## Sel Elektrokimia: Karakteristik dan Aplikasi

## Muhammad Ridwan Harahap
Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Ar-Raniry Banda Aceh Kopelma Darussalam, Banda Aceh, telp: (0651) 7551857 e-mail: ridwankimia@ar-raniry.ac.id

## Abstrak
Sel  elektrokimia  merupakan  pemanfaatan  arus  listrik  yang  dihasilkan  dari  sebuah  reaksi  kimia ataupun  arus  listrik  yang  menyebabkan  terjadinya  suatu  reaksi  kimia. Pemanfaatan  sel  elektrokimia banyak digunakan  untuk  menghasilkan  teknologi  terbarukan.  Sel  elektrolisis  dan  sel  Volta  merupakan hasil terapan dari sel elektrokimia yang menggunakan media elektroda dan larutan elektrolit. Sampai saat ini,  sel  elektrokimia  masih  memiliki  peranan  penting  di  dalam  kemajuan teknologi  modern  mulai industri otomotif maupun rumah tangga.
Kata kunci: Sel elektrokimia, listrik, elektrolisis, Volta, elektroda.

## Abstract
The  electrochemical  cell  is  the  utilization  of  the  electric  current  generated  from  a  chemical reaction or electrical current that causes a chemical reaction. The application of electrochemical cells used to  produce  renewable  technologies.  Electrolysis  cells  and  Volta  applied  cell  is  the  result  of  an electrochemical cell that uses media electrodes and an electrolyte solution. Recently, the electrochemical cell  has  an  important  role  in  the  advancement  of  modern  technology  from  the  automotive  and  also households industry.
Keywords : electrochemical cell, electric, Electrolysis, Volta, electrodes.

