6 Contoh Perubahan Energi Kimia Menjadi Listrik & Cara Kerjanya

tirto.id - Proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik dapat menghasilkan berbagai fungsi penting dalam kehidupan sehari-hari. Banyak teknologi modern mengandalkan prinsip ini untuk menghasilkan listrik secara efisien.

Salah satu contoh proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik dapat dilihat dari penggunaan baterai. Untuk menyediakan listrik saat dibutuhkan, baterai menyimpan dulu potensinya dalam bentuk energi kimia. Energi listrik dari baterai dihasilkan melalui reaksi kimia yang menggulirkan aliran elektron.

Selain baterai, terdapat banyak contoh lain yang menunjukkan bagaimana konversi energi kimia menjadi energi listrik terjadi. Untuk memahaminya, simak penjelasan proses energi kimia menjadi energi listrik dan berbagai contohnya di pembahasan berikut!

Bagaimana Energi Kimia Diubah Jadi Energi Listrik?

Perubahan energi kimia menjadi energi listrik adalah proses reaksi yang mengubah energi tersimpan dalam ikatan kimia zat-zat tertentu menjadi listrik.

Proses ini khususnya terjadi dalam sel-sel elektrokimia. Karena itu, sering kali perubahan energi kimia menjadi energi listrik disebut sebagai reaksi elektrokimia.

Terdapat dua jenis sel elektrokimia, yaitu sel volta dan sel elektrolisis. Kedua jenis sel ini sama-sama dapat mengalami proses kimia, tetapi memiliki perbedaan yang signifikan.

Muhammad Ridwan Harahap dalam penelitian Sel Elektrokimia: Karakteristik dan Aplikasi di Jurnal Circuit Vol. 2, No. 1 (2016) menjelaskan, proses elektrokimia berlandaskan pada reaksi redoks, yaitu gabungan dari reaksi reduksi dan oksidasi yang terjadi bersamaan.

Dalam reaksi reduksi, elektron ditangkap, sementara dalam reaksi oksidasi, elektron dilepaskan. Keduanya berlangsung dalam larutan elektrolit, yang berfungsi sebagai media pengantar tempat terjadinya serah terima elektron di antara elektroda.

Untuk melakukan proses elektrokimia, logam yang dicelupkan ke dalam larutan berperan sebagai elektroda, terdiri dari katoda dan anoda.

Contoh, ketika elektroda seng (Zn) dimasukkan ke dalam larutan tembaga (Cu), terjadi reaksi reduksi dan oksidasi yang memicu aliran elektron. Aliran elektron mengalir melalui rangkaian luar dan menghasilkan energi listrik yang bisa dimanfaatkan.

Apa Saja Contoh Energi Kimia Menjadi Energi Listrik?

Contoh perubahan energi kimia menjadi energi listrik dapat ditemukan dalam beberapa aplikasi sehari-hari. Di kehidupan sehari-hari, 2 contoh energi kimia menjadi energi listrik yang mudah ditemukan dalam kehidupan sehari-hari adalah baterai dan sel bahan bakar (fuel cell) di kendaraan bermotor.

Penjelasan beberapa contoh perubahan energi kimia menjadi energi listrik adalah sebagai berikut:

1. Sel galvanik

Sel galvanik, juga dikenal sebagai sel volta, mengubah energi kimia menjadi energi listrik melalui reaksi redoks. Saat ini, sel galvanik umum digunakan di baterai jam tangan, AAA, dan AA.

Contoh lain dari perubahan energi kimia menjadi energi listrik terjadi pada sel galvanik adalah Sel Daniell. Jenis sel elektrokimia ini temuan John Frederic Daniell pada 1836.

Sel Daniell meliputi dua elektroda yang terbuat dari jenis logam seng (Zn) dan tembaga (Cu). Energi listrik dapat muncul ketika dua elektroda tadi dicelupkan dalam larutan ionik yang cocok. Seng tercelup dalam larutan ZnSO4, sementara tembaga di larutan CuS04. Agar terjadi keseimbangan muatan, dua jenis larutan tersebut dijembatani oleh garam.

Proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik terjadi saat Seng (Zn) di larutan ZnSO₄ mengalami oksidasi sebagai anoda. Oksidasi seng menghasilkan elektron dan ion seng.

Di sisi lain, tembaga dalam larutan CuSO₄ yang menjadi katode mengalami reaksi reduksi sehingga bisa menangkap elektron yang terlepas dari seng. Logam ini lantas menempel di elektroda.

Perpindahan aliran elektron dari seng ke tembaga dalam proses perubahan energi kimia di atas mengahasilkan listrik.

2. Baterai

Baterai mengubah energi kimia yang tersimpan di dalamnya menjadi energi listrik. Salah satu contoh, baterai timbal-asam yang biasa digunakan di kendaraan bermotor memakai elektroda timbal dioksida dan timbal dalam larutan asam sulfat. Selama digunakan, reaksi kimia di dalam baterai menghasilkan arus listrik.

Konsep dasar proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik dalam baterai berupa reaksi kimia yang menghasilkan aliran elektron.

Reaksi kimia melibatkan sejumkah zat dalam baterai akan memicu perpindahan elektron. Perpindahan menyebabkan aliran. Dari aliran elektron itulah listrik dihasilkan oleh baterai untuk menyalakan berbagai perangkat elektronik.

