk pada
masing-masing elektroda) oleh sejumlah arus listrik
yang sama banyaknya akan sebanding dengan berat
ekivalen masing-masing zat tersebut."
Hukum Faraday erat kaitanya dengan muatan
listrik. Muatan listrik, Q, adalah pengukuran muatan
dasar yang dimiliki suatu benda. Satuan Q adalah
coulomb, yang merupakan 6.24 x 1018 muatan dasar.
Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik
itu berupa proton (muatan positif) maupun elektron
(muatan negatif). Muatan listrik total suatu atom
atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan
elektron. Sementara atom yang kelebihan elektron
akan bermuatan negatif. Besarnya muatan
tergantung dari kelebihan atau kekurangan elektron
ini, oleh karena itu muatan materi/atom merupakan
kelipatan dari satuan Q dasar.
Gambar 2.3 Komponen-komponen AKI
Sumber : http://idkf.bogor.net
1.
2.
2.3 Aki (Accumulator)2)
Akumulator (accu, aki) adalah sebuah alat yang
dapat menyimpan energi (umumnya energi listrik) dalam
bentuk energi kimia. Contoh-contoh akumulator adalah
baterai dan kapasitor. Aki atau baterai basah adalah
sebuah sel atau elemen sekunder dan merupakan sumber
arus listrik searah yang dapat mengubah energi kimia
menjadi energi listrik. Aki termasuk elemen elektrokimia
yang dapat mempengaruhi zat pereaksinya, sehingga
disebut elemen sekunder. Kutub positif aki menggunakan
lempeng oksida dan kutub negatifnya menggunakan
lempeng timbal sedangkan larutan elektrolitnya adalah
larutan asam sulfat.
Ketika aki dipakai, terjadi reaksi kimia yang
mengakibatkan endapan pada anoda (reduksi) dan katoda
(oksidasi). Akibatnya, dalam waktu tertentu antara anoda
dan katoda tidak ada beda potensial, artinya aki menjadi
kosong. Supaya aki dapat dipakai lagi, harus diisi dengan
cara mengalirkan arus listrik ke arah yang berlawanan
dengan arus listrik yang dikeluarkan aki itu. Ketika aki
diisi akan terjadi pengumpulan muatan listrik.
.
2.3.1 Elemen-Elemen Aki Basah10)
Akumulator (aki) adalah sebuah alat yang dapat
menyimpan energi, umumnya energi listrik dalam bentuk
energi kimia. Aki basah memiliki bagian-bagian di
dalamnya sebagai berikut:
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Kotak aki
Berfungsi sebagai rumah atau wadah dari komponen
aki yang terdiri atas cairan aki, pelat positif dan
pelat negatif berikut separatornya.
Tutup aki
Berada di atas, tutup aki berfungsi sebagai penutup
lubang pengisian air aki kedalam wadahnya,
sehingga tidak tumpah. Di aki kering tentu tidak ada
komponen ini, kalaupun ada tidak boleh di buka.
Lubang ventilasi
Untuk tipe konvensional ada di samping atas dan ada
selangnya. Berfungsi untuk memisahkan gas
hydrogen dari asam sulfat serta sebagai saluran
penguapan air aki, sedang tipe MF, gas hydrogen
dikondisikan lagi menjadi cairan sehingga tidak
dibutuhkan lubang ventilasi.
Plat logam
Terdiri dari pelat positif dan plat negatif, untuk plat
positif dibuat dari timbal Preoksida (PbO2),
Sedangkan pelat negatif hanya dibuat dari logam
timbal (Pb)
Air aki
Dibuat dari camputan air (H2O) dan asam sulfat
(H2SO4).
Separator
Berada di antara plat positif dan plat negatif,
separator bertugas untuk memisahkan atau menyekat
plat positif dan negatif agar tidak saling
bersinggungan yang dapat menimbulkan short alias
hubungan arus pendek listrik.
Sel
Merupakan ruangan dalam wadah bentuknya kotakkotak yang berisi cairan aki, plat positif dan negatif
berikut separatornya.
Terminal aki
Keduanya berada diatas wadah, karena merupakan
ujung dari rangkaian plat-plat yang nantinya
dihubungkan ke beban arus macam lampu dan
lainnya, bagian ini terdiri dari terminal positif dan
juga negatif.
