Đang tải... (xem toàn văn)
Ăc quy chì –axit được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như: khởi động, cấp điện cho các phương tiện vận tải ô tô, xe máy, tàu hỏa, xe nâng..., hay cung cấp năng lượng cho độ
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ LUẬN PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO ẮC QUY CHÌ AXIT DUNG LƯỢNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH THÁI NGUYÊN - 2023 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ LUẬN PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO ẮC QUY CHÌ AXIT DUNG LƯỢNG CAO Ngành: Hóa phân tích Mã số: 8.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Hồng Hoa TS Đào Thế Nam THÁI NGUYÊN - 2023 i LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Hồng Hoa và TS.Đào Thế Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiệm và hoàn thành viết luận văn Em cũng xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của đề tài Viện Hóa học -Vật liệu ,Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự , các Thầy, Cô trong Khoa Hóa Học – Trường Đại Học Khoa Học – Đại Học Thái Nguyên đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm giúp em trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn Sau cùng, trong quá trình viết và hoàn thành luận văn, em luôn nhận được sự quan tâm, động viên và chia sẻ, khích lệ từ bạn bè, người thân Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 05 tháng 10 năm 2023 Học viên Nguyễn Thị Luận ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC .ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 PHẦN TỔNG QUAN 2 1.1.Cấu tạo và hoạt động của ắc quy chì-axit 2 1.1.1 Cấu tạo của ắc quy chì axit 2 1.1.2 Nguyên tắc hoạt động của ắc quy chì-axit 5 1.1.3 Quy trình chế tạo bản cực của ắc quy chì-axit 8 1.2 Một số thành tựu trong lĩnh vực ắc quy chì-axit 9 1.2.1 Các nghiên cứu hiện đại về hợp kim chì 9 1.2.2 Một số loại phụ gia sử dụng trong ắc quy chì-axit 12 CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 17 2.1 Hóa chất, dụng cụ 17 2.2 Một số kỹ thuật sử dụng 17 2.2.1 Chuẩn bị mẫu chụp ảnh SEM và đo EDS 17 2.2.2 Chuẩn bị mẫu đo huỳnh quang tia X 18 2.2.3 Chuẩn bị mẫu chụp phổ IR 18 2.3 Phương pháp nghiên cứu 19 2.3.1 Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) 19 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 19 2.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 19 2.3.4 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét 20 2.3.5 Phương pháp quang phổ Raman 20 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 iii 3.1 Phân tích cấu tạo chung của ắc quy nước ngoài 21 3.2 Phân tích tấm cực âm 22 3.2.1 Phân tích cấu tạo của tấm cực âm 22 3.2.2 Phân tích thành phần vật liệu của điện cực âm 24 3.3 Phân tích tấm cực dương 35 3.3.1 Phân tích cấu tạo tấm cực dương 35 3.3.2 Phân tích thành phần vật liệu của điện cực dương 36 3.4 Phân tích một số bộ phận khác 46 3.4.1 Phân tích tấm lá cách 46 3.4.2 Phân tích túi cao su 48 3.4.3 Phân tích vỏ bình ắc quy 50 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt Ah Apere-hours Dung lượng của 3BS(3PbO.PbSO4.H2O) bình ắc quy 4BS(4PbO.PbSO4.H2O) Energy-dispersive X-ray EDS spectroscopy Phương pháp phổ Axit năng lượng tia X EDTA etylenediaminetetraacetic Ethylene Propylene Diene Cao su tổng hợp EPDM Monomer Polyfuoroalkyl Sunfonic Phương pháp quang FORAFAC 1033D Acid phổ hông ngoại Ăc quy chì axit IR Infrared spectroscopy LAB Lead acid batteries mm Milimeter Milimet(đơn vị đo độ dài ) Na2EDTA Ethylendiamin Tetraacetic NR Acid Kính hiển vi điện tử PASP Natural rubber quét PHA polyaspartate Đơn vị đo hiệu điện PVA Polyhydroxy Acid thế,suất điện động PVP Poly (vinyl alcohol) của hệ SI SEM Poly(N-vinyl pyrrolidone) Phương pháp nhiễu Scanning Electron xạ tia X V Microscope Phương pháp huỳnh quang tia X XRD volt XRF Powder X-ray diffraction X-ray Fluorescence v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Những thông số chính của mẫu ắc quy Dung lượng cao 22 Bảng 3.2 Các thông số mạng của