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
PHẦN TỔNG QUAN
Một số thành tựu trong lĩnh vực ắc quy chì-axit
mm được biến đổi để lại phần lõi của các tinh thể hình kim không bị chạm vào Dựa trên những kết quả này Torcheux và cộng sư [2] đã thực hiện các phép tính mô hình hóa với kết quả chính là các tinh thể 4BS dạng kim phải có hình dạng được cải thiện để có hiệu suất điện hóa tối ưu cho tấm điện cực dương, cụ thể là chiều rộng 5–7 mm và chiều dài 50–100 mm Để kiểm soát kích thước hạt 4BS, các thông số phản ứng đóng rắn phải được nghiên cứu Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện cho thấy rằng thành phần hóa học của các bản cực được đóng rắn phần lớn phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình này
1.2 Một số thành tựu trong lĩnh vực ắc quy chì-axit
1.2.1 Các nghiên cứu hiện đại về hợp kim chì
Các nghiên cứu gần đây, tập trung vào việc so sánh tốc độ ăn mòn trực tiếp giữa hợp kim chì 1% antimon và hợp kim chì 1% thiếc đã làm giảm đáng kể tốc độ ăn mòn của hợp kim chì thiếc trong axit sulfuric [12] Nhiều nghiên cứu mô tả cách thức sử dụng sườn cực không đối cực trong ắc quy axit-chì có thể dẫn đến sự phát triển của lớp 'thụ động hóa' rõ ràng có trở kháng cao tại bề mặt sườn cực điện / vật liệu hoạt động gây ra hiện tượng ăn mòn gia tốc này Nhìn chung người ta đồng ý rằng lớp thụ động bao gồm một cấu trúc hai lớp bao gồm α-PbO được lắng đọng trực tiếp trên bề mặt lưới bên dưới một lớp PbSO4 bên ngoài Sự phát triển của cấu trúc này được cho là có thể cản trở sự phục hồi sau quá trình xả sâu hoặc tự phóng kéo dài Việc kết hợp thiếc vào sườn cực dương (bên trong hợp kim hoặc dưới dạng lớp bề mặt) đã được chứng miinh làm giảm sự xuất hiện của α-PbO bằng cách làm mỏng lớp PbO
[13] và do đó làm giảm bớt các vấn đề thụ động liên quan đến việc sạc lại
Nhiều cơ chế khác nhau đã được đề xuất để giải thích hiệu ứng nói trên và chúng bao gồm từ sự pha tạp kiểu bán dẫn của α-PbO đến những thay đổi trong độ xốp của lớp PbSO4 hoặc khả năng phản ứng của α-PbO đối với quá trình oxy hóa
Trong một nghiên cứu sâu hơn, Bojinov và cộng sự xác định rằng thiếc tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa Pb 2+ thành Pb 4+ (trong lớp dẫn điện cao bị thoái hóa) 0,1- 0,2V [14] Họ cũng phát hiện ra rằng việc bổ sung thiếc làm ổn định và tăng lượng oxit không phân cực hình thành trong lớp oxit anốt Các thí nghiệm đo theo chu kỳ xác định rằng việc bổ sung thiếc đã cản trở quá trình tiến hóa oxy cũng như lượng PbO2 được tạo thành do chu trình nạp xả Điều này giảm hơn nữa với hàm lượng thiếc ngày càng tăng, do đó làm giảm tốc độ ăn mòn của hợp kim
Thiếc đã được chứng minh là cải thiện khả năng chống ăn mòn của hợp kim chì-canxi và tăng khả năng nạp lại sau khi phóng điện quá mức và đứng yên Đặc tính chống ăn mòn của hỗn hợp chì-canxi-thiếc phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ thiếc / canxi: các hợp kim có tỷ lệ thiếc / canxi thấp (dưới 9: 1) cho thấy tỷ lệ ăn mòn cao với các hạt nhỏ mịn, trong khi thiếc cao, hợp kim tỷ lệ canxi cho thấy tỷ lệ ăn mòn thấp với các hạt thô [15] Hơn nữa, hợp kim với thiếc có thể làm chậm tốc độ ăn mòn và thúc đẩy sự phát triển của lớp thụ động nhỏ gọn Theo Xu và cộng sự [15], ảnh hưởng của thiếc đến tính chất chống ăn mòn của hợp kim có thể do hai tác động: dẫn điện và vận chuyển ion Sự vận chuyển của các ion và electron trong lớp thụ động là hai trong số những quá trình quan trọng nhất để xác định tốc độ ăn mòn của hợp kim và tốc độ chậm hơn của hai quá trình này có thể là bước kiểm soát phản ứng ăn mòn Nghiên cứu này báo cáo hàm lượng thiếc dưới 0,8% (w / w) làm tăng tốc độ ăn mòn (so với các hợp kim có% thiếc cao hơn) do tăng cường vận chuyển ion và điện tử Thành phần thiếc từ 0,8–1,5% (w / w) tạo ra tốc độ ăn mòn thấp hơn vì vận chuyển ion là bước kiểm soát quá trình ăn mòn và được giảm bằng cách tăng mức độ thiếc Khi mức thiếc vượt quá 2,6%, sự ăn mòn lại tăng nhanh do sự phân tách thiếc quá mức và ăn mòn giữa các hạt Tuy nhiên, Kiehne công bố rằng nồng độ thiếc 0,6% (theo trọng lượng) là tối ưu cho ắc quy chì-axit có van điều chỉnh [16]
