Simulasi Animatif Interaktif Proses Elektrokimia dalam Aki 12 V

Berikut simulasi proses yang terjadi dalam aki. Simulasi ini hanya bertujuan untuk pembelajaran kimia di tingkat MA/SMA/SMK. Aki timbal-asam (Pb | PbO₂ | H₂SO₄) memperlihatkan dua wajah elektrokimia: sel volta saat dipakai (discharge) dan sel elektrolisis saat diisi (charge).

Pilih level makro, meso, atau mikro, nyalakan kontak, lampu, starter, atau charger, lalu amati reaksi redoks, aliran elektron, dan grafik tegangan, arus, SOC (State of Charge, seberapa penuh aki (%)), serta suhu secara langsung.

Untuk simulasi kimia interaktif lain dari blog ini sila klik tautan ini.

MODE PROSES DALAM AKI

VISUALISASI

Mode discharge: beban Kontak ON Lampu (35 W + 5 W) Beban tambahan: A

Mode charge: charger Charger ON Overcharge (15,6 V) Arus pengisian maks: A

Lingkungan dan waktu Kecepatan waktu: Suhu lingkungan: °C Kondisi awal: Penuh (90%)Setengah (50%)Hampir kosong (15%)

Grafik real-time

Keterangan

Reaksi total

Bilangan oksidasi Pb

Pb (0) → Pb²⁺ (+2) di pelat (−); Pb⁴⁺ (+4) → Pb²⁺ (+2) di pelat (+). Dua bentuk Pb berbeda menjadi satu produk, PbSO₄ (komproporsionasi). Saat charge, PbSO₄ terurai kembali menjadi Pb dan PbO₂.

Hal penting

• 12 V = 6 sel seri × sekitar 2,1 V. Tegangan terbuka sekitar 12,7 V (penuh) hingga 11,9 V (kosong).
• Kutub tetap, peran berubah: kutub (−) selalu pelat Pb dan (+) selalu PbO₂. Saat discharge (−) adalah anode; saat charge (−) menjadi katode.
• Berat jenis/Kepekatan elektrolit (SG = Specific Gravity) asam turun dari sekitar 1,28 ke 1,12 saat aki habis, karena H₂SO₄ terpakai dan air terbentuk.
• Suhu rendah menurunkan kapasitas dan menaikkan hambatan dalam, sehingga starter berat. Coba suhu 0 °C lalu tekan starter.
• Overcharge: arus berlebih menguraikan air (2H₂O → 2H₂ + O₂), air berkurang, suhu naik, dan gas mudah terbakar terbentuk.
• Sulfasi: aki dibiarkan kosong membuat kristal PbSO₄ membesar dan sulit diubah kembali, sehingga kapasitas turun.

Hukum Faraday pada aki (dihitung langsung)

Besaran	Discharge	Charge
Muatan (Ah)	-	-
Mol e- = Q / 96.500	-	-
Pb (g) = mol e-/2 × 207,2	-	-
PbO2 (g) = mol e-/2 × 239,2	-	-
PbSO4 (g) = mol e- × 303,3	-	-
H2SO4 (g) = mol e- × 98	-	-

Diskusi

• Mengapa lampu meredup dan starter melemah saat SOC rendah?
• Mengapa Pb di anode dan PbO₂ di katode berubah menjadi zat yang sama (PbSO₄)?
• Apa yang berubah pada arah gerak H⁺, HSO₄^-, dan elektron saat mode diganti dari discharge ke charge?

Penyederhanaan: model aki 5 Ah dengan hambatan dalam dan kapasitas yang bergantung pada SOC dan suhu; hanya 6 titik reaksi per pelat di level mikro; jumlah partikel, ukuran, dan kecepatan tidak sesuai skala. Saat starter ditekan, waktu dibatasi maksimum 3× agar aki tidak langsung habis.