7)
2.3.2 Reaksi kimia pada aki basah
Pada saat aki digunakan, tiap molekul asam sulfat
(H2S04) pecah menjadi dua ion hidrogen yang bermuatan
positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (S0 4-).
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.
2.4 Jembatan Garam1)
Jembatan garam biasanya berupa tabung berbentuk U
yang diisi dengan agar-agar yang dijenuhkan dengan KCl.
Jembatan garam berfungsi untuk menjaga kenetralan
muatan listrik pada larutan. Karena konsentrasi larutan
elektrolit pada jembatan garam lebih tinggi daripada
konsentrasi elektrolit di kedua bagian elektroda, maka ion
negatif dari jembatan garam masuk ke salah satu setengah
sel yang kelebihan muatan positif dan ion positif dari
jembatan garam berdifusi ke bagian lain yang kelebihan
muatan negatif. Dengan adanya jembatan garam dapat
terjadi penetralan muatan listrik di setiap elektroda
melalui difusi ion-ion, akan tetapi kedua larutan elektroda
tetap dapat dijaga untuk tidak saling bercampur secara
bebas, sebab kalau dibiarkan bercampur maka ion-ion
Cu2+ akan bereaksi langsung dengan elektroda Zn, dan
elektron tidak akan mengalir melalui kawat pada
rangkaian luar.
Penggunaan agar-agar mempunyai keuntungan,
diantaranya menjaga agar larutan elektrolit di satu bagian
elektroda tidak mengalir ke bagian elektroda lainnya saat
permukaan kedua larutan elektrolit di kedua elektrolit
berbeda.Adanya jembatan garam menyebabkan adanya
pertemuan cairan elektrolit. Hal ini menyebabkan
munculnya potensial perbatasan di kedua cairan, tapi
potensial cairan-perbatasan (Ej) antara larutan KCl (pekat
dalam agar-agar) dengan larutan encer pada setengah sel
sangat kecil. Hal ini terjadi karena larutan KCl yang
digunakan pekat sehingga potensial perbatasan terutama
ditentukan oleh ion-ion dari larutan tersebut, sementara
ion-ion dari larutan encer memberikan kontribusi yang
dapat diabaikan terhadap potensial perbatasan.
Karena mobilitas ion K+ dan Cl- dalam air hampir
sama, maka ion-ion ini berdifusi keluar dari jembatan
garam ke dalamlarutan encer pada kecepatan yang hampir
sama dan oleh karena itu potensil perbatasannya juga
sangat kecil.
2.5 Elektroda12)
Elektroda adalah konduktor yang melewati arus
listrik dari satu medium ke lainnya, biasanya dari sumber
listrik ke perangkat atau materi atau elektroda adalah
konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan
bagian atau media non-logam dari sebuah sirkuit (misal
semikonduktor, elektrolit atau vakum).
2.5.1 Jenis-jenis elektroda
Berdasarkan jenisnya, elektroda dapat digolongkan
menjadi :
1. Elektroda logam - ion logam
Yaitu elektroda yang berisi logam yang berada
dalam kesetimbangan dengan larutan ionnya,
contohnya elektroda Cu | Cu2+.
2. Elektroda amalgam
Elektroda amalgam adalah larutan logam dalam
Hg cair. Pada elektroda ini, amalgam logam M
akan berada dalam kesetimbangan dengan
ionnya (M2+). Logam - logam aktif seperti Na
dan Ca dapat digunakan sebagai elektroda
amalgam.
3. Elektroda redoks
Yaitu elektroda yang melibatkan reaksi reduksi oksidasi di dalamnya, contohnya elektroda Pt |
Fe3+, Fe2+.
4. Elektroda logam - garam tak larut
Elektroda ini berisi logam M yang berada dalam
kesetimbangan dengan garam sangat sedikit
larutnya Mυ+Xυ- dan larutan yang jenuh dengan
Mυ+Xυ- serta mengandung garam atau asam
terlarut dengan anion Xz-. Contoh : elektroda Ag
– AgCl yang terdiri dari logam Ag, padatan
AgCl, dan larutan yang mengandung ion Cl- dari
KCl atau HCl.
