Mengapa Bateri Boleh Dicas Semula?

Iman sedang menonton video pembelajaran menggunakan tabletnya apabila satu amaran muncul pada skrin.

Bateri lemah — 6%

Dia segera mengambil pengecas dan menyambungkannya pada tablet.

Beberapa minit kemudian, peratus bateri mula meningkat.

Iman tertanya-tanya, apakah sebenarnya yang berlaku di dalam bateri ketika sedang dicas?

Adakah elektrik masuk lalu berkumpul seperti air memenuhi sebuah botol? Jika begitu, mengapakah ada bateri yang boleh dicas berulang kali, sedangkan bateri biasa dalam sesetengah alat kawalan jauh tidak boleh dicas semula?

Jawapannya terletak pada tindak balas kimia yang berlaku di dalam bateri.

Bateri bukan sekadar bekas untuk menyimpan elektrik. Bateri menyimpan tenaga dalam bentuk tenaga keupayaan kimia, yang boleh ditukarkan kepada tenaga elektrik apabila diperlukan.

Dalam bateri boleh dicas semula, proses kimia tertentu boleh digerakkan ke arah sebaliknya dengan membekalkan tenaga elektrik daripada sumber luar. Dengan cara itulah bateri boleh menyimpan tenaga untuk digunakan semula. U.S. Department of Energy

Namun proses ini tidak sempurna. Lama-kelamaan, bateri tetap akan mengalami perubahan dan kehilangan sebahagian keupayaannya.

Untuk memahami sebabnya, kita perlu melihat apa yang sebenarnya berlaku di dalam sebuah bateri.

1. Bateri Ialah Sebuah Sistem Kimia Kecil

Di dalam bateri terdapat beberapa bahagian yang bekerja bersama. Bagi bateri litium-ion yang biasa digunakan pada telefon dan komputer riba, bahagian pentingnya ialah dua elektrod, elektrolit dan pemisah.

Dua elektrod itu mempunyai sifat kimia yang berbeza. Elektrolit pula membolehkan zarah bercas yang dipanggil ion bergerak di dalam bateri. Pemisah menghalang kedua-dua elektrod daripada bersentuhan secara langsung, sambil membenarkan ion tertentu melaluinya.

Mengapa bahagian-bahagian ini diperlukan?

Kerana bateri menghasilkan arus elektrik melalui tindak balas kimia yang melibatkan pemindahan elektron.

Elektron ialah zarah kecil yang mempunyai cas elektrik negatif. Apabila bateri disambungkan kepada peralatan, elektron boleh bergerak melalui litar luar dan membekalkan tenaga kepada peralatan tersebut.

Pada masa yang sama, ion bergerak di dalam bateri untuk membantu menyeimbangkan cas.

Jabatan Tenaga Amerika Syarikat menerangkan bahawa pergerakan elektron melalui litar luar dan ion melalui elektrolit ialah asas kepada operasi bateri. U.S. Department of Energy

2. Apakah yang Berlaku Ketika Bateri Digunakan?

Bayangkan Iman mencabut pengecas daripada tabletnya.

Dia membuka aplikasi pembelajaran, memasang video dan menaip beberapa nota.

Tablet itu memerlukan tenaga elektrik.

Tenaga tersebut datang daripada tindak balas kimia dalam baterinya.

Apabila bateri litium-ion membekalkan tenaga, ion litium bergerak dari elektrod negatif ke elektrod positif melalui elektrolit.

Elektron pula bergerak melalui litar luar, membolehkan tenaga dibekalkan kepada tablet.

Proses ketika bateri membekalkan tenaga ini dinamakan nyahcas (discharge).

Argonne National Laboratory menerangkan bahawa pergerakan ion litium antara elektrod dan aliran elektron melalui litar merupakan asas operasi bateri litium-ion. Argonne National Laboratory

Ketika tablet terus digunakan, keadaan kimia bahan di dalam bateri berubah secara beransur-ansur. Tenaga kimia yang tersedia untuk membekalkan elektrik semakin berkurang.

Akhirnya, peranti memaparkan amaran bateri lemah.

Ini tidak bermaksud semua ion litium telah hilang atau semua elektron telah keluar daripada bateri. Ia bermaksud bateri sudah menghampiri had tenaga yang boleh digunakan dengan selamat oleh sistem peranti tersebut.