## 1. Pendahuluan
Elektrokimia  merupakan  ilmu  kimia  yang  mempelajari  tentang  perpindahan  elektron yang  terjadi  pada  sebuah  media  pengantar  listrik  (elektroda).  Elektroda  terdiri  dari  elektroda positif dan elektroda negatif. Hal ini disebabkan karena elektroda tersebut akan dialiri oleh arus listrik  sebagai  sumber  energi  dalam  pertukaran  elektron.  Konsep  elektrokimia  didasari  oleh reaksi reduksi-oksidasi (redoks) dan larutan elektrolit. Reaksi redoks merupakan gabungan dari rekasi  reduksi  dan  oksidasi  yang  berlangsung  secara  bersamaan.  Pada  reaksi  reduksi  terjadi peristiwa  penangkapan  elektron  sedangkan  reaksi  oksidasi  merupakan  peristiwa  pelepasan elektron yang terjadi pada media pengantar pada sel elektrokimia.
Proses  elektrokimia  membutuhkan  media  pengantar  sebagai  tempat  terjadinya  serah terima elektron dalam suatu sistem reaksi yang dinamakan larutan. Larutan dapat dikategorikan menjadi  tiga  bagian  yaitu  larutan  elektrolit  kuat,  larutan  elektrolit  lemah  dan  larutan  bukan elektrolit  .  Larutan  elektrolit  kuat  merupakan  larutan  yang  mengandung  ion-ion  terlarut  yang dapat mengantarkan arus listrik sangat baik sehingga proses serah terima elektron berlangsung cepat  dan  energi  yang  dihasilkan  relatif  besar.  Sedangkan  larutan  elektrolit  lemah  merupakan larutan  yang  mengandung  ion-ion terlarut  cenderung  terionisasi  sebagian  sehingga  dalam proses  serah  terima  elektron  relatif  lambat  dan  energi  yang  dihasilkan  kecil.  Namun  demikian proses  elektrokimia  tetap  terjadi.  Untuk  larutan  bukan  elektrolit,  proses  serah  terima  elektron tidak  terjadi.  Pada  proses  elektrokimia  tidak  terlepas  dari  logam  yang  dicelupkan  pada  larutan disebut elektroda. Terdiri dari katoda dan anoda.
Sebagai contoh sebuah elektroda seng (Zn)  yang sudah  dimasukkan kedalam sebuah larutan tembaga (Cu) maka akan mengalami reaksi reduksi dan reaksi oksidasi sebagai berikut:
Reaksi oksidasi :
Reaksi reduksi :
Pada  proses  ini  zat  yang  mengalami  oksidasi  dinamakan  reduktor,  sedangkan  zat  yang mengalami reduksi disebut oksidator.
Sel  elektrokimia  terdiri  dari  sel  volta  dan  sel  elektrolisis. Walaupun  masing-masing  sel sama-sama  akan  mengalami  proses  kimia  tetapi  terdapat  perbedaan  yang  sangat  besar  yang akan dipaparkan sebagai berikut :
1. Sel Volta
Sel  Volta  merupakan  sel  elektrokimia  yang  menghasilkan  energi  listrik  diperoleh  dari reaksi  kimia  yang  berlangsung  spontan.  Beberapa  literatur  menyebutkan  juga  bahwa sel  volta  sama  dengan  sel  galvani.  Diperoleh  oleh  gabungan  ilmuan  yang  bernama Alexander  Volta  dan  Luigi  Galvani  pada  tahun  1786.  Bermula  dari  penemuan  baterai yang berasal dari caian garam.
Pada sel Volta anoda adalah kutub negatif dan katoda kutub positif. Anoda dan katoda akan  dicelupkan  kedalam  larutan  elektrolit  yang  terhubung  oleh  jembatan  garam. Jembatan  garam  memiliki  fungsi  sebagai  pemberi  suasana  netral  (grounding)  dari kedua larutan yang menghasilkan listrik.
Dikarenakan  listrik  yang  dihasilkan  harus  melalui  reaksi  kimia  yang  spontan  maka pemilihan dari larutan elektrolit harus mengikuti kaedah deret volta. Deret volta disusun berdasarkan  daya  oksidasi  dan  reduksi  dari  masing-masing  logam.  Urutan  deret tersebut sebagai berikut :
Gambar 1. Proses sederhana sel Volta
Sel Volta dibedakan menjadi tiga jenis yaitu sel Volta primer merupakan sel Volta yang tidak  dapat  diperbarui  (sekali  pakai)  dan  bersifat  tidak  dapat  balik  (irreversible) contohnya  baterai  kering.  Sel  Volta  sekunder  merupakan  sel  Volta  yang  dapat diperbarui  (sekali  pakai)  dan  bersifat  dapat  balik  (reversible)  ke  keadaan  semula contohnya baterai aki. Sel Volta bahan bakar (full cell) adalah sel Volta yang tidak dapat diperbarui  tetapi  tidak  habis  contohnya  sel  campuran  bahan  bakar  pesawat  luar angkasa.
2. Sel Elektrolisis
Sel  elektrolisis  merupakan  sel  elektrokimia  yang  menggunakan  sumber  energi  listrik untuk mengubah reaksi kimia yang terjadi. Pada sel elektrolisis katoda memiliki muatan negatif  sedangkan  anoda  memiliki  muatan  positif.  Sesuai  dengan  prinsip  kerja  arus listrik.  Terdiri  dari  zat  yang  dapat  mengalami  proses  ionisasi,  elektrode  dan  sumber listrik (baterai). Listrik dialirkan dari kutub negatif dari baterai ke katoda yang bermuatan negatif.  Larutan  akan  mengalami  ionisasi  menjadi  kation  dan  anion.  Kation  di  katoda akan  mengalami  reduksi  sedangkan  di  anoda  akan  mengalami  oksidasi.  Salah  satu aplikasi  dari  sel  elektrolisis  yaitu  penyepuhan  logam  emas  dengan  menggunakan larutan  elektrolit  yang  mengandung  unsur  emas  (Au).  Hal  ini  dilakukan  untuk  melapisi kembali perhiasan yang kadar emasnya sudah berkurang.
Gambar 2. Proses sederhana sel elektrolisis