5. Elektroda gas
Yaitu elektroda yang berisi gas yang berda dalam
kesetimbangan dengan ion - ion dalam larutan,
misalnya elektroda Pt | H2(g) | H+(aq).
6. Elektroda non logam non gas
Yaitu elektroda yang berisi unsur selain logam
dan gas, misalnya elektroda brom dan yodium.
7. Elektroda membran
Yaitu elektroda yang mengandung membran
semi permiabel
2.5.2 Bentuk-bentuk elektroda8)
Elektroda terdiri dari beberapa jenis bahan, bentuk
dan ukuran. Bahan-bahan lempengan atau plat yang
dipakai untuk elektroda adalah nikel, besi, tembaga, seng
dan titanium.
Bentuk elektroda dibagi menjadi 3, antara lain:
a. Lempeng persegi panjang
20% disebut perunggu. Perunggu yang
mengandung sejumlah fosfor digunakan
dalam industri arloji dan galvanometer.
2.
Senyawa tembaga
Tembaga di alam memiliki tingkat oksidasi +1
dan +2. Tembaga dengan bilangan oksidasi +2
merupakan tembaga yang sering ditemukan
sedangkan tembaga dengan bilangan oksidasi
+1 jarang ditemukan, karena senyawaan
tembaga ini hanya stabil jika dalam bentuk
senyawa kompleks.
2.5.4
Seng10)
Seng (bahasa Belanda: zink) adalah unsur kimia
dengan lambang kimia Zn, nomor atom 30, dan
massa atom relatif 65,39. Ia merupakan unsur
pertama golongan 12 pada tabel periodik.. Bijih seng
yang paling banyak ditambang adalah sfalerit (seng
sulfida).
b. Silinder
c. Spiral
Gambar2.4 Bentuk elektroda persegi panjang, silinder,
dan spiral
Sumber:staff.undip.ac.id/fisika/ekohidayanto/.../masterthesis-eko-hidayanto.pdf
2.5.3 Tembaga13)
Tembaga
dengan
nama
kimia
Cupprum
dilambangkan dengan Cu, unsur logam ini berbentuk
kristal dengan warna kemerahan. Dalam tabel periodik
unsur-unsur kimia tembaga menempati posisi dengan
nomor atom (NA) 29 dan mempunyai bobot atom (BA)
63,546.
Gambar 2.5 Tembaga
Sumber : www.id.wikipedia.org
1.
Penggunaan Tembaga
a. Sebagai bahan untuk kabel listrik dan
kumparan dinamo
b. Paduan logam. Paduan tembaga 70% dengan
seng 30% disebut kuningan, sedangkan
paduan tembaga 80% dengan timah putih
Gambar 2.6 Sfalerit (ZnS)
Sumber : www.id.wikipedia.org
1. Sifat fisik seng
Logam ini keras dan rapuh pada kebanyakan
suhu, namun menjadi dapat ditempa antara 100 sampai
dengan 150 °C.
2 . Kegunaan Seng (Zn)
Dalam bahasa sehari-hari, seng juga dimaksudkan
sebagai plat seng yang digunakan sebagai bahan
bangunan.
Dalam industri zink mempunyai arti penting:
a). Melapisi besi atau baja untuk mencegah proses karat.
b). Digunakan untuk bahan baterai.
c). Zink dan alinasenya digunakan untuk cetakan logam,
penyepuhan listrik dan metalurgi bubuk.
d). Digunakan untuk industri kosmetik (mencegah kulit
agar tidak kering dan tidak terbakar sinar matahari),
plastik, karet, sabun, pigmen warna putih dalam cat
dan tinta (ZnO).
e). Sebagai pigmen fosfor serta untuk industri tabung
televisi dan lampu.
f). Sebagai deodoran dan untuk pengawetan kayu.
g). Untuk mordan (pewarnaan), stiptik (untuk mencegah
pendarahan).
h). Sebagai supply seng dalam makanan hewan serta
pupuk.
2.6 Potensial Elektroda Standar (Eo)6)
Potensial elektroda standar suatu elektroda adalah
daya gerak listrik yang timbul karena pelepasan elektron
dari reaksi reduksi.Karena itu, potensial elektroda standar
sering juga disebut potensial reduksi standar.Potensial ini
relatif karena dibandingkan dengan elektroda hidrogen
sebagai standar.Nilai potensial elektroda standar
dinyatakan dalam satuan Volt (V). Untuk elektroda
hidrogen, Eo nya adalah 0,00 V.