3. Sel bahan bakar atau fuel cell

Sel bahan bakar termasuk contoh perubahan energi kimia menjadi energi listrik yang bisa minim polusi. Prinsip umumnya, sel bahan bakar mengubah energi kimia di bahan bakar langsung menjadi listrik melalui reaksi elektrokimia.

Sel bahan bakar merupakan perangkat tempat reaksi elektrokimia yang mengubah energi kimia di bahan bakar langsung menjadi listrik. Jadi, proses ini berlangsung tanpa melalui proses pembakaran.

Ada beragam macam bahan bakar yang bisa dipakai untuk mendukung proses tersebut, mulai dari hidrogen, gas alam, biogas, hingga metanol. Selama bahan-bahan itu tersedia, perubahan energi kimia yang menghasilkan energi listrik bisa terus terjadi. Ini mirip cara kerja baterai, tetapi tanpa proses recharge.

Dewasa ini, teknologi sel bahan bakar telah digunakan di mobil/motor listrik, sumber daya portabel, hingga pembangkit. Penggunaan sel bahan bakar untuk produksi listrik ini tidak hanya lebih ramah lingkungan, tapi juga bisa berjalan secara berkelanjutan. Maka itu, ia lebih murah dan efisien asal teknologinya mumpuni.

Sebagai contoh, sel bahan bakar dapat mengubah metana, komponen penting di biogas, menjadi listrik melalui reaksi elektrokimia. Di anoda, proses oksidasi memecah metana menjadi CO2, proton, dan elektron. Proses ini memicu aliran elektron di sirkuit eksternal dan menghasilkan arus listrik.

Lantas, proton bergerak ke katoda lewat membran elektrolit. Di katoda, proton bereaksi dengan oksigen dari udara menjadi air. Produksi listrik dari sel bahan bakar biogas akan terus terjadi selama biogas dan oksigen ada. Hasil sampingannya berupa CO2 dan air.

Contoh lainnya, sel bahan bakar hidrogen menghasilkan listrik dengan menggabungkan hidrogen dan oksigen. Proses ini minim polusi, hanya air sebagai produk samping.

Alur proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik dalam sel bahan bakar hidrogen cukup simple. Hidrogen dan oksigen berperan jadi oksidator di sel bahan bakar. Hidrogen menempati anoda (kutub negatif), sementara oksigen di katoda (kutub positif).

Oksidasi di anoda membelah hidrogen menjadi proton (ion H⁺) dan elektron (e⁻). Material tertentu dapat mempercepat proses ini, seperti platinum.

Pemecahan hidrogen tadi memicu aliran elektron yang hanya dapat melewati sirkuit luar untuk menghasilkan listrik. Siklus lantas dilengkapi dengan perpindahan proton menuju ke katoda lewat membran elektrolit yang menghasilkan air sebagai produk final reaksi.

4. Pembangkit Listrik Tenaga Batu Bara

Pembangkit listrik tenaga batu bara mengubah energi kimia yang tersimpan dalam batu bara menjadi energi panas melalui proses pembakaran. Panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air hingga berubah menjadi uap bertekanan tinggi.

Uap tersebut kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin yang terhubung dengan generator untuk menghasilkan energi listrik. Proses ini salah satu metode umum dalam pembangkit listrik skala besar.

Meskipun jauh berbeda dari prinsip reaksi elektrokimia seperti yang terjadi pada baterai dan sel bahan bakar, ia termasuk contoh perubahan energi kimia menjadi energi listrik.

5. Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa

Sama seperti pembangkit listrik tenaga batu bara, pembakaran biomassa adalah salah satu cara mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Biomassa, seperti kayu atau limbah organik, dibakar di pembangkit listrik. Hasil pembakaran ini menghasilkan panas yang digunakan untuk memanaskan air hingga menghasilkan uap.

Uap tersebut kemudian digunakan untuk menggerakkan turbin yang terhubung dengan generator, sehingga menghasilkan listrik. Selain listrik, proses ini menghasilkan panas.

6. Baterai Lithium-Ion

Berbeda dari baterai biasa, baterai lithium-ion memiliki kapasitas penyimpanan daya lebih besar dengan siklus usianya yang lebih panjang. Proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik di bateri lithium ion juga agak berbeda dari baterai biasa.

Konversi energi kimia menjadi energi listrik di bateri lithium ion didukung oleh anoda yang umumnya terbuat dari grafit dan katoda berbahan lithium. Terdapat elektrolit di antara 2 eleltroda tersebut.

Ketika arus listrik disuplai ke baterai, ion lithium bergerak dari katoda ke anoda. Di anoda, ion lithium tersimpan dalam struktur gravit. Proses yang sama juga memicu aliran elektron menuju katoda lewat sirkuit eksternal.

Siklus sebaliknya berlangsung saat baterai ion lithium dipakai. Ion lithium mengalir dari anoda menuju katoda dengan melewati elektrolit. Elektron dari pergerakan ion lithium mengalir melalui sirkuit eksternal. Ini menghasilkan arus listrik yang dapat digunakan untuk mengoperasikan perangkat elektronik.