Ắc quy axit chì là gì?

Ắc quy axit chì được phân loại là ắc quy có thể sạc lại và ắc quy thứ cấp. Mặc dù tỷ lệ năng lượng so với thể tích và năng lượng so với trọng lượng tối thiểu của ắc quy, nó vẫn có khả năng cung cấp dòng điện tăng lên. Điều này tương ứng với việc các tế bào axit chì sở hữu một lượng điện năng cao so với tỷ lệ trọng lượng.

Đây là những loại ắc quy sử dụng chì peroxit và chì xốp để chuyển hóa năng lượng thành năng lượng điện. Chúng chủ yếu được sử dụng trong các trạm biến áp và hệ thống điện vì lý do chúng làm tăng mức điện áp tế bào và chi phí tối thiểu.

Trong cấu tạo pin axit chì, các tấm và hộp chứa là những thành phần quan trọng. Phần dưới đây cung cấp mô tả chi tiết của từng thành phần được sử dụng trong xây dựng.

Sơ đồ ắc quy axit chì

Thành phần hoạt động

Thành phần tham gia tích cực vào các quá trình phản ứng hóa học xảy ra trong pin chủ yếu tại thời điểm sạc và xả được gọi là thành phần hoạt động. Các thành phần hoạt động là:

Chì oxit – Nó tạo thành một thành phần hoạt động tích cực.

Chì  – Vật liệu này tạo thành thành phần hoạt tính tiêu cực.

Axit sunfuric loãng – Chất này chủ yếu được sử dụng làm chất điện phân.

Nguyên lý làm việc

Vì axit sulfuric được sử dụng làm chất điện phân trong pin, khi nó bị hòa tan, các phân tử trong đó sẽ bị phân tán dưới dạng SO4^– (ion âm) và 2H₊ (ion dương) và những phân tử này sẽ chuyển động tự do. Khi nhúng các điện cực này vào dung dịch và cung cấp nguồn điện một chiều, khi đó các ion dương sẽ có chuyển động và di chuyển theo hướng của cạnh âm của pin. Theo cách tương tự, các ion âm sẽ có sự chuyển động và di chuyển theo hướng của cạnh dương của pin.

Mỗi ion H⁺ và SO4^2- thu 1 và 2 electron và các ion âm từ cực âm và cực dương và chúng có phản ứng với nước. Điều này tạo thành hydro và axit sunfuric. Trong khi các chất phát triển từ các phản ứng trên lại phản ứng với oxit chì và tạo thành peroxit chì. Điều này có nghĩa là tại thời điểm của quá trình tính phí; phần tử cực âm chì vẫn là chì trong khi cực dương chì được hình thành dưới dạng chì peroxit có màu nâu sẫm.

Khi không có nguồn điện một chiều và khi đó vôn kế được kết nối giữa các điện cực, nó sẽ hiển thị hiệu điện thế giữa các điện cực. Khi có sự kết nối của dây dẫn giữa các điện cực, sẽ có dòng điện đi từ bản cực âm sang bản dương qua mạch ngoài, điều này cho thấy tế bào có khả năng cung cấp một dạng năng lượng điện.

Đây là nguyên lý làm việc của pin axit chì.

Phản ứng hoá học trong ắc quy axit chì

Phản ứng hoá hoạc trong ắc quy xảy ra chủ yếu trong quá trình phóng điện khi sạc và xả, nó được giải thích như sau:

Khi ắc quy được xả hoàn toàn thì cực dương và cực âm là PbO₂ và Pb. Khi kết nối với tải, pin sẽ bị xả và các electron di chuyển ngược lại so với thời điểm sạc. các ion H chuyển động về phía cực dương, tác dụng với PbO₂ hình thành PbSO_{4 ­}có màu trắng.

Tương tự, ion sunfat chuyển động về phía cực âm tạo thành SO­­₄. Nó phản ứng với cực âm Pb tạo ra chì sunfat.

PbSO₄ +2H -> PbO +H₂O

PbO + H₂SO₄ -> PbSO₄ + 2H₂O

PbO­₂ + H₂SO₄ +2H -> PbSO₄ + 2H₂O

Trong quá trình sạc, các icon H⁺ di chuyển về hướng cực âm và thu được 2 electron và hình thành dưới dạng nguyên tử H. Nó phản ứng với PbSO₄ tạo ra chì và axit sunfuric.

PbSO₄ + 2H₂O + 2H -> PbSO₄ + 2H₂SO₄

Kết hợp 2 quá trình trên được biểu diễn dưới dạng sau:

Phân loại ắc quy axit chì

Ắc quy axit chì chủ yếu được phân loại thành 5 loại:

• Ắc quy nước: Ắc quy loại này thường sử dụng làm ắc quy đề nổ do dòng điện khoẻ hơn. Nhược điểm phải bảo dưỡng thường xuyên.
• Ắc quy kín khí: Loại ắc quy này không cần bảo dưỡng, có một thay đổi nhỏ về vỏ so với ắc quy nước còn thiết kế bên trong tương tự như loại trên. Sự khác biệt chính của loại này là lượng axit bên trong đủ để phản ứng trong suốt thời gian sử dụng.
• Ắc quy VRLA: Là loại ắc quy axit chì miễn bảo dưỡng có van điều áp, còn được gọi là ắc quy chì kín khí. Trong quá trình sạc sẽ xuất hiện khí O₂ và H₂; van điều áp có tác dụng giảm áp suất bình.
• Ắc quy AGM: là ắc quy axit chì miễn bảo dưỡng; các tấm vách được làm bằng tấm thuỷ tinh, độ thẩm thấu cao. Loại ắc quy này có hiệu suất sạc, xả lớn.
• Ắc quy Gel: là loại ắc quy miễn bảo dưỡng mà trong dung dịch điện phân (H₂SO₄) được trộn thêm hợp chất SiO₂ tạo thành dung dịch dạng keo, dung dịch này sẽ chống lại hiện tượng bay hơi trong quá trình sạc xả, giúp nâng cao tuổi thọ ắc quy.

Tuổi thọ

Nhiệt độ hoạt động tốt nhất của axit chì là 25^oC (77^OF). Nhiệt độ càng cao thì tuổi thọ ắc quy càng giảm. Trung bình khi tăng nhiệt độ 8^oC, tuổi thọ ắc quy sẽ giảm một nửa. Tuổi thọ theo thiết kế của ắc quy khi hoạt động ở 25^oC là 10 năm, khi hoạt động ở 33^oC chỉ còn 5 năm.

Ứng dụng

• Sử dụng trong hệ thống UPS, năng lượng mặt trời,…
• Sử dụng trong hệ thống viễn thông
• Sử dụng làm nguồn khởi động cho máy phát điện, ô tô, xe máy,…..