tinh thể Pb cubic sườn âm từ phổ XRD 25 Bảng 3.3 Các thông số mạng của tinh thể Cu cubic sườn âm từ phổ XRD .27 Bảng 3.4 Kết quả phân tích thành phần hóa học của lõi sườn cực âm .27 Bảng 3.5 Các thông số mạng của tinh thể Cu cubic và PbSO4 orthorhombic 32 Bảng 3.6 Các thông số mạng của tinh thể Pb cubic sườn dương từ phổ XRD 37 Bảng 3.7 Thành phần nguyên tố của sườn cực dương 39 Bảng 3.8 Các thông số mạng của tinh thể PbO2 tetraganal và PbSO4 orthorhombic 42 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ắc quy chì-axit 9 ngăn đầu tiên 2 Hình 1.2 Cấu tạo của ắc quy chì – axit 2 Hình 1.3 Tấm điện cực: a- dạng tấm; b- dạng ống 3 Hình 1.4 Ăn mòn chủ động điện cực 7 Hình 1.5 Sơ đồ quá trình điện phân nước bên trong ắc quy chì-axit 8 Hình 2.1 Sơ đồ chiết mẫu cao su 19 Hình 3.1 Chi tiết cấu tạo chính của ắc quy dung lượng cao 21 Hình 3.2 Bản cực âm của ắc quy: 22 Hình 3.3 Phổ XRD của sườn cực âm 24 Hình 3.4 Thành phần nguyên tố trên lớp mạ sườn cực âm 25 Hình 3.5 Phổ XRD của lõi sườn cực âm 26 Hình 3.6 Tổ chức tế vi của lõi đồng sườn cực âm 27 Hình 3.7 Ảnh SEM xác định chiều dày lớp mạ chì 28 Hình 3.8 Phổ EDS của cao cực âm 29 Hình 3.9 Ảnh SEM cao cực âm 30 Hình 3.10 Phổ XRD của mẫu chất hoạt động cực âm 31 Hình 3.11 Phổ IR của cao cực âm 33 Hình 3.12 Phổ raman của cao cực âm 34 Hình 3.13 Bản cực âm của ắc quy: 35 Hình 3.14 Phổ XRD của sườn cực dương 37 Hình 3.15 Phổ EDS của sườn cực dương 38 Hình 3.16 Phổ XRF của sườn cực dương 39 Hình 3.17 Phổ EDX của cao cực dương 40 Hình 3.18 Phổ XRD của cao cực dương 41 Hình 3.19 Phổ IR của cao cực dương 43 Hình 3.19 Phổ IR của vỏ ống cực dương 45 HÌnh 3.20 Ảnh SEM cao cực dương 46 vii Hình 3.21 Tấm lá cách của ắc quy : 47 Hình 3.22 Phổ IR của tấm lá cách 47 Hình 3.23 Phổ IR của túi cao su trong ắc quy 48 Hình 3.24 Phổ IR của mẫu cao su sau khi chiết 49 Hình 3.25 Phổ IR của vỏ bình ắc quy 50 1 LỜI MỞ ĐẦU Ắc quy chì axit đã được chế tạo rất sớm từ những năm 60 của thế kỷ 19 Mặc dù hiện nay có rất nhiều các loại nguồn mới được sử dụng như pin Li ion, pin bạc kẽm , nhưng với các ưu điểm của mình như giá thành rẻ, công nghệ chế tạo ổn định, nguồn nguyên liệu sẵn có thì vai trò của ắc quy chì axit vẫn không thể phủ nhận và chiếm đến trên 50% tổng doanh số ắc quy bán ra trên toàn thế giới Chúng được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống như khởi động, cấp điện cho các phương tiện vận tải (ô tô, xe máy, tàu hỏa, xe nâng ) hay cung cấp năng lượng cho động cơ tàu biển, cũng như tích trữ năng lượng điện mặt trời, điện gió Đặc biệt, với các động cơ cần nguồn năng lượng dự trữ lớn như nguồn điện trên tàu biển, nguồn điện cho xe tăng, hay các loại xe quân sự khác thì chưa có nguồn nào có thể thay thế ắc quy chì axit Tại Việt Nam nền công nghiệp sản xuất ắc quy cũng đã tiệm cận với kỹ thuật sản xuất ắc quy tiên tiên tiến hiện nay của thế giới Trong nước có một số đơn vị đã sản xuất được nhiều chủng loại ắc quy có chất lượng cao sử dụng trong nước và xuất khẩu Tuy nhiên, các loại ắc quy chế tạo chủ yếu là cho xe máy, ô tô, hay lớn hơn là tàu hỏa và một số loại xe quân sự Với loại ắc quy lớn, dung lượng cao như ắc quy cho tàu biển thì chưa có đơn vị nào tiếp cận và nghiên cứu Hiện nay, loại ắc quy dung lượng cao này được nhập chủ yếu từ Nga ,Đức và Ấn độ, trong đó ắc quy của Đức nhờ áp dụng một số công nghệ mới như điện cực ống, các loại sườn cực bằng hợp kim tiên tiến và sử dụng phụ gia cho điện cực cũng như cho dung dịch điện ly,mà đạt được một số tính chất ưu việt hơn ắc quy của Nga ( tuổi thọ ắc quy cao hơn, giảm được quá trình tự phóng, giảm thoát hydro trong quá trình sử dụng) Do vậy, cần tiến hành giải mã vật liệu cũng như kết cấu của chúng để tiến tới làm chủ được công nghệ chế tạo loại ắc quy này trong nước là nhu cầu rất cấp thiết và có tính khoa học cao Việc thực hiện luận văn “Phân tích thành phần và tính chất của vật liệu chế tạo ắc quy chì axit dung lượng cao” là những bước cơ sở đầu tiên trong quá trình tiến tới làm chủ công nghệ mới chế tạo ắc quy này