Apa itu Baterai Asam Timbal?

Diciptakan oleh dokter Perancis Gaston Plantepada tahun 1859, asam timbal adalah baterai isi ulang pertama yang digunakan secara komersial. Meskipun usianya sudah lanjut, bahan kimia timbal masih digunakan secara luas hingga saat ini. Ada alasan bagus untuk popularitasnya; asam timbal dapat diandalkan dan murah berdasarkan biaya per watt. Ada beberapa baterai lain yang menghasilkan daya dalam jumlah besar semurah asam timbal, dan ini membuat baterai hemat biaya untuk mobil, mobil golf, forklift, kelautan, dan pasokan listrik tak terputus (UPS).

Struktur jaringan baterai asam timbal terbuat dari paduan timbal. Timbal murni terlalu lunak dan tidak dapat menopang dirinya sendiri, sehingga sejumlah kecil logam lain ditambahkan untuk mendapatkan kekuatan mekanik dan meningkatkan sifat listrik. Aditif yang paling umum adalah antimon, kalsium, timah, dan selenium. Baterai ini sering dikenal sebagai “timbal-antimon” dan “kalsium timbal”.

Menambahkan antimon dan timah meningkatkan siklus dalam tetapi hal ini meningkatkan konsumsi air dan meningkatkan kebutuhan akan airmenyamakan. Kalsium mengurangi self-discharge, namun pelat timbal-kalsium positif memiliki efek samping berupa peningkatan akibat oksidasi jaringan ketika diisi secara berlebihan. Baterai asam timbal modern juga menggunakan bahan doping seperti selenium, kadmium, timah, dan arsenik untuk menurunkan kandungan antimon dan kalsium.

Asam timbal bersifat berat dan kurang tahan lama dibandingkan sistem berbasis nikel dan litium saat didaur ulang. Pengosongan penuh menyebabkan ketegangan dan setiap siklus pengosongan/pengisian secara permanen merampas sejumlah kecil kapasitas baterai. Kerugian ini kecil ketika baterai berada dalam kondisi pengoperasian yang baik, namun pemudaran ini meningkat ketika kinerja turun hingga setengah dari kapasitas nominal. Karakteristik keausan ini berlaku untuk semua baterai dalam berbagai tingkat.

Tergantung pada kedalaman pelepasan, asam timbal untuk aplikasi siklus dalam menyediakan 200 hingga 300 siklus pengosongan/pengisian. Alasan utama siklus hidup yang relatif pendek adalah korosi jaringan pada elektroda positif, penipisan bahan aktif dan perluasan pelat positif. Fenomena penuaan ini dipercepat pada suhu operasi yang tinggi dan ketika arus pelepasan tinggi.

Mengisi daya baterai asam timbal itu sederhana, tetapi batas voltase yang benar harus diperhatikan. Memilih batas tegangan rendah akan melindungi baterai, namun hal ini menghasilkan kinerja yang buruk dan menyebabkan penumpukan sulfasi pada pelat negatif. Batas tegangan tinggi meningkatkan kinerja tetapi membentuk korosi jaringan pada pelat positif. Meskipun sulfasi dapat dibalik jika diperbaiki tepat waktu, korosi bersifat permanen.

Asam timbal tidak cocok untuk pengisian cepat dan pada sebagian besar jenis, pengisian penuh memerlukan waktu 14–16 jam. Baterai harus selalu disimpan dalam keadaan terisi penuh. Daya baterai yang rendah menyebabkan sulfasi, suatu kondisi yang mengurangi kinerja baterai. Menambahkan karbon pada elektroda negatif mengurangi masalah ini tetapi ini menurunkan energi spesifik.

Asam timbal memiliki masa pakai yang moderat, namun tidak tunduk pada memori seperti sistem berbasis nikel, dan retensi muatannya paling baik di antara baterai yang dapat diisi ulang. Meskipun NiCd kehilangan sekitar 40 persen energi yang tersimpan dalam tiga bulan, asam timbal melepaskan diri dalam jumlah yang sama dalam satu tahun. Baterai asam timbal bekerja dengan baik pada suhu dingin dan lebih unggul daripada baterai lithium-ion saat beroperasi dalam kondisi di bawah nol derajat. Menurut RWTH, Aachen, Jerman (2018), biaya asam timbal yang dibanjiri adalah sekitar $150 per kWh, salah satu biaya terendah dalam baterai.