Potensial elektroda standar dapat dihitung dengan
menggunakan:
EoSel = EoKatoda - EoAnoda
2.7 Besaran listrik6)
2.7.1 Arus Listrik
Apabila muatan listrik dalam keadaan bergerak,
disebut arus listrik mengalir. Kuat arus didefinisikan
sebagai kuantitas muatan melalui penampang penghantar
setiap detik.
I=
�
Dimana :
�
I = Arus listrik (Ampere)
Q = Muatan listrik (Couloumb)
t = Waktu (second)
George Simon Ohm (1789-1854) mengemukakan
adanya hubungan antara kuat arus yang mengalir dalam
penghantar dengan selisih potensial kedua ujung
penghantar itu, yang dinyatakan sebagai :
R=
dimana :
�
R = Hambatan penghantar (Ohm)
V = Tegangan Listrik (Volt)
I = Arus listrik (Ampere)
2.7.2 Beda Potensial Listrik
Dalam arus listrik yang mengalir di suatu
penghantar, ada dua hal yang perlu diketahui. Pertama,
ada selisih potensial yang menyebabkan muatan dibawa
melalui penghantar. Kedua, muatan yang lewat melalui
penghantar harus kontinu dan kembali ke titik awal ketika
muatan itu mulai bergerak sehingga melalui penghantar
dan seterusnya. Diantara keduanya selisih potensial-lah
yang membuat muatan bergerak. Muatan bergerak dari
satu titik ke titik lain melakukan suatu usaha (Wab). Jika
Wab adalah usaha yang dikerjakan oleh sebuah partikel
bermuatan Q dari titik a ke titik b, maka perbedaan
potensial listrik antara titik a dan b, Vab , didefinisikan
sebagai :
Vab =
�
= V a – Vb
Dimana :
Vab = Potensial listrik antara titik a dan b (volt)
W
= Usaha (Joule)
Q
= Muatan listrik (couloumb)
dengan Vab adalah beda potensial listrik antara titik a dan
titik b. Karena potensial listrik adalah energi potensial
elektrostatik per-satuan muatan, satuan SI untuk potensial
dan beda potensial adalah joule per coulomb volt (V).
13)
2.8 Kapasitansi
Kapasitansi adalah ukuran jumlah muatan listrik
yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial
listrik yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari
piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua
lempeng/pelat/keping.Jika
muatan
di
lempeng/pelat/keping adalah +Q dan –Q, dan V adalah
tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus
kapasitansi adalah:
C=
�
.......…………………….……(2.7)
Dimana : C = kapasitansi yang diukur dalam
Farad
Q = muatan yang diukur dalam
coulomb
V = voltase yang diukur dalam volt
Unit SI dari kapasitansi adalah
farad; 1 farad = 1 coulomb per
volt.
Maka:
Hubungan Kapasitansi dengan arus listrik dan
tegangan adalah sebagai berikut
�
� =
�
atau
� =�.
Dimana :
C = kapasitansi dalam farad, F
A = luas setiap lempeng, diukur dalam meter
persegi
εr = konstanta dielektrik (yang juga disebut
permitivitas listrik relatif) dari bahan di
antara lempeng, (vakum =1)
ε0 = permitivitas vakum atau konstanta listrik
dimana ε0 = 8.854×10-12 F/m
d = jarak antar lempeng, diukur dalam meter
3. METODELOGI PENELITIAN
3.1 Prosedur Penelitian
START
Persiapan alat dan bahan
Proses sel galvani/sel volta
Pengujian daya tahan sampel
Hasil pengujian
STOP
3.2 Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut :
i .t
C =
…………………………………………(2.8)
V
Dimana : i
:
arus
listrik
dalam
Ampere
t
:
Waktu dalam jam
Kapasitansi bisa dikalkulasi dengan
mengetahui geometri konduktor dan sifat
dielektriknya penyekat di antara konduktor.