3. Apakah yang Berlaku Apabila Bateri Dicas?

Sekarang Iman menyambungkan pengecas semula.

Elektrik daripada sumber luar dibekalkan melalui litar pengecasan tablet.

Tenaga elektrik itu digunakan untuk mendorong tindak balas kimia dalam arah yang berlawanan daripada proses nyahcas.

Dalam bateri litium-ion, ion litium bergerak kembali daripada elektrod positif ke elektrod negatif ketika pengecasan.

Proses tersebut meningkatkan tenaga kimia yang tersimpan dalam bateri. U.S. Department of Energy

Dua arah pergerakan ion litium

Ketika digunakan — Nyahcas

Ion litium bergerak ke elektrod positif semasa bateri membekalkan tenaga.

Ketika dicas — Pengecasan

Tenaga daripada pengecas mendorong ion litium kembali ke elektrod negatif.

Rajah dipermudahkan untuk bateri litium-ion biasa. Elektron bergerak melalui litar luar, manakala ion bergerak melalui elektrolit di dalam bateri.

Inilah rahsia utama bateri boleh dicas semula: tindak balas elektrokimianya boleh dibalikkan dalam keadaan yang dikawal.

Walau bagaimanapun, bateri tidak boleh dicas dengan menggunakan sebarang sumber elektrik secara terus. Voltan, arus, suhu dan keadaan bateri perlu dikawal oleh sistem pengecasan yang sesuai.

4. Mengapa Sesetengah Bateri Tidak Boleh Dicas Semula?

Pernahkah kamu menggantikan bateri alat kawalan jauh televisyen?

Bateri AA yang biasa digunakan mungkin kelihatan hampir sama dengan bateri AA boleh dicas semula. Namun kedua-duanya boleh mempunyai bahan kimia yang berbeza.

Bateri sekali guna, yang turut dikenali sebagai bateri primer, direka untuk membekalkan tenaga sehingga bahan aktifnya tidak lagi mampu menghasilkan prestasi yang diperlukan.

Sebaliknya, bateri boleh dicas semula, atau bateri sekunder, direka supaya tindak balas kimianya dapat diulang melalui proses pengecasan.

Contohnya:

Bateri	Contoh penggunaan	Boleh dicas semula?
Alkali AA biasa	Alat kawalan jauh, jam	Tidak
Nikel-logam hidrida (NiMH)	Bateri AA boleh cas	Ya
Litium-ion (Li-ion)	Telefon, tablet, komputer riba	Ya
Asid plumbum	Bateri kenderaan tertentu	Ya

Bateri dengan bentuk atau saiz yang sama tidak semestinya mempunyai fungsi pengecasan yang sama.

Agensi Perlindungan Alam Sekitar Amerika Syarikat (EPA) membezakan bateri sekali guna dengan bateri boleh cas berdasarkan jenis kimia dan reka bentuknya. U.S. EPA

Jangan cuba mengecas bateri yang dilabel tidak boleh dicas semula. Melakukannya boleh menyebabkan kebocoran, tekanan gas, pemanasan atau kegagalan bateri.

Cara paling selamat ialah membaca label bateri dan menggunakan pengecas yang memang direka untuk jenis bateri tersebut.

5. Mengapa Telefon dan Komputer Riba Banyak Menggunakan Litium-ion?

Bateri litium-ion sangat popular kerana ia boleh menyimpan jumlah tenaga yang besar berbanding saiz dan beratnya.

Ciri ini dipanggil ketumpatan tenaga.

Bayangkan dua bateri yang mempunyai berat berbeza tetapi boleh membekalkan tenaga yang hampir sama banyak.

Untuk peralatan yang perlu dibawa ke mana-mana, bateri yang lebih ringan biasanya lebih sesuai.

Itulah sebabnya teknologi litium-ion digunakan secara meluas dalam telefon pintar, komputer riba, fon kepala tanpa wayar, peralatan elektrik mudah alih dan kenderaan elektrik.

Namun litium-ion bukan satu-satunya teknologi boleh cas. Bateri NiMH dan asid plumbum juga masih digunakan bagi tujuan yang sesuai.

Setiap teknologi mempunyai kelebihan dan kekurangan dari segi berat, kos, tempoh hayat, keselamatan dan keupayaan membekalkan tenaga. U.S. EPA

6. Adakah Tenaga Elektrik Hilang Ketika Dicas?

Pernahkah kamu menyentuh bahagian luar telefon yang terasa sedikit panas ketika pengecasan?