Một nghiên cứu về quá trình oxy hóa của Petersson và Ahlberg [13] trên các hợp kim chì thiếc sử dụng phép đo tuần hoàn đã kết luận rằng sự có mặt của thiếc làm tăng độ dẫn của lớp thụ động Nghiên cứu này cho các hợp kim chì thiếc khác nhau được mạ điện (mạ điện) lên các điện cực cacbon và đặt các điện cực này vào axit sunfuric 5M Thật không may trong nghiên cứu, không có phân tích thành phần nào của lớp lắng đọng điện được tiến hành trước các thử nghiệm ăn mòn Hơn nữa, thành phần của lớp gắn kết điện được ước tính bằng phép đo điện áp cực dương Nó đã được tuyên bố rằng "đối với nồng độ thiếc thấp, không có đỉnh khác biệt cho sự hòa tan thiếc có thể được quan sát thấy"
Một nghiên cứu năm 2003 về các hợp kim mới cho sườn cực [10] đã cho các mẫu thử nghiệm vào axit sulfuric 4,88 M trong điều kiện tiềm năng không đổi Một lần nữa, những điều kiện này không đại diện cho những điều kiện mà ắc quy tàu ngầm đã trải qua và do đó, kết quả của nghiên cứu này có thể không chỉ ra những điều kiện cho ứng dụng dự kiến
Julian và cộng sự đã tiến hành một nghiên cứu [17] về hợp kim chì- canxi-thiếc Nghiên cứu này dựa trên thử nghiệm ăn mòn trong 1,27 giây axit sulfuric ở 75 o C ở quá điện thế 200mV (tức là 1350mV so với SCE (Hg2Cl2)) trong 20 ngày Các sản phẩm ăn mòn được loại bỏ trong dung dịch etanol- hydrazinium hydroxit và sau đó được phân tích Một lần nữa, thử nghiệm tốc độ ăn mòn được thực hiện trong điều kiện thế không đổi Hơn nữa, vòng quay của điện cực trong quá trình thử nghiệm ăn mòn không được thực hiện Mức độ liên quan của điều này được nêu trong phần đánh giá nghiên cứu của Furukawa ở trên Julian cũng tuyên bố rằng gần đây người ta cho rằng chỉ riêng thiếc trong hợp kim là không đủ và cần thêm một nguyên tố Ông kết luận rằng việc bổ sung bari vào hợp kim chì-canxi-thiếc đã cải thiện các tính chất cơ học và hành vi ăn mòn và giữ cho các đặc tính này ổn định vì đã ngăn chặn được quá trình lão hóa Kết luận này được rút ra đối với hợp kim chì- canxi-thiếc, không phải hợp kim chì-thiếc đơn lẻ Do đó, kết luận này có thể không chính xác đối với hợp kim chì-thiếc nhị phân
1.2.2 Một số loại phụ gia sử dụng trong ắc quy chì-axit
1.2.2.1 Phụ gia trên điện cực Ăc quy chì-axit hoạt động với công suất lớn sẽ gây ra quá trình sulfat hóa điện cực âm sớm và dẫn đến hỏng pin Vấn đề này đã được giải quyết một cách hiệu quả thông qua việc đưa các vật liệu carbon khác nhau vào điện cực âm, kết quả là một hệ thống lưu trữ năng lượng mới được gọi là pin “Chì- Carbon” được sản xuất [18], [19]
Lam và cộng sự làm việc trong công ty Furukawa của Nhật Bản đã chế tạo ắc quy carbon-chì 42 V cho ô tô [20], [21] Kết quả thử nghiệm cho thấy tuổi thọ của ắc quy dưới hoạt động cống suất cao lâu gấp 4 lần so với ắc quy chì-axit thông thường Điều này chỉ ra rằng pin carbon chì có triển vọng ứng dụng tốt trong các xe điện cỡ nhỏ hoặc vừa
Việc cải thiện tuổi thọ chu kỳ của điện cực âm dẫn đến vấn đề nổi bật gây ra bởi hệ số sử dụng thấp, sự thoái hóa và rơi rụng của vật liệu hoạt tính trong điện cực dương [21] Vì vậy, làm thế nào để cải thiện hiệu suất của điện cực dương là rất quan trọng đối với LAB, nó liên quan trực tiếp đến việc cải thiện hiệu suất của toàn bộ ắc quy Để giải quyết các vấn đề về điện cực dương, nhiều nhà nghiên cứu đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu để cải thiện hiệu suất của điện cực dương của pin Người ta thấy rằng hiệu suất tổng thể của pin có thể được cải thiện đáng kể với việc sử dụng các chất phụ gia trong điện cực dương phù hợp Các chất phụ gia, chẳng hạn như phụ gia dẫn điện, phụ gia xốp, phụ gia tạo mầm và phụ gia kết dính, được sử dụng để nâng cao tính năng hoạt tính vật liệu bằng cách thay đổi (i) độ dẫn điện, (ii) độ xốp,