Sebagai contoh, besar kapasitansi dari sebuah
kapasitor “pelat-sejajar” yang tersusun dari dua
lempeng sejajarnya seluas A yang dipisahkan oleh
jarak d adalah sebagai berikut:
�
C = εr ε0 ……….………..………..(2.9)
Gambar 3.2 Buah Cermai
3.3 Alat Penelitian
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian
tugas akhir ini adalah :
8.
Gambar 3.3 Lampu LED
Gambar 3.4. Multimeter
9.
Gambar 3.5 Seng
Gambar 3.6 Tembaga
Siapkan dua rangkaian elektroda dengan
kabel yang lebih panjang dan hanya
menggunakan satu lempeng saja, satu
tembaga dan satu seng. Ujung dari dua kabel
rangkaian terakhir inilah yang akan
disambungkan dengan lampu yang akan
dinyalakan.
Terakhir tutup baterai sehingga udara tidak
dapat masuk kedalam baterai.
4. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Penelitian
Gambar 3.7 Kaca
Gambar 3.8 Kabel
Pada pengukuran aki dari ekstrak buah pepaya
dilakukan dengan dua kondisi yaitu kondisi saat tidak
diberi beban dan diberi beban. Pengukuran dilakukan
terhadap nilai tegangan dan arus yang dihasilkan oleh aki.
4.1.1 Data Hasil Pengujian Tegangan
1. Nilai Tegangan Tanpa Beban
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Tegangan tanpa beban
Gambar 3.9 Gelas ukur
Gambar 3.10 Blender
3.4 Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian pada penelitian kali ini yaitu :
1. Buah pepaya sebagai larutan pada aki basah
diperas dan kemudian di endapkan.
2. Larutan yang didapatkan dari hasil perasan
tersebut disaring dengan
menggunakan
saringan kain supaya biji buah pepaya tidak
ikut dalam wadah aki.
3. Siapkan
wadah/baterai
yang
sudah
dirancang yang sudah dibuat skat-skatnya.
4. Larutan ekstrak pepaya yang sudah disaring
diukur masing-masing 360 mL untuk
dimasukkan ke dalam 5 sekat pada wadah
aki yang sudah dibuat.
5. Masukan larutan buah pepaya tersebut ke
dalam sekat-sekat yang telah dibuat Masing
masing setiap sekat sebanyak 360 mL.
6. Buat
rangkaian
elektroda
dengan
menyambungkan antara lempeng tembaga
dan lempeng seng menggunakan kabel.
7. Susun rangkaian elektroda tersebut ke dalam
wadah/tempat
yang
telah
disiapkan
sebelumnya, dengan susunan lempeng
tembaga - lempeng seng - lempeng tembaga
dan begitu seterusnya.
2. Nilai Tegangan Saat Diberi Beban
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian Tegangan saat diberi
beban
Gambar 4.2 Grafik tegangan tanpa beban
Gambar 4.3 Grafik Tegangan Ada beban
4.1.2 Data Hasil Pengujian Arus Listrik
2. Nilai Arus Saat Diberi Beban
1. Nilai Arus Listrik Tanpa Beban
TABEL 4.4. Tabel Hasil Pengujian Arus Listrik dengan
diberi beban
TABEL 4.3. Tabel Hasil Pengujian Arus Listrik
Gambar 4.4 Grafik Arus Tanpa beban
Gambar 4.5 Grafik Arus saat ada beban
4.1.3 Data Hasil Pengujian Jembatan Garam
1. Tanpa Jembatan Garam
Tabel 4.6 Tabel Data tegangan tanpa jembatan garam
penghubung antara elektroda tembaga dengan elektroda
seng. Larutan ekstrak buah pepaya akan dimasukkan ke
dalam wadah aki yang sudah didesain dari kaca dengan
memiliki 5 sel. Pada aki yang telah dibuat ini
menghasilkan tegangan sebesar 4,77 volt dan arus
sebesar 10,4 mA.
Pada aki basah ini memiliki 5 buah sel yang di
dalamnya terdiri atas elektroda seng dan tembaga. Pada
penilitian ini aki basah dihubungkan pada satu buah
lampu LED.Pada penelitian ini dilakukan beberapa
pengukuran dengan kondisi yang berbeda. Pada desain
aki basah dengan 5 sel di lakukukan pengukuran dengan
4 bagian yaitu :
2. Ada Jembatan Garam
Tabel 4.7 Tabel data tegangan saat ada jembatan garam
1.