Sebahagian tenaga elektrik yang dibekalkan semasa proses mengecas boleh bertukar menjadi haba.

Ini berlaku kerana sistem pengecas dan bateri tidak mempunyai kecekapan 100%.

Tenaga tidak dicipta daripada tiada dan tidak dimusnahkan begitu sahaja. Ia berubah daripada satu bentuk kepada bentuk lain.

Semasa mengecas:

Tenaga elektrik → tenaga kimia tersimpan + haba dan kehilangan tenaga lain

Semasa menggunakan bateri:

Tenaga kimia → tenaga elektrik → cahaya, bunyi, gerakan atau haba

Contohnya, apabila tablet memainkan video, tenaga elektrik digunakan untuk menghasilkan cahaya pada skrin dan bunyi pada pembesar suara. Sebahagiannya juga menjadi haba.

Ini bermaksud bateri tidak memberikan tenaga secara percuma. Tenaga yang digunakan untuk mengecasnya mesti datang daripada suatu sumber, seperti bekalan elektrik rumah atau sistem solar.

7. Mengapa Bateri Semakin Lemah Selepas Lama Digunakan?

Iman teringat telefon lama milik abangnya.

Dahulu, telefon itu boleh digunakan hampir sepanjang hari sebelum dicas. Selepas beberapa tahun, baterinya semakin cepat lemah.

Mengapakah perkara ini berlaku walaupun telefon masih menunjukkan cas 100%?

Jawapannya berkaitan dengan penuaan bateri.

Setiap kali bateri digunakan dan dicas, bahan di dalamnya mengalami perubahan kimia dan fizikal.

Walaupun tindak balas utama dalam bateri boleh cas dapat dibalikkan, tidak semua proses berlaku dengan sempurna.

Sebahagian tindak balas sampingan boleh menyebabkan bahan aktif berkurang atau struktur elektrod berubah. Akibatnya, keupayaan bateri untuk menyimpan tenaga semakin menurun.

Penyelidikan Jabatan Tenaga Amerika Syarikat menunjukkan bahawa perubahan pada elektrod dan tindak balas sampingan dalam bateri litium-ion merupakan antara sebab kapasiti bateri merosot sepanjang penggunaannya. U.S. Department of Energy

Bayangkan sebuah bekas yang pada awalnya mampu menyimpan banyak air.

Selepas digunakan dalam tempoh yang lama, ruang yang dapat digunakan menjadi lebih kecil.

Analogi ini tidak sama sepenuhnya dengan proses kimia bateri, tetapi membantu kita memahami mengapa bateri lama mungkin tidak dapat menyimpan sebanyak tenaga seperti ketika baharu.

8. Apakah Maksud Kapasiti Bateri?

Kapasiti bateri menunjukkan berapa banyak cas elektrik yang boleh dibekalkan dalam keadaan tertentu.

Pada peralatan pengguna, kapasiti sering dinyatakan dalam unit miliampere-jam (mAh). Jumlah tenaga bateri pula boleh dinyatakan dalam watt-jam (Wh).

Katakan sebuah bateri telefon mempunyai kapasiti asal 4,000 mAh.

Selepas beberapa tahun, kapasiti maksimum sebenar bateri mungkin menurun.

Walaupun penunjuk cas menunjukkan 100%, bateri itu hanya penuh berbanding kapasiti semasanya, bukan semestinya kapasiti ketika baharu.

Oleh sebab itu, angka 100% pada telefon lama tidak menjamin tempoh penggunaan yang sama seperti telefon baharu.

Selain kapasiti, tempoh penggunaan bergantung pada berapa banyak tenaga yang diperlukan oleh peranti.

Telefon yang digunakan untuk permainan grafik tinggi, contohnya, boleh menghabiskan tenaga lebih cepat daripada telefon yang hanya memaparkan mesej teks.

9. Mengapa Haba Boleh Merosakkan Bateri?

Suhu mempengaruhi tindak balas kimia.

Dalam bateri litium-ion, suhu terlalu tinggi boleh mempercepatkan tindak balas sampingan yang menyebabkan penuaan bateri.

Oleh itu, meninggalkan telefon atau bank kuasa di dalam kereta yang sangat panas boleh membahayakan bateri.

Suhu yang terlalu rendah juga boleh menjejaskan prestasi dan keselamatan pengecasan bagi sesetengah bateri.