(iii) hình thái và hình học tinh thể, và (iv ) độ bền cơ học [22] Để làm sáng tỏ vai trò của các chất phụ gia trong bản cực, các nghiên cứu đã tập trung vào ảnh hưởng của chất phụ gia cacbon lên bản cực âm, trong khi tác động của chúng lên bản cực dương chưa được nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên, việc phát triển điện cực dương của LAB còn khá thiếu trong tài liệu và có thể cung cấp phạm vi nghiên cứu để phát triển thêm với việc bổ sung các chất phụ gia gốc cacbon Thứ nhất, vật liệu carbon giá rẻ với các đặc tính điện dung vượt trội có thể nâng cao hiệu suất điện hóa và giảm thiểu các đặc tính truyền và khuếch tán điện tích Gần đây, sợi carbon (0,5 wt%) và diện tích bề mặt riêng lớn trong chất hoạt động điện cực dương, hiệu suất của pin được cải thiện, có thể là do tính chất dẫn điện, độ bền cơ học cao và giảm sự mềm và rơi rụng của vật liệu hoạt động [23], [24] Hơn nữa, ống nano cacbon được chức năng hóa với các tác nhân bề mặt phản ứng (nhóm cacboxyl ưa nước) có thể nâng cao các đặc tính của việc sử dụng hoạt chất và cải thiện độ dính và thấm ướt khối lượng Phụ gia cacbon trong chất hoạt động điện cực dương nói chung sẽ cải thiện độ dẫn dòng điện và tạo ra dòng tải đơn giản hóa cấu trúc khung Có thể coi rằng việc bổ sung vật liệu carbon sẽ tăng cường độ dẫn điện tổng thể, phân phối dòng điện tích và phóng điện trên các bản cực của LAB, ức chế sự phát triển của các tinh thể chì sunfat vĩnh viễn, và do đó làm tăng chu kì tuổi thọ của LAB Các báo cáo bổ sung về việc bổ sung cacbon vào chất hoạt động điện cực dương với các chất phụ gia graphit trong hoạt chất trải qua quá trình xen kẽ trong quá trình vận hành pin dẫn đến sự thay đổi kích thước hạt vật liệu hoạt động Ngoài ra, sự thay đổi tính chất bề mặt của vật liệu hoạt động có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự khuếch tán dung dịch H2SO4 vào bên trong điện cực và làm giảm sự phân cực nồng độ, dẫn đến các phản ứng hóa học đồng nhất và hiệu quả Nguyên nhân tích cực của sự tăng cường quan sát được có liên quan đến sự hình thành các mạng cục bộ đồng đều và phân bố tốt khi có mặt vật liệu phụ gia cacbon trong bề mặt điện cực, cung cấp sự phân bố dòng điện đồng đều trong khối lượng hoạt động của chất hoạt động điện cực dương
1.2.2.2 Phụ gia cho chất điện ly
Các phản ứng của ắc quy chì-axit xảy ra trong dung dịch chất điện ly, nếu như thêm vào đó chất phụ gia thích hợp sẽ có tác động tích cực đến các quá trình điện cực cũng làm tăng tuổi thọ ắc quy: hạn chế sự sulphat hóa bản cực, giảm ăn mòn sườn cực, giảm thoát khí hydro [25], [26] Phụ gia cho chất điện ly gồm nhiều loại: phụ gia vô cơ, phụ gia hữu cơ, cacbon thể vẩn
Phụ gia vô cơ Các loại phụ gia vô cơ cho dung dịch điện ly của ắc quy chì-axit đã được nghiên cứu tương đối nhiều Một số loại phụ gia hay được sử dụng nhất phải kể đến như H3PO4, H3BO3, axit Citric, các muối sunphat của
H3PO4 có tác dụng tăng tuổi thọ, giảm sunphat hóa, tăng quá thế thoát oxy và hydro nhưng lại có nhược điểm làm giảm tuổi thọ ắc quy [27], [28]
H3PO3 ức chế sulphat hóa giảm tự phóng điện của điện cực PbO2 nhưng lại làm tăng tốc độ thoát khí oxy và hydro [29] Axit Citric tác động có lợi cho phóng/nạp, giảm tự phóng nhưng tăng tốc độ thoát khí oxy và hydro [30] Các muối sunphat của Sn, Al, Na, Li giúp cải thiện khả năng nạp lại sau khi phóng sâu, cải thiện độ dẫn điện của pha PbO2, giảm kích thước tinh thể của vật liệu hoạt động, tăng tốc độ khử PbSO4 tuy nhiên lại gây ra ăn mòn sườn cực nhanh [31], [32]
ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
Hóa chất, dụng cụ
- Hoá chất được sử dụng trong quá trình thí nghiệm gồm hoá chất cho phân tích của hãng Merck và Xilong - Trung Quốc: axeton, etanol, cloroform, benzen, nước deion, H2SO4
- Keo epoxy 2 thành phần loại trong suốt
- Chì 98%, đồng sạch kỹ thuật, giấy ráp 600, 1000, 2000
- Thiết bị, dụng cụ: máy siêu âm (500 w, 20 kHz), Sonic - USA; máy khuấy từ MS300HS - Hàn quốc; tủ sấy chân không, máy ly tâm Dung cụ thuỷ tinh dùng trong phòng thí nghiệm.