2.
3.
4.
Pengukuran tegangan tanpa beban
Pengukuran tegangan saat ada beban
Pengukuran arus listrik tanpa beban
Pengukuran arus listrik saat ada beban
Pada penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada
grafik bahwa semakin bertambahnya waktu semakin
turunnya nilai tegangan maupun arusnya. Hal ini terjadi
karena adanya perubahan konsentrasi keasaman larutan
pepaya yang berkurang. Pada grafik arus dan tegangan
dapat juga kita lihat bahwa pada saat diberi beban
nilainya lebih cepat menurun dibandingkan dengan yang
tidak diberi beban karena nilai arusnya terbuang yaitu
melalui gelembung-gelembung yang mengendap pada
elektroda.
Nilai tegangan dapat didapatkan dengan E0Sel
yaitu dilihat dari elektroda yang digunakan. Pada
penilitian yang dilakukan elektroda yang berperan
sebagai katoda adalah tembaga karena sifatnya yang
berfungsi sebagai menangkap elektron. Sedangkan
elektroda seng berperan sebagai anoda karena elektroda
ini melepas elektron. Jika dilihat dari rumus di atas nilai
tegangan yang dapat dihasilkan melalui kedua elektroda
adalah sebagai berikut:
E0sel = 0,339 – (-0,763) = 1,102 Volt.
Gambar 4.6 Grafik perbandingan tegangan
dengan dan tanpa jembatan garam
4.2 Analisa Hasil Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada buah pepaya sebagai
bahan untuk menghasilkan energi alternatif dengan
menggunakan prinsip kerja sel volta / sel galvani dimana
sel volta merupakan perubahan energi kimia menjadi
energi listrik. Pada penelitian ini larutan ekstrak buah
pepaya digunakan sebagai larutan elektrolit yaitu sebagai
E0sel yang didapat dari rumus elektrokimia diatas sebesar
1,102 volt sedangkan tegangan Aki basah yang di dapat
sebesar 4,77 volt dengan menggunakan 5 sekat.
Tegangan yang di hasilkan pada aki basah hanya bertahan
selama 744 jam, hal ini di karenakan karena salah satu
elektroda mengalami penurunan mutu logam yang
mengakibatkan elektroda tersebut patah. Elektroda yang
patah tersebut adalah lempengan seng.
4.3 Nilai Kapasitansi
Kapasitansi yang di
,4 664 � − farad.
hasilkan
adalah
sebesar
4.4 Diskusi Jembatan Garam
Pada penelitian ini dibuat jembatan garam yang
terbuat dari agar-agar dengan garam NaCl. Jembatan
garam sangat berpengaruh dalam menjaga kenetralan
pada larutan jeruk pada aki basah. Karena konsentrasi
larutan elektrolit pada jembatan garam lebih tinggi
daripada konsentrasi elektrolit di kedua bagian elektroda,
maka ion negatif dari jembatan garam masuk ke salah
satu setengah sel yang kelebihan kation dan ion positif
dari jembatan garam berdifusi ke bagian lain yang
kelebihan anion. Kation-kation di dalam jembatan
garam berpindah ke wadah yang mengandung elektroda
tembaga untuk menggantikan ion tembaga yang semakin
habis. Sebaliknya, anion-anion pada jembatan garam
berpindah ke sisi elektroda seng, yang menjaga agar
larutan yang mengandung ion Zn2+ tetap bermuatan
listrik netral. Adanya jembatan garam membuat lampu
yang dihubungkan dengan aki bertahan hingga 744 jam.
5.
volta tembaga mengalami reaksi reduksi
(proses penerimaan elektron).
Tegangan aki dengan tanpa jembatan garam
berkurang nilainya dibandingkan dengan
aki yang diberi jembatan garam.
5.2 Saran
1.
Mengganti lempengan seng menjadi lempengan
yang lebih memiliki daya tahan terhadap korosi
(karat), agar tegangan dan arus yang dihasilkan
lebih tahan lama.
2.
Melakukan penelitian di tempat yang lebih
tertutup agar partikel-partikel kecil tidak bisa
masuk ke dalam wadah aki.
