- Cấu tạo ắc quy axit chì
- Hoạt động của pin axit chì
- Sạc pin axit chì
- Xả pin axit chì
- Yếu tố rủi ro và xếp hạng điện
- Quy tắc bảo dưỡng ắc quy axít chì
Hầu hết mọi thiết bị di động và cầm tay đều có pin. Pin là một thiết bị lưu trữ, nơi lưu trữ năng lượng để cung cấp năng lượng bất cứ khi nào cần thiết. Có nhiều loại pin khác nhau trong thế giới điện tử hiện đại này, trong số đó, pin Axit Chì thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cao. Thông thường, ắc quy Axit Chì có kích thước lớn hơn với cấu tạo cứng và nặng, chúng có thể tích trữ năng lượng cao và thường được sử dụng trong ô tô và biến tần.
Ngay cả sau khi bị cạnh tranh với pin Li-ion, nhu cầu pin axit chì đang tăng lên từng ngày, vì chúng rẻ hơn và dễ sử dụng so với pin Li-ion. Theo một số nghiên cứu thị trường Thị trường ắc quy axit chì Ấn Độ được dự báo sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR trên 9% trong giai đoạn 2018-24. Vì vậy, nó có nhu cầu thị trường lớn về Tự động hóa, Ô tô và Điện tử tiêu dùng. Hầu hết các loại xe điện đều đi kèm với pin Lithion-ion, nhưng vẫn có nhiều xe điện hai bánh sử dụng axit Chì để cung cấp năng lượng cho xe.
Trong phần hướng dẫn trước, chúng ta đã tìm hiểu về pin Lithium-ion, ở đây chúng ta sẽ hiểu Cách làm việc, cấu tạo và ứng dụng của Pin Axit Chì. Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu về xếp hạng sạc / xả, các yêu cầu và độ an toàn của Pin Axit Chì.
Cấu tạo ắc quy axit chì
Pin Axit Chì là gì? Nếu chúng ta phá vỡ tên pin Axit Chì, chúng ta sẽ nhận được Chì, Axit và Pin. Chì là một nguyên tố hóa học (ký hiệu là Pb và số hiệu nguyên tử là 82). Nó là một yếu tố mềm và dễ uốn. Chúng tôi biết Axit là gì; nó có thể tặng một proton hoặc nhận một cặp electron khi nó đang phản ứng. Vì vậy, một loại pin, bao gồm Chì và axit plumbic khan (đôi khi được gọi sai là peroxit chì), được gọi là Pin Axit Chì.
Bây giờ, xây dựng bên trong là gì?
Pin Axit Chì bao gồm những thứ sau, chúng ta có thể thấy nó trong hình ảnh dưới đây:
Pin Axit Chì bao gồm các tấm, bộ phân tách và chất điện phân, nhựa cứng với vỏ cao su cứng.
Trong pin, các tấm có hai loại, tích cực và tiêu cực. Loại dương bao gồm Chì điôxít và cực âm bao gồm Chì xốp. Hai tấm này được ngăn cách bằng cách sử dụng một tấm ngăn cách là vật liệu cách nhiệt. Tổng cấu trúc này được giữ trong một hộp nhựa cứng có chất điện phân. Chất điện phân là nước và axit sunfuric.
Vỏ nhựa cứng là một ô. Một cửa hàng ô đơn thường là 2.1V. Vì lý do này, một pin axit chì 12V bao gồm 6 ô và cung cấp thông thường 6 x 2,1V / Ô = 12,6V.
Bây giờ, dung lượng lưu trữ phí là gì?
Nó phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu hoạt động (Lượng chất điện phân) và kích thước của tấm. Bạn có thể đã thấy rằng dung lượng lưu trữ của pin lithium được mô tả bằng đánh giá mAh hoặc miliamp giờ, nhưng trong trường hợp pin Axit Chì, đó là Amp giờ. Chúng tôi sẽ mô tả điều này trong phần sau.