Một số kỹ thuật sử dụng
2.2.1 Chuẩn bị mẫu chụp ảnh SEM và đo EDS
- Với mẫu đo chiều dày lớp mạ: mẫu sườn cực âm đo chiều dày lớp mạ được cắt với kích thước 5x5 mm, dùng khuôn trụ tròn dán cố định đáy trên miếng nhựa phẳng, dán băng dính kín mặt cần đo, dùng kẹp giữ cố định mẫu trong khuôn sao cho mặt cần đo vuông góc với đáy, sau đó đổ keo epoxy đầy khuôn để cố định mẫu, sấy nhẹ mẫu trong 4 giờ để keo khô hoàn toàn Xé bỏ lớp băng dính, dùng giấp ráp loại 1000 mài nhẵn phằng bề mặt đo, sau đó dùng giấy ráp 2000 làm sạch tinh, rửa lại bề mặt bằng cồn, sau đó là bằng nước cất, để khô và tiến hành đo mẫu
- Với mẫu chất hoạt động điện cực: đối với chất hoạt động điện cực âm và điện cực dương đều tiến hành các bước sau: dùng dao tách mẫu chất hoạt động điện cực ra khỏi sườn cực, rửa nhiều lần bằng nước cất cho sạch axit, cho mẫu vào cốc nước cất và đưa vào rung siêu âm trong 15 phút sau đó lấy ra rửa sạch lại bằng nước cất, để khô tự nhiên và tiến hành đo mẫu
- Các mẫu đo EDX chỉ tiến hành làm sạch axit bằng nước, riêng với hai mẫu sườn cực sử dụng giấy ráp mịn đánh sạch bề mặt và rửa sạch bằng etanol sau đó là nước cất rồi sấy khô và tiến hành đo
2.2.2 Chuẩn bị mẫu đo huỳnh quang tia X
- Chuẩn bị mẫu vật liệu sườn cực dương: Dùng thìa sắt lấy hóa chất, loại bỏ hết lớp chất hoạt động trên sườn cực dương, dùng giấy ráp thô đánh sạch bề mặt sườn cực, rửa lại sườn cực bằng etanol tinh khiết sau đó là bằng nước cất Dùng kéo cắt 10 gam sườn cực đã làm sạch cho vào chén nung, dùng đèn khò nung chảy sườn cực trong chén, sau đó đổ ra khuôn phẳng rồi cán lại cho phẳng với chiều dày mẫu 1 mm
- Chuẩn bị mẫu lõi đồng sườn âm: dùng thìa sắt lấy hóa chất cạo sạch phần cao âm bám trên sườn cực âm, cán lại lưới cho phẳng, dùng giấy ráp đánh sạch bề mặt sườn cực cho đến khi lộ hoàn toàn lớp lõi đồng, rửa sạch lưới đồng bằng etanol tinh khiết sau đó là nước cất, ép sát các thanh lưới đồng lại sau đó cán tạo mẫu phẳng chiều dày 0.5 mm, dùng máy mài ,mài nhẵn bề mặt và rửa sạch bằng etanol tinh khiết, sau đó là nước cất
2.2.3 Chuẩn bị mẫu chụp phổ IR
- Với các mẫu chất hoạt động chỉ tiến hành rửa sạch axit bằng nước cất sau đó để khô tự nhiên rồi tiến hành đo mẫu
- Với mẫu vỏ cực dương: cạo sạch phần chất hoạt động bám trên vỏ, rửa sạch axit bằng nước cất, cho mẫu vào cốc nước cất, rung siêu âm trong 15 phút để loại bỏ sạch phần cao cực dương còn sót lại, sau đó rửa lại bằng nước cất để khô và tiến hành đo mẫu
- Với mẫu vỏ bình, tấm lá cách chỉ tiến hành rửa thật kỹ bằng nước cất để khô là có thể tiến hành đo
- Riêng với mẫu cao su, để loại bỏ một số thành phần phụ gây nhiễu phổ tiến hành kỹ thuật chiết soxhlet theo sơ đồ hình 2.1: Lấy 15 gam mẫu cao su, rửa sạch bằng nước cất, sấy khô sau đó cắt nhỏ cho vào bình cất, đổ 200 ml dung môi axeton và chiết trong 4 giờ ,tách bỏ phần hòa tan và thu lấy cao su còn lại, rửa sạch để khô và tiến hành đo mẫu
Hình 2.1 Sơ đồ chiết mẫu cao su.
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF)
Thành phần nguyên tố của mẫu vật liệu lõi sườn cực âm và sườn cực dương được xác định bằng phương pháp XRF trên thiết bị EPSILON 3 XLE , PANalytical-Hà Lan tại Viện Hóa học-Vật liệu, Viện Khoa học và công nghệ quân sự
2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Sử dụng máy nhiễu xạ Rơnghen, nguồn phát xạ CuKα, kính lọc tinh thể đơn màu, đệm chuẩn bằng Al2O3 để phân tích cấu trúc mạng tinh thể các mẫu vật liệu sườn cực và các chất hoạt động điện cực dương và âm được trên thiết bị nhiễu xạ Rơnghen PANalytical (Hà Lan) tại khoa Hóa học/Đại học Khoa học tự nhiên/Đại học Quốc gia Hà Nội
2.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Xác định thành phần, nhóm vật liệu hoạt động điện cực âm, dương, vật liệu lá cách, vỏ cực dương, túi cao su, vỏ bình ắc quy bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại trên thiết bị quang phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier FT – IR Bruker Optics/ Đức Tensor II tại Viện Hóa học-Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
2.3.4 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét
Cấu trúc của vật liệu và thành phần nguyên tố được khảo sát bằng phương pháp SEM-EDX trên thiết bị Jeol 6610A (Nhật Bản) tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự
2.3.5 Phương pháp quang phổ Raman