Panduan Apple menerangkan bahawa suhu serta corak pengecasan mempengaruhi penuaan kimia dan tempoh hayat bateri litium-ion. Apple

Bateri yang digunakan dengan betul mungkin masih terasa suam semasa pengecasan. Namun haba yang luar biasa, perubahan bentuk atau bau pelik merupakan tanda amaran yang tidak boleh diabaikan.

10. Mengapa Sesetengah Pengecas Mengecas Lebih Cepat?

Iman menyedari bahawa pengecas tertentu dapat mengecas tabletnya lebih cepat berbanding yang lain.

Adakah pengecas yang lebih pantas sentiasa lebih baik?

Tidak semestinya.

Kelajuan pengecasan bergantung pada keupayaan pengecas, reka bentuk bateri dan sistem kawalan dalam peranti.

Peranti moden biasanya mempunyai litar pengurusan bateri yang mengawal pengecasan.

Sistem ini membantu memastikan voltan, arus dan suhu berada dalam julat yang dibenarkan.

Semakin tinggi kuasa pengecasan yang diterima, semakin banyak tenaga boleh dipindahkan dalam tempoh tertentu. Namun pengecasan yang lebih laju juga perlu diurus dengan teliti kerana haba dan keadaan bateri mempengaruhi keselamatan serta ketahanannya.

Jangan menganggap pengecas dengan angka watt terbesar sentiasa paling sesuai. Gunakan pengecas dan aksesori yang serasi serta memenuhi spesifikasi pengeluar.

11. Bolehkah Bateri Menyimpan Tenaga Solar?

Dalam bacaan terdahulu, kita telah mempelajari bagaimana sel suria menghasilkan elektrik daripada cahaya Matahari.

Tetapi panel solar biasa tidak menghasilkan elektrik daripada cahaya Matahari pada waktu malam.

Jadi, bagaimana kita boleh menggunakan tenaga solar selepas Matahari terbenam?

Salah satu caranya ialah menggunakan bateri.

Pada waktu siang, elektrik yang dihasilkan oleh panel solar boleh digunakan untuk mengecas sistem bateri yang sesuai.

Tenaga elektrik tersebut ditukarkan kepada tenaga kimia tersimpan.

Apabila tenaga diperlukan pada waktu malam, bateri membekalkan semula tenaga elektrik melalui sistem kawalan yang sesuai.

Daripada cahaya kepada tenaga tersimpan

Cahaya Matahari

Membekalkan tenaga cahaya

Panel solar

Menghasilkan tenaga elektrik

Bateri

Menyimpan tenaga dalam bentuk kimia

Lampu

Menggunakan tenaga pada waktu diperlukan

Gambaran konsep. Sistem sebenar turut memerlukan alat kawalan pengecasan, penukaran elektrik dan perlindungan keselamatan.

Teknologi penyimpanan tenaga membantu penggunaan sumber boleh baharu seperti solar dan angin, yang pengeluarannya boleh berubah mengikut keadaan alam. U.S. Department of Energy

Walau bagaimanapun, tidak semua bateri sesuai digunakan untuk sistem solar. Saiz, jenis kimia, inverter dan sistem kawalan mesti direka mengikut keperluan sebenar.

12. Menggunakan Bateri dengan Selamat

Bateri boleh cas sangat berguna, tetapi tenaga yang tersimpan di dalamnya juga boleh mendatangkan bahaya jika bateri rosak atau disalahgunakan.

Antara langkah keselamatan penting ialah:

• Gunakan pengecas yang serasi dan disyorkan oleh pengeluar.
• Jangan mengecas peranti di bawah bantal, di atas tilam atau berhampiran bahan mudah terbakar.
• Jangan mencucuk, membuka, memanaskan atau mengubah suai bateri.
• Jangan menggunakan bateri yang menggelembung, bocor, berbau pelik atau menjadi terlalu panas.
• Jangan cuba mengecas bateri sekali guna.

U.S. Fire Administration menasihatkan pengguna supaya berhenti menggunakan bateri litium-ion yang menunjukkan tanda kerosakan, perubahan bentuk atau suhu luar biasa. U.S. Fire Administration

Jika peranti menggelembung, berasap atau mengalami masalah serius, jangan cuba membaiki baterinya sendiri. Jauhkan diri daripada bahaya dan dapatkan bantuan orang dewasa atau pihak yang berkelayakan.