Hoạt động của pin axit chì
Hoạt động của pin Axit Chì là tất cả về hóa học và rất thú vị khi biết về nó. Có một quá trình hóa học rất lớn liên quan đến tình trạng sạc và xả của ắc quy Axit Chì. Phân tử axit sunfuric H 2 SO 4 loãng khi axit tan thành hai phần. Nó sẽ tạo ra ion dương 2H + và ion âm SO 4 -. Như chúng ta đã nói trước đây, hai điện cực được kết nối dưới dạng tấm, Anode và Cathode. Cực dương bắt các ion âm và cực âm hút các ion dương. Liên kết này ở cực dương và SO 4 - và cực âm với các điện tử trao đổi 2H + và tiếp tục phản ứng với H2O hoặc với nước (Axit sunfuric loãng, Axit sunfuric + Nước).
Pin có hai trạng thái phản ứng hóa học, Sạc và Xả.
Sạc pin axit chì
Như chúng ta đã biết, để sạc pin, chúng ta cần cung cấp một điện áp lớn hơn điện áp đầu cuối. Vì vậy, để sạc pin 12,6V, 13V có thể được áp dụng.
Nhưng điều gì thực sự xảy ra khi chúng ta sạc pin Axit Chì?
Chà, các phản ứng hóa học giống như chúng ta đã mô tả trước đây. Cụ thể, khi pin được kết nối với bộ sạc, các phân tử axit sulfuric sẽ phân hủy thành hai ion là ion dương 2H + và ion âm SO 4 -. Các điện tử hydro trao đổi với cực âm và trở thành hydro, hydro này phản ứng với PbSO 4 ở cực âm và tạo thành Axit sunfuric (H 2 SO 4) và Chì (Pb). Mặt khác, SO 4 - trao đổi electron với anot và trở thành gốc SO 4. SO 4 này phản ứng với PbSO 4 của anot và tạo ra peroxit chì PbO 2 và axit sunfuric (H 2 SO 4). Năng lượng được tích trữ bằng cách tăng trọng lực của axit sulfuric và tăng điện thế tế bào.
Như đã giải thích ở trên, các phản ứng hóa học sau đây diễn ra tại Cực dương và Cực âm trong quá trình sạc.
Ở cực âm
PbSO 4 + 2e - => Pb + SO 4 2-
Ở cực dương
PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e -
Kết hợp hai phương trình trên, phản ứng hóa học tổng thể sẽ là
2PbSO 4 + 2H 2 O => PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4
Có nhiều phương pháp áp dụng để sạc pin axit-chì. Mỗi phương pháp có thể được sử dụng cho pin axit-chì cụ thể cho các ứng dụng cụ thể. Một số ứng dụng sử dụng phương pháp sạc điện áp không đổi, một số ứng dụng sử dụng phương pháp dòng điện không đổi, trong khi sạc cù cũng hữu ích trong một số trường hợp. Thông thường nhà sản xuất pin cung cấp phương pháp sạc pin axit-chì cụ thể thích hợp. Sạc dòng điện liên tục thường không được sử dụng trong quá trình sạc Pin Axit Chì.
Phương pháp sạc phổ biến nhất được sử dụng trong ắc quy axit chì là phương pháp sạc điện áp không đổi, đây là một quá trình hiệu quả về thời gian sạc. Trong chu kỳ sạc đầy, điện áp không đổi và dòng điện giảm dần khi mức độ sạc pin tăng dần.
Xả pin axit chì
Việc xả pin axit chì một lần nữa lại tham gia vào các phản ứng hóa học. Axit sulfuric ở dạng pha loãng với tỷ lệ thường là 3: 1 với nước và axit sulfuric. Khi các tải được kết nối qua các tấm, axit sunfuric lại phá vỡ thành các ion dương 2H + và ion âm SO 4. Các ion hydro phản ứng với PbO 2 và tạo ra PbO và nước H 2 O. PbO bắt đầu phản ứng với H 2 SO 4 và tạo ra PbSO 4 và H 2 O.
Mặt khác SO 4 - các ion trao đổi điện tử từ Pb, tạo ra gốc SO 4 mà tiếp tục tạo ra PbSO 4 phản ứng với Pb.