Thành phần cao cực âm được xác định bằng phương pháp quang phổ raman trên kính hiển vi DXR3 Raman microscope, Thermo scientific, Mỹ tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Phân tích tấm cực âm
Bảng 3.1 Những thông số chính của mẫu ắc quy dung lượng cao
Số lượng bản cực dương
Số lượng bản cực âm
3.2 Phân tích tấm cực âm
3.2.1 Phân tích cấu tạo của tấm cực âm Điện cực âm trong ắc quy của mẫu là điện cực dạng phẳng (hình 3.2) với các thông số như sau:
1 Số lượng bản cực 18
2 Kích thước (Dài x Rộng x dày) tính cả cao, mm 385 x 142 x 4,5
3 Kích thước (Dài x Rộng x dày) không tính cao, mm 385 x 140 x 0,3
4 Khối lượng bột cao trên một tấm, g ~ 1150 a b c
Hình 3.2 Bản cực âm của ắc quy: a- Tấm cực âm, b – Sườn cực, c-tai cực
Sườn cực (hình 3.2-b) đóng vai trò dẫn điện và là khung giữ cho chất hoạt động điện cực Sườn cực âm được thiết kế là lưới dạng mắt cáo dày 0,8 chỗ rộng nhất 2 mm Do sườn cực không tham gia vào các quá trình điện cực nên được thiết kế giảm tối đa khối lượng để tăng năng lượng riêng của ắc quy nhưng vẫn phải có độ bền cơ học để giữ cả điện cực, đồng thời phải dẫn điện tốt, giảm tối đa tiêu hao của dòng Với các ắc quy nhỏ thì hợp kim chì thích hợp làm sườn cực âm Tuy nhiên, với ắc quy dung lượng lớn, hợp kim chì không chịu được tải trọng của khối chất hoạt động do đó phải sử dụng lưới lõi đồng bên ngoài được phủ chì Thành phần cụ thể sẽ nghiên cứu trong phần tiếp theo
Phần lưới sườn cực mỏng hơn viền khung nhằm làm tăng năng lượng riêng cho điện cực, các mắt lưới có dạng vát với bề mặt nghiêng 8-12° có hai tác dụng: thứ nhất giúp cho tăng khối lượng chất hoạt động và để chất hoạt động bám chắc hơn vào khung lưới sườn cực làm tăng độ bền rung sóc của điện cực, thứ hai là giảm tiết diện các đoạn giao nhau giữa các mắt lưới từ đó giảm tổn thất điện trở nhất là trong quá trình phóng của ắc quy, cũng làm giảm độ tụt áp trên điện cực từ trên xuống dưới Chiều rộng mắt lưới là 8 mm Trong Patent RU 2271055C2 [43] đã phân tích rằng nếu chiều rộng mắt lưới lớn hơn 1,2 mm thì khả năng giữ chất hoạt động kém làm giảm độ bền chống rung sóc của điện cực; nếu mắt lưới nhỏ hơn 6 mm gây ra tổn thất điện trở lớn làm giảm điện lượng riêng của ắc quy
Phần tai cực bằng chì, dày 12 mm, một đầu được hàn với khung lưới sườn cực, một đầu được hàn vào phần gối đỡ cực có ống làm mát bằng đồng bên trong Phần tai cực cũng không làm thành tấm liền để giảm khối lượng cũng như tổn thất năng lượng cho ắc quy
Phần chất hoạt động cực âm (cao cực âm) là chất rắn màu đen được dán chặt lên trên sườn cực với chiều dày cả hai phía là 2,8 mm Cao cực âm được trát kín hoàn toàn sườn cực có độ xốp nhất định để có thể thấm dung dịch điện phân
Như vậy, với phân tích cấu tạo như trên, sườn cực âm khả năng cao không chế tạo theo phương pháp đúc truyền thống như với hợp kim chì mà trước hết được tạo hình theo phương pháp dập tấm đồng sau đó mới mạ chì bên ngoài
3.2.2 Phân tích thành phần vật liệu của điện cực âm
3.2.2.1 Phân tích thành phần vật liệu của sườn cực âm
Mẫu sườn cực âm được làm sạch cơ học nhẹ bằng giấy giáp cỡ 2000 được phân tích thành phần bằng phương pháp XRD Trên giản đồ XRD (hình
3.3) cho thấy đối với sườn cực âm của ắc quy mẫu cho các peak cực đại lần lượt tại các giá trị 2θ là 31.37; 36.36, 52.33, 62.25, 65.35; các giá trị này trùng khớp với các peak khi so sánh với phổ chuẩn của tinh thể chì dạng cubic lần lượt tương ứng với các mặt cơ sở (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), (3 1 1), (2 2 2) Từ các giá trị khoảng cách mặt tính được theo phương trình Braag: λ = 2dhklsinθ áp dụng công thức để tính thông số mạng tinh thể đối với cubic:
Trong đó: d – Khoảng cách giữa 2 mặt song song của 2 tinh thể liền kề; h, k ,l – chỉ số mặt phẳng mạng; a - thông số mạng của tinh thể, λ – bước sóng của tia X; θ: góc nhiễu xạ
Các kết quả thu được tổng kết trong bảng 3.2
00-004-0686 (*) - Lead, syn - Pb - Y: 100.59 % - d x by: 1 - WL: 1.5406 - Cubic - a 4.95060 - b 4.95060 - c 4.95060 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 4 - 121.331 - F13= 67(0.01 NamKTQS Suon am AQ - File: NamKTQS Suon am AQ.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 9.858 ° - End: 69.883 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta: 9.858 ° - Theta: 5.000 °
Hình 3.3 Phổ XRD của sườn cực âm
Bảng 3.2 Các thông số mạng của tinh thể Pb cubic sườn âm từ phổ XRD
