Berdasarkan keberlangsungan reaksi sel elektrokimia dibagi menjadi dua yaitu sel volta dan sel elektrolisis. Pada sel volta yang sedang digunakan, berlangsung suatu reaksi kimia yang menghasilkan arus/energi listrik. Sedangkan penggunaan energi listrik untuk melangsungkan reaksi kimia disebut sel elektrolisis. Perbedaan Pokok antara Sel Volta dan Sel Elektrolisis adalah sebagai berikut:

Sel Volta, terjadi pada reaksi redoks yang bersifat spontan (bereaksi dengan sendirinya) dan menghasilkan arus listrik. Dalam reaksi sel, perbedaan energi potensial kimia antara reaktan yang lebih tinggi energinya dan produk yang lebih rendah energinya menghasilkan arus listrik. Dengan kata lain  sistem bekerja pada lingkungan . Katoda merupakan kutub positif dan anoda kutub negatif. Jadi dalam sel Volta energi kimia diubah menjadi energi listrik.

Sel Elektrolisis, terjadi pada reaksi redoks yang tidak spontan, sehingga untuk melakukan reaksi diperlukan energi. Energi yang diperlukan dalam sel elektrolisis adalah energi listrik dengan arus searah. Untuk berlangsungnya proses elektrolisis diperlukan adanya elektroda, larutan elektrolit, dan sumber arus listrik searah. Dalam sel elektrolisis katoda dihubungkan dengan kutub (-), dan anoda dihubungkan dengan kutub (+) sumber arus. Apabila arus listrik dialirkan ke dalam elektrolit, maka kation akan mengalami reduksi dengan menangkap elektron dan anion akan mengalami oksidasi dengan melepas elektron.

Untuk memudahkan kalian dalam memahami perbedaan dan persamaan antara sel volta dan sel elektrolisis, perhatikan gambar 3 berikut!

Berdasarkan Gambar 3 kedua rangkaian sel elektrokimia ini memiliki beberapa persamaan yaitu:

• Pada sel elektrokimia baik sel Volta maupun sel elektrolisis digunakan elektrode, yaitu katode, anode, dan larutan elektrolit
• Reaksi yang terjadi pada kedua sel tersebut adalah reaksi redoks. Pada katode terjadi reduksi dan pada anode terjadi oksidasi.
• Kedua sel harus memiliki larutan elektrolit (asam, basa, garam)

Sel volta

Bagaimanakah prinsip kerja sel volta sehingga dapat menghasilkan energi listrik?

Sel volta merupakan sel elektrokimia yang berlangsung spontan dengan menghasilkan energi listrik. Dalam sel volta, energi listrik dihasilkan dengan jalan pelepasan elektron pada suatu elektroda (oksidasi) dan penerimaan elektron pada elektroda lainnya (reduksi). Elektroda yang melepaskan elektron akan membentuk kutub negatif (-) dinamakan anoda, sedangkan elektroda yang menerima elektron akan membentuk kutub positif (+) dinamakan katoda. Jadi, sebuah sel volta terdiri dari dua bagian atau dua elektroda dimana setengah reaksi oksidasi berlangsung pada anoda dan setengah reaksi berlangsung pada katoda.

Misalkan logam Zn dan Cu dicelupkan ke dalam larutan elektrolit CuSO₄ dan kemudian keduanya dihubungkan dengan kawat membentuk rangkaian sel volta sederhana. Apa yang akan terjadi?

Adanya perbedaan rapat muatan logam Zn dan Cu memungkinkan timbulnya aliran elektron dari Zn ke Cu melalui rangkaian luar pada sel volta. Apabila Zn dan Cu dicelupkan ke dalam larutan elektrolit atau air, maka ion-ion positif Zn²⁺ dan Cu²⁺ akan meninggalkan lempeng menuju larutan/air. Sedangkan elektron akan tertinggal di dalam lempeng. Ion-ion Zn²⁺ yang menuju larutan/air lebih banyak dari ion-ion Cu²⁺ yang menuju larutan/air. Dapat dikatakan bahwa Zn lebih  mudah teroksidasi dibandingkan Cu (Simak deret volta). Akibatnya, elektron yang tertinggal di lempeng Zn lebih banyak dibandingkan elektron yang tertninggal di lempeng Cu. Dapat dikatakan bahwa rapat muatan Zn lebih besar dari lempeng Cu.

Adanya perbedaan rapat muatan menimbulkan perbedaan potensial antara kedua logam tersebut. Beda potensial ini memungkinkan elektron mengalir dari Zn ke Cu melalui rangkaian luar (kawat). Beda potensial antara logam Zn dan Cu tersebut dikenal sebagai gaya gerak listrik (ggl) atau electromotive force(emf).

Pada rangkaian di samping, logam Zn dan Cu disebut elektroda. Zn melepaskan elektroda (teroksidasi) membentuk elektrode negatif atau anode. Sedangkan Cu menerima elektron (tereduksi) membentuk elektrode positif atau katode.

Disini kalian dapat melihat bahwa telah terjadi transfer elektron melalui rangkaian luar sel. Oleh karena setiap e^– membawa muatan listrik, maka dapat dikatakan reaksi redoks spontan telah menghasilkan arus listrik.

Namun, aliran elektron yang terjadi akan berlangsung sesaat dan kemudian berhenti. Dengan kata lain, tidak ada beda potensial lagi. Hal ini dikarenakan katode logam Cu telah dilapisi endapan Cu sebagai akibat reaksi reduksi Cu. Akibatnya, terjadi penumpukan muatan e^– pada katode sehingga aliran elektron terhenti. Untuk mengatasi keadaan tersebut, sel dibagi menjadi dua setengah sel yang dihubungkan dengan selaput berpori atau jembatan garam.

Bagaimanakah rangkaian sel volta sehingga dapat menghasilkan arus listrik?

Perhatikan rangkaian sel volta pada gambar 10. pada rangkaian, logam Zn dicelupkan ke dalam larutan elektrolit ZnSO₄ sementara logam Cu ke dalam larutan CuSO₄. kedua logam kemudian dihubungkan dengan suatu rangkaian luar berupa kawat. Reaksi redoks spontan yang terjadi pada sel dapat dijelaskan sebagai berikut.

Pada anode, Zn teroksidasi menjadi ion Zn²⁺ kemudian pergi menuju larutan dan bereaksi dengan ion SO₄^2-. Muatan elektron (e^–) yang tinggal di anode akan mengalir melalui kawat menuju katode. Di katode, e- akan ditangkap oleh ion Cu²⁺ dalam larutan. Akibatnya, ion Cu²⁺ mengendap sebagai logam Cu pada permukaan katode.

Selama proses berlangsung, ion Zn²⁺ yang terbentuk akan pergi ke larutan ZnSO₄. hal ini menyebabkan penumpukan ion positif Zn²⁺ dalam larutan. Akibatnya, larutan menjadi bermuatan positif, dan pada akhirnya ion Zn²⁺ tidak dapat lagi meninggalkan anode. Sementara itu, pada saat yang bersamaan di katode, perginya ion Cu²⁺ dari larutan CuSO₄ ke katode untuk mengikat elektron dan mengendap, menyebabkan terjadinya penumpukan ion negatif SO₄^2-. Kedua hal tersebut menyebabkan aliran elektron pada rangkaian luar akan terhenti. Untuk mengatasi hal ini, digunakan suatu rangkaian dalam, yakni jembatan garam. Jembatan garam mengandung ion-ion positif dan negatif yang berfungsi menetralkan muatan positif dan negatif dalam larutan elektrolit.

Sel Elektrolisis