## 2. Pembahasan
Beberapa  aplikasi  sel  elektrokimia  juga  dapat  ditemukan  dari  beberapa  penelitian- penelitian  terbarukan.  Xuheng  Liu  et  all  (2015)  melakukan  penelitian  tentang  studi  ekstraksi lithium  (Li+)  dari  danau  air  garam  dengan  elektrolisis  membran [1] .  Pada  penelitian  logam tersebut  air  garam  diekstraksi  menggunakan  elektrolisis  membran  dengan  parameter  operasi pada  pertukaran  kapasitas  Li+  dan stabilitas  elektroda.  Berbagai  parameter  termasuk konsentrasi  awal  lithium  dari  larutan  elektrolit,  jarak  anoda-katoda,  suhu  elektrolit,  kepadatan permukaan  substrat  aktif  dan  waktu  elektrolisis  dioptimalkan.  Di  bawah  kondisi  optimal, elektroda menunjukkan kapasitas pertukaran  Li+  yang luar  biasa pada 38,9 mg/g dan  nilai pH larutan  elektrolit  kurang  dari  8.  Ekstraksi  lithium  dari  air  garam  dengan  elektrolisis  membran memberikan  hasil  yang  sangat  bermanfaat.  Logam  lithium  kedepannya  digunakan  untuk menyimpan cadangan energi listrik.
Selanjutnya  Yanpin  Hau  et  all  (2015)  melakukan  penelitian  tentang  penggunaan Mikroba elektrolisis sel  dengan elektroda spiral untuk pengolahan  air  limbah  dan produksi gas metana [2] .  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengembangkan  mikroba  elektrolisis  sel (MEC) dirancang dengan permukaan elektroda spiral dan untuk mengevaluasi efektivitas untuk pengolahan  air  limbah  dan  produksi  gas  metana  (CH4).  Model  spiral  dirancang  dapat menyediakan  lebih  dari  60  m2/m3  luas  permukaan  spesifik  dari  elektroda  dan  tahan  pada internal rendah. Dengan asetat sebagai substrat dan mengatur tingkat tegangan 0,7 menjadi1,3 V, rata-rata arus konstan dan  produksi CH4 meningkat masing-masing berturut 46 menjadi 132 A  /  m3  dan  0,08  menjadi  0,17  m3/m3d.  Dengan  meningkatkan  tegangan,  efisiensi  energi menurun  dari  157%  menjadi  69%,  sedangkan  nilai    COD  meningkat  0,31  menjadi  0,69  kg COD/m3d.  Tegangan  optimal  dari  MEC  permukaan  elektroda  spiral  sekitar  0,95  V.  Proses penjenuhan  air  limbah,  MEC  juga  menunjukkan  hasil  yang  baik  dengan  kepadatan  rata-rata saat  24  A/m3,  laju  produksi  CH4  berkisar  0,03  m3/m3d,  energi  efisiensi  66%,  dan  nilai  COD berkisar 0,20 kg COD/m3d.

## 3. Kesimpulan
Sel elektrokimia merupakan pemanfaatan arus listrik yang dihasilkan dari sebuah reaksi kimia  ataupun  arus  listrik  yang  menyebabkan  terjadinya  suatu  reaksi  kimia.  Banyak pemanfaatan  sel  elektrokimia  digunakan  untuk  menghasilkan  teknologi  terbarukan.  Di  dalam proses  pengembangannya,  sel  elektrokimia  dapat  menghasilkan  reaksi  kimia  berlangsung spontan  atau  pun  tidak  spontan  berdasarkan  tingkat  oksidasi-reduksi  suatu  elektroda. Sel elektrolisis  dan  sel  Volta  merupakan  hasil  terapan  dari  sel  elektrokimia  yang  menggunakan media elektroda dan larutan elektrolit. Elektroda akan mengalami reaksi kimia yang terjadi pada katoda  maupun  anoda.  Hasil  dari  interaksi-interaksi  pada  elektroda  ini  yang  akan  menjadi media  penghantar  energi  yang  dihasilkan.  Sampai  saat  ini,  sel  elektrokimia  masih  memiliki peranan penting di dalam kemajuan teknologi modern sampai industri otomotif maupun rumah tangga.

## Referensi
[1] Liu, X.; Chen, X.; He, L.; Zhao, Z.; Study on Extraction of Lithium from Salt Lake Brine by Membrane Electrolysis, Desalination 376, Elsevier , 2015.
[2] Hou,  Y.;  Zhang  R.;  Luo  H.;  Liu  G.; Kim,  Y.;  Yu,  S.;  Zeng,  J.;    Microbial  electrolysis  cell  with  spiral wound  electrode  for  wastewater  treatment  and  methane  production,  Process  Biochemistry, Elsevier , 2015.
[3] Chang, R., General Chemistry: The Essential Concepts , Third Edition, The McGraw-Hill Companies, 2003.
[4] Silberberg, M.S., Principles of General Chemistry , The McGraw-Hill Companies, 2007.