Giá trị thông số mạng thu được từ bảng 3.2 cho thấy tinh thể chì trên sườn cực âm có kích thước tương đối nhỏ so với tinh thể thu được bằng phương pháp đúc, tương đồng với kích thước tinh thể thu được từ phương pháp mạ điện [44] Thành phần nguyên tố lớp bề mặt được xác định bằng phương pháp EDS, kết quả thể hiện trên hình 3.4
Hình 3.4 Thành phần nguyên tố trên lớp mạ sườn cực âm
Từ kết quả hình 3.4 cho thấy lớp phủ bên ngoài lõi đồng của sườn cực âm là lớp chì không chứa các kim loại khác, nguyên tố O xuất hiện từ thành phần của oxit chì, C là thành phần trong cao âm có tác dụng tăng độ dẫn còn sót lại trong quá trình làm sạch Thông thường nếu không sử dụng lõi đồng, trong các sườn cực ắc quy khác chế tạo theo phương pháp đúc; để tăng tính đúc của chì người ta hay sử dụng các hợp kim của chì với antimon hoặc chì canxi Sự vắng mặt của các kim loại khác trong thành phần cũng khẳng định chắc hơn về phương án mạ sườn cực thay cho đúc
Tiếp theo tiến hành mài hết lớp phủ chì trên bề mặt và phân tích phần lõi đồng của sườn âm Cấu trúc tinh thể của đồng được đánh giá bằng phương pháp XRD, kết quả thể hiện trên phổ hình 3.5
Hình 3.5 Phổ XRD của lõi sườn cực âm
Trên phổ hình 3.5 chỉ xuất hiện các peak đặc trưng của đồng tại các giá trị 2θ lần lượt tại 43.36, 50.46, 74.09, 89.80, các giá trị này trùng khớp với các peak khi so sánh với phổ chuẩn của tinh thể đồng dạng cubic lần lượt tương ứng với các mặt cơ sở (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), (3 1 1) Tương tự như trên tính được các thông số mạng của tinh thể đồng trên mẫu sườn cực
Bảng 3.3 Các thông số mạng của tinh thể Cu cubic sườn âm từ phổ XRD
4 89.80 3 1 1 1.0922 3.6077 Để chính xác hóa mác đồng sử dụng phương pháp quang phổ phát xạ
(XRF) phân tích thành phần vật liệu, thành phần thu được đưa vào bảng 3.4
Bảng 3.4 Kết quả phân tích thành phần hóa học của lõi sườn cực âm
Zn Pb Sn P Mn Fe Ni Si Mg
Cr As Sb Cd Bi Ag Al S Cu
Zn Pb Sn P Mn Fe Ni Si Mg
Cr As Sb Cd Bi Ag Al S Cu
Từ số liệu thu được về thành phần vật liệu lõi đồng trong điện cực âm cho thấy độ tương đồng cao với loại đồng sạch kỹ thuật Cu99,90 theo TCVN
1659-75 của Việt Nam và tương đương với đồng mác M1 của Nga theo
Tổ chức tế vi của đồng được khảo sát dưới kính hiển vi quang học cho kết quả như hình 3.6 x 100 x 500
Hình 3.6 Tổ chức tế vi của lõi đồng sườn cực âm
Quan sát ảnh dưới kính hiển vi quang học của lõi đồng trong sườn cực âm cho thấy các tinh thể có cấu trúc song tinh, tổ chức tế vi đồng đều Đây là cấu trúc thường thấy của đồng sau quá trình ủ nhiệt Như vậy, khả năng lõi đồng đã được ủ nhiệt trước khi gia công để tăng tính cơ lý và dễ dàng hơn cho quá trình gia công
Do cấu tạo của sườn cực dạng lưới không thể xác định chiều dày lớp mạ chì theo các phương pháp thông thường nên trong luận văn sử dụng phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) để xác định tương đối chiều dày lớp mạ (hình 3.7)
Hình 3.7 Ảnh SEM xác định chiều dày lớp mạ chì
Phân tích tấm cực dương
3.3.1 Phân tích cấu tạo tấm cực dương Điện cực dương trong ắc quy của là điện cực dạng ống (hình 3.13) với các thông số như sau:
1 Số lượng bản cực 17
2 Kích thước (Dài x Rộng x dày), mm 385 x 142 x 10
3 Số lượng tăm sườn cực trên 1 tấm 14
4 Khối lượng bột cao trong 1 ống, g ~ 1550
Hình 3.13 Bản cực dương của ắc quy: a- Tấm cực dương, b – Sườn cực, c-tai cực
Tấm cực dương được chế tạo theo dạng ống Chất hoạt động điện cực dương dạng ống được bọc trong các ống chứa hình trụ riêng biệt dưới dạng ống dệt; các ống được nối song song, thông qua một thanh trên cùng, để tạo thành một tấm Các ống được thiết kế trên cơ sở dạng mặt cắt tròn, đáy được bịt bằng nút nhựa Mỗi bản cực gồm 14 ống, mỗi ống đường kính 9 mm, phần vỏ ống dệt liền với nhau Như đã phân tích ở trên, thiết kế của điện cực ống đã cải thiện được một số đặc điểm sau của điện cực tấm: một là, giảm được phần khối lượng sườn cực tăng thêm khối lượng chất hoạt động điện cực từ đó tăng dung lượng của ắc quy; thứ hai, điện cực dạng ống có vỏ và nút giữ ở dưới giúp cho chất hoạt động không bị rữa ra trong quá trình sử dụng nhờ đó mà tăng tuổi thọ của ắc quy và tránh được các trường hợp chập điện do lớp chất hoạt động bị rữa từ bản cực lắng xuống đáy ắc quy