DAFTAR PUSTAKA
Pada gambar perbandingan grafik tegangan saat
diberi jembatan garam dan saat tidak diberi jembatan
garam dapat kita lihat bahwa jatuh tegangan masingmasing aki berbeda. Dimana tegangan aki dengan tanpa
jembatan garam berkurang nilainya dibandingkan dengan
aki yang diberi jembatan garam.
1.
2.
5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Dengan menggunakan ekstrak buah pepaya
sebagai pengganti larutan aki basah dapat
menghasilkan nyala lampu LED. Maka
dapat disimpulkan bahwa ekstrak buah
pepaya memiliki potensi sebagai energi
alternatif walaupun masih dalam kapasitas
yang kecil dibandingkan energi yang dapat
dihasilkan oleh aki basah yang ada saat ini.
2. Nilai tegangan maksimum pada desain aki
basah dengan 5 sekat adalah 4,77 volt dan
nilai arus sebesar 10,4 mA. Nilai Arus dan
tegangan akan berkurang seiring waktu hal
ini disebabkan karena arus dan tegangan
yang hilang menjadi gelembung-gelembung
yang menempel pada elektroda.
3. Elektroda seng yang berfungsi sebagai
anoda
lama-kelamaan
mengalami
penurunan mutu logam yang sering disebut
dengan korosi (karat) yang menyebabkan
seng menjadi patah sehingga elektoda seng
hanya dapat digunakan sekali. Hal ini salah
satu yang menyebakan aki tidak lagi
menghasilkan tegangan dan arus.
4. Elektroda tembaga dapat digunakan
berkali-kali, karena pada percobaan sel
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Ade
.
2011.
Jembatan
Garam.
http://kimia.upi.edu/ jembatan garam.htm.
Diakses 15 Februari 2014.
Adityawan, aurino.2009. Sistem Pengisian Baterai
Lead Acid secara Adaptif. Jurusan Teknik
Elektronika,
Politeknik
Elektronika
Negeri Surabaya.
Andy. 2009. General Chemistry for Senior
Highschool Students. Jakarta
Anonim,A.
2012.
Elektroda.
www.ut.ac.id/html/suplemen/elektroda.ht
ml. Diakses 15 Februari 2014.
Azhar, Saleh. 2014. Dasar-Dasar Teknik
Pelapisan Logam dengan Elektrolisis.
Bandung: Yrama Wydia.
Englewoods, Cliff. 1978. Electronic Instrument
and Measurements Techniques. USA.
Prentice Hall inc
Etna,Rufiati.2011. Reaksi Redoks pada Sel Volta.
Bandung
Hidayanto, Eko.2004. Respon Berbagai Bentuk
Ukuran dan Bahan Elektroda pada
Pengayaan Elektrolisis Tritium pada
Sampel Air. Bandung. Institut Teknologi
Bandung.
Karo-karo, Alexander. 2014. Desain Aki Kering
Menggunakan Kulit Pisang Kepok (Musa
Paradisiaca).
Skripsi
diterbitkan.
Palembang: Universitas Sriwijaya.
Muhaimin, Drs. 2008. Bahan-Bahan Listrik.
Jakarta: penerbit Pradnya Paramita.
11.
12.
13.
14.
15.
N.Madison, Riddel Phil. 2014. What it an
Electrode?. www.wisegeek.org. Diakses
tanggal 20 Juli 2015.
Ralph H.Petrucci dan Suminar. 1987. BagianBagian Aki Kering dan Aki Basah.
www.yayansukayan.wordpress.com.
Diakses 20 Juli 2015
Simbolon, Sabam. 2013. Desain Kapasitor
Elektrochemical dengan Menggunakan
Larutan Ekstrak Buah Sawo (Archas
Zapota. L). Skripsi diterbitkan.
Palembang: Universitas Sriwijaya.
Sitepu, Ray. 2014. Desain Aki Basah
Elektrochemical dengan Menggunakan
Larutan Ekstrak Buah Jeruk Manis (Citrus
Sinensis Linn). Skripsi diterbitkan.
Palembang: Universitas Sriwijaya.
Syamsuhidayat, S.S dan Hutapea, J.R, 1991,
Inventaris Tanaman Obat Indonesia, edisi
kedua, Departemen Kesehatan RI, Jakarta.