Như đã giải thích ở trên, các phản ứng hóa học sau đây diễn ra ở cực dương và cực âm trong quá trình phóng điện. Những phản ứng này hoàn toàn trái ngược với phản ứng sạc:
Ở cực âm
Pb + SO 4 2- => PbSO 4 + 2e -
Ở cực dương:
PbO 2 + SO 4 2- + 4H - + 2e - => PbSO 4 + 2H 2 O
Kết hợp hai phương trình trên, phản ứng hóa học tổng thể sẽ là
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 => 2PbSO 4 + 2H 2 O
Do sự trao đổi điện tử qua cực dương và cực âm, sự cân bằng điện tử qua các bản cực bị ảnh hưởng. Các electron sau đó chạy qua tải và pin được phóng điện.
Trong quá trình phóng điện này, trọng lực axit sunfuric loãng giảm. Ngoài ra, đồng thời, sự khác biệt tiềm năng của tế bào giảm.
Yếu tố rủi ro và xếp hạng điện
Ắc quy Axit Chì có hại nếu không được bảo dưỡng an toàn. Vì pin tạo ra khí Hydro trong quá trình hóa học, nên rất nguy hiểm nếu không được sử dụng trong khu vực thông gió. Ngoài ra, việc sạc không chính xác sẽ làm hỏng pin nghiêm trọng.
Xếp hạng tiêu chuẩn của ắc quy Axit Chì là gì?
Mỗi pin axit-chì đều được cung cấp biểu dữ liệu cho dòng điện nạp tiêu chuẩn và dòng phóng điện. Thông thường, một ắc quy axit-chì 12V áp dụng cho ứng dụng ô tô có thể nằm trong khoảng từ 100Ah đến 350Ah. Xếp hạng này được định nghĩa là xếp hạng phóng điện với khoảng thời gian 8 giờ.
Ví dụ, một pin 160Ah có thể cung cấp dòng điện 20A cho tải trong 8 giờ của nhịp. Chúng ta có thể vẽ thêm dòng điện nhưng không nên làm như vậy. Bằng cách tạo ra nhiều dòng điện hơn dòng xả tối đa trong 8 giờ sẽ làm hỏng hiệu suất của pin và điện trở bên trong pin cũng có thể bị thay đổi, điều này làm tăng thêm nhiệt độ của pin.
Mặt khác, trong giai đoạn sạc, chúng ta nên cẩn thận về cực sạc, nó nên được kết nối đúng với cực của pin. Phân cực ngược gây nguy hiểm cho quá trình sạc pin axit-chì. Bộ sạc làm sẵn đi kèm với đồng hồ đo điện áp sạc và dòng sạc với tùy chọn điều khiển. Chúng ta nên cung cấp điện áp lớn hơn điện áp của pin để sạc pin. Dòng sạc tối đa phải giống dòng điện cung cấp tối đa ở tốc độ xả 8 giờ. Nếu chúng ta lấy ví dụ tương tự 12V 160Ah, thì dòng cung cấp tối đa là 20A, do đó dòng sạc an toàn tối đa là 20A.
Chúng ta không nên tăng hoặc cung cấp dòng sạc lớn vì như vậy sẽ sinh nhiệt và tăng sinh khí.
Quy tắc bảo dưỡng ắc quy axít chì
- Tưới nước là tính năng bảo dưỡng bị bỏ quên nhất của ắc quy axit-chì bị ngập nước. Khi sạc quá mức làm giảm lượng nước, chúng ta cần kiểm tra nó thường xuyên. Ít nước tạo ra quá trình oxy hóa trong các tấm và giảm tuổi thọ của pin. Thêm nước cất hoặc nước ion khi cần.
- Kiểm tra các lỗ thông hơi, chúng cần được hoàn thiện bằng nắp cao su, thường thì nắp cao su dính các lỗ quá chặt.
- Sạc lại ắc quy axit-chì sau mỗi lần sử dụng. Một thời gian dài không sạc lại sẽ tạo ra sự sunfua hóa trong các tấm.
- Không đóng băng pin hoặc sạc pin quá 49 độ C. Trong môi trường lạnh, pin cần được sạc đầy vì sạc đầy pin an toàn hơn so với pin trống trong trường hợp đóng băng.
- Không xả sâu pin dưới 1,7V trên mỗi cell.
- Để lưu trữ một pin axit chì, nó cần được sạc hoàn toàn sau đó cần phải xả chất điện phân. Sau đó, pin sẽ trở nên khô và có thể được lưu trữ trong một khoảng thời gian dài.