13. Apakah yang Perlu Dilakukan dengan Bateri Lama?

Apabila bateri sudah tidak dapat berfungsi dengan baik, kita mungkin mahu membuangnya.

Namun bateri tidak patut dianggap seperti sampah kertas biasa.

Sesetengah bateri mengandungi bahan yang boleh membahayakan alam sekitar jika tidak diurus dengan betul.

Bateri litium-ion yang rosak juga boleh menyebabkan kebakaran jika dihimpit atau tertusuk semasa pengangkutan sampah.

EPA menasihatkan supaya bateri litium-ion tidak dibuang ke dalam tong sampah biasa atau tong kitar semula umum. U.S. EPA

Di Malaysia, Jabatan Alam Sekitar (JAS) menyediakan maklumat tentang pengurusan e-sisa isi rumah serta pusat pengumpulan berdaftar dan kemudahan pemerolehan kembali yang berlesen. Jabatan Alam Sekitar Malaysia

Langkah terbaik ialah meminta bantuan orang dewasa untuk mengenal pasti saluran pengumpulan yang menerima jenis bateri tersebut.

Jangan membuka bateri untuk mengambil bahan di dalamnya.

14. Bateri Ialah Tempat Menyimpan Tenaga, Bukan Mesin Pencipta Tenaga

Pada malam itu, Iman mencabut pengecas apabila tabletnya sudah mempunyai cas yang mencukupi.

Dia kini memahami bahawa elektrik daripada pengecas tidak sekadar terkumpul di dalam bateri seperti air memenuhi sebuah botol.

Sebaliknya, tenaga elektrik telah menyebabkan perubahan kimia di dalam bateri.

Perubahan itu membolehkan tenaga disimpan dan digunakan semula.

Apabila tablet dihidupkan, tindak balas kimia bergerak ke arah yang membekalkan elektrik kepada peranti.

Apabila tablet dicas, tenaga daripada sumber luar membantu menggerakkan tindak balas ke arah sebaliknya.

Tetapi setiap proses pengecasan dan penggunaan tetap meninggalkan sedikit kesan terhadap bahan bateri. Itulah sebabnya bateri boleh digunakan berulang kali, namun tidak selama-lamanya.

Iman menutup tabletnya dan menulis satu rumusan dalam buku nota Sains:

Bateri boleh dicas semula kerana tindak balas kimia di dalamnya boleh digerakkan berulang kali dalam dua arah. Ketika dicas, tenaga elektrik disimpan sebagai tenaga kimia. Ketika digunakan, tenaga kimia ditukarkan semula kepada tenaga elektrik.

Dia tersenyum.

Sekarang dia tahu bahawa di sebalik ikon bateri kecil pada skrin, terdapat sebuah sistem kimia yang sangat kompleks.

Teknologi ini mungkin kelihatan biasa kerana digunakan setiap hari. Namun tanpa bateri boleh cas, banyak peralatan moden tidak akan dapat digunakan dengan cara yang sama.

Daripada telefon di tangan hingga sistem penyimpanan tenaga solar, semuanya bergantung pada prinsip yang hampir serupa:

Tenaga boleh disimpan melalui proses kimia dan dibekalkan semula apabila diperlukan.

Infografik: Bateri Boleh Dicas Semula

Aktiviti Selepas Membaca

Misi: Jejak Perjalanan Tenaga Bateri

Tujuan: Menunjukkan bagaimana tenaga berubah bentuk semasa bateri dicas dan digunakan.

Gunakan kertas lukisan, pensel warna dan nota daripada bacaan. Tidak perlu membuka bateri atau menyambungkan sebarang wayar.

Lukis dua gambar rajah.

Rajah A — Ketika bateri dicas

Sumber elektrik → Pengecas → Bateri → Tenaga kimia tersimpan

Rajah B — Ketika bateri digunakan

Tenaga kimia bateri → Tenaga elektrik → Skrin menyala dan pembesar suara berbunyi

Selepas itu, pilih satu pernyataan dan terangkan sebabnya.

Pilih satu pernyataan berikut untuk dinilai:

Bateri boleh dicas semula selama-lamanya tanpa mengalami perubahan.

Bateri boleh dicas semula kerana tindak balas kimia tertentu boleh dibalikkan.

Semua jenis bateri boleh dicas semula dengan pengecas yang sama.

Penjelasan saya: ______________________________