Sườn cực là các thanh mảnh dài bố trí chính giữa và dọc theo các ống, đường kính sườn cực bằng 3 mm, một đầu hàn với thanh đỡ cực tương tự như cực âm Khác với sườn cực âm phải giữ chất hoạt động, sườn cực dương chủ yếu đóng vai trò dẫn điện nên không yêu cầu phải quá bền về mặt cơ tính do vậy không cần phải chế tạo nhiều lớp như với sườn cực âm mà chỉ là một thanh hợp kim chì (thành phần cụ thể sẽ nghiên cứu ở phần tiếp theo) Tuy nhiên, do chiều dài của sườn cực lớn nên để tăng tính bền và khả dẫn điện vào khối chất hoạt động người ta tạo ra các mấu xen kẽ nhau ở hai phía cách đều nhau 100 mm dọc theo thân sườn cực
Phần tai cực bằng chì, dày 12 mm, một đầu được hàn với khung lưới sườn cực, một đầu được hàn vào phần gối đỡ cực có ống làm mát bằng đồng bên trong Phần tai cực cũng không làm thành tấm liền để giảm khối lượng cũng như tổn thất năng lượng cho ắc quy
Cao cực âm là bột màu nâu đỏ, được nhồi chặt đầy trong mỗi ống của điện cực và bám chặt lên sườn cực có độ xốp
3.3.2 Phân tích thành phần vật liệu của điện cực dương
3.3.2.1 Phân tích thành phần vật liệu của sườn cực dương
Mẫu sườn cực dương được làm sạch cơ học nhẹ bằng giấy giáp cỡ 2000, cán phẳng được phân tích thành phần bằng phương pháp XRD Trên giản đồ XRD (hình 3.14) cho thấy đối với sườn cực dương của ắc quy mẫu cho các peak cực đại lần lượt tại các giá trị 2θ là 31.26; 36.30, 52.24, 62.17, 65.21; các giá trị này phù hợp với các peak khi so sánh với phổ chuẩn của tinh thể chì dạng cubic lần lượt tương ứng với các mặt cơ sở (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0),
(3 1 1), (2 2 2) Tính toán tương tự như đã tiến hành với sườn cực âm thu được các thông số như trong bảng 3.6
Bảng 3.6 Các thông số mạng của tinh thể Pb cubic sườn dương từ phổ XRD
00-004-0686 (*) - Lead, syn - Pb - Y: 100.23 % - d x by: 1 - WL: 1.5406 - Cubic - a 4.95060 - b 4.95060 - c 4.95060 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centered - Fm-3m (225) - 4 - 121.331 - F13= 67(0.01 NamKTQS Suon duong AQ - File: NamKTQS Suon duong AQ.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 9.917 ° - End: 69.932 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta: 9.917 ° - Theta: 5
Hình 3.14 Phổ XRD của sườn cực dương
Thông thường nếu sườn cực bằng chì thì sẽ sử dụng hợp kim của chì antimon hoặc chì canxi để tăng tính đúc Trên phổ XRD nếu hàm lượng trong hợp kim quá thấp cũng sẽ không phản ánh được trên giản đồ Để làm rõ hơn thành phần sườn cực dương sử dụng phương pháp EDS Sườn cực được cạo sạch lớp cao bám bên ngoài và đánh bề mặt bằng giấy ráp loại 1000 sau đó đem đi phân tích Kết quả được thể hiện trên hình 3.15 Tại các vị tri khác nhau của sườn cực dương đều cho kết quả thành phần chính gồm có Pb và Sb Trong đó, hàm lượng antimon trung bình khoảng 2% Oxi là thành phần trong oxit chì từ bột cao, chiếm tỷ lệ tương đối cao bởi thành phần chủ yếu của cao dương là chì (II) oxit Việc xuất hiện antimon trong thành phần sườn cực dương cũng cho phép dự đoán về phương pháp chế tạo sườn cực là phương pháp đúc nóng chảy
Hình 3.15 Phổ EDS của sườn cực dương
Trước đây, trong hợp kim Pb-Sb chế tạo sườn cực dương có thể chứa tới
11-13% antimon [46] Tuy nhiên, sau này các nghiên cứu đã chứng minh rằng khi hàm lượng Sb cao, sự dịch chuyển Sb từ cực dương sang cực âm nhiều hơn tạo ra nhiều điểm phóng điện cục bộ trên cực âm gây ra hiện tượng quá nhiệt, tiêu thụ mức nước nhiều và nguy cơ cháy nổ cao [5], [15] Ngoài ra, cũng do tính độc của antimon mà càng ngày hàm lượng trong hợp kim chì càng được tối giảm Đến nay, thông thường, trong ắc quy chì axit, hàm lượng antimon trong hợp kim dao động trong khoảng 1-3% Đối với loại ắc quy nhỏ, người ta thường sử dụng hợp kim với hàm lượng antimon dưới 1% Tuy nhiêm, do chiều dài của tăm sườn cực khá lớn nên để hạn chế hỏng hóc trong quá trình đúc đã sử dụng đến 2% antimon để tăng tính chất cơ lý của sườn cực
[47] giảm tỷ lệ cong, gãy trong quá trình điền đầy cao Để làm rõ hơn thành phần của hợp kim sử dụng phép phân tích phổ huỳnh quang tia X (XRF) Mẫu sườn cực dương được làm sạch cao bằng giấy giáp thô 600, nấu chảy và đổ thành miếng, cán thành tấm phẳng, dùng giấy giáp độ nhám 2000 làm sạch bề mặt và chụp phổ XRF Kết quả thu được tổng hợp vào bảng 3.7, phổ huỳnh quang tia X thể hiện trên hình 3.16
Hình 3.16 Phổ XRF của sườn cực dương
Bảng 3.7 Thành phần nguyên tố của sườn cực dương
Al P Sc Ti Cr Fe Ni Cu Zn
Ga Rb Zr Ag Cd Sn Sb Te Ce
Yb Re Ir Hg Pb
Kết quả trên bảng 3.7 cho thấy, sườn cực dương là hợp kim chì-antimon
Sự xuất hiện của bạc với tỷ lệ cao là do ảnh hưởng từ bộ lọc nền bạc của bản thân thiết bị XRF Sự có mặt của sắt và crom hàm lượng khá cao một phần do bị lẫn tạp chất trong quá trình gia công cán ép tạo mẫu Vì vậy mà những thành phần này không xuất hiện trên phổ EDS Do những ảnh hưởng đó làm cho hàm lượng của chì và Sb đều bị giảm đi
Tổng hợp các kết quả trên có thể khẳng định được, sườn cực dương của ắc quy mẫu chế tạo từ hợp kim chì-antimon với hàm lượng antimon lớn hơn 1%, và sử dụng phương pháp đúc để tạo hình
3.3.2.2 Phân tích vật liệu hoạt động điện cực dương
Thành phần chính của cao cực dương thường là bột chì đỏ (chì dioxit) Để xác định thành phần nguyên tố cao cực dương trước tiên sử dụng phương pháp EDS, kết quả thể hiện trên hình 3.17 Mẫu vật liệu hoạt động được tách ra khỏi sườn cực, rửa lại bằng nước cất cho hết axit sau đó sấy khô ở nhiệt độ thường rồi đem đi phân tích
Hình 3.17 Phổ EDX của cao cực dương
Kết quả thu được từ các vị trí khác nhau của cao cực dương cho thấy thành phần nguyên tố chính trong cao cực dương là Pb, O, Al, C Kết quả này tương hợp cao với các hợp chất trong cao cực dương gồm chì dioxit, oxit nhôm Với cacbon, cũng như ở cao âm, có khả năng từ hai nguồn gốc là bột cacbon hay từ các phụ gia hữu cơ Để làm rõ hơn thành phần chất của cao dương, tiến hành phân tích phổ
01-082-1855 (C) - Lead Sulfate - Pb(SO4) - Y: 7.45 % - d x by: 1 - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 8.47970 - b 5.39700 - c 6.95900 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pnma (62) - 4 - 318.478 - I/Ic PD 00-041-1492 (*) - Plattnerite, syn - PbO2 - Y: 94.72 % - d x by: 1 - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.95640 - b 4.95640 - c 3.38770 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - 2 - 83.2219 - I/Ic P NamKTQS Cao duong AQ - File: NamKTQS Cao duong AQ.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 1 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5
Hình 3.18 Phổ XRD của cao cực dương
Trên phổ XRD xuất hiện 2 nhóm peak phù hợp với phổ chuẩn: thứ nhất là nhóm peak với các dải màu đỏ có vị trí góc nhiễu xạ tương ứng với phổ chuẩn của PbO2 dạng tetraganal gồm nhiều peak với cường độ peak lớn chân peak hẹp cho thấy mức độ cấu trúc tinh thể bậc cao, nhóm thứ hai ứng với các dải màu xanh dương gồm các có vị trí góc nhiễu xạ tương đồng với PbSO4 dạng orthorhombic, các peak của nhóm này có cường độ peak nhỏ khả năng cao là do hàm lượng thấp của PbSO4 Đối với tinh thể dạng tetragonal các thông số mạng được tính theo công thức:
Từ các thông số thu được từ phổ XRD hình 3.17, tính toán được các thông số mạng của tinh thể PbSO4 và PbO2, kết quả được tổng hợp vào bảng 3.8
Bảng 3.8 Các thông số mạng của tinh thể PbO2 tetraganal và PbSO4 orthorhombic
Phân tích một số bộ phận khác
3.4.1 Phân tích tấm lá cách
Tấm là cách có tác dụng ngăn cách tiếp xúc giữa các cực dương và các cực âm Về cấu tạo, tấm lá được tạo hình dạng tấm theo điện cực nhưng có kích thước lớn hơn (400x150x2.45) để đảm bảo ngăn cách hoàn toàn các tấm cực (hình 3.21)
Quan sát trên hình 3.21 nhận thấy rằng, ở hai mặt của tấm lá cách được tạo hình các đường gân nhô lên Với mặt tiếp xúc với cực âm, các gân này xếp dày hơn, còn mặt tiếp xúc với cực dương các gân này xếp đặt thưa hơn Mục đích các đường gân được tạo ra là để các bản cực không bị ép quá sát với tấm lá cách, để có không gian trống cho chất điện phân Do điện cực âm có dạng tấm bề mặt phẳng nên cần các đường gân dày hơn mới có nhiều khoảng trống cho chất điện ly, với điện cực dương dạng ống, bề mặt điện cực có độ cong và có các khe giữa các ống nên không cần làm các đường gân dày vẫn có được khoảng trống cho chất điện phân a b
Hình 3.21 Tấm lá cách của ắc quy : a-Mặt cực dương; b-Mặt cực âm
Thành phần chính của tấm lá cách được phân tích bằng phương pháp IR
Hình 3.22 Phổ IR của tấm lá cách
Phân tích từ phổ hình 3.22 nhận thấy rằng, xuất hiện các peak tại số sóng
1711 và 1605 cm -1 cho thấy sự có mặt của các dao động kéo dãn của liên kết C=O và C=C Các peak ở số sóng 1476 và 1454 cm -1 với cường độ trung bình là đặc trưng của dao động không đối xứng của nhóm CH3, tại số sóng 721 cm -1 peak cường độ trung bình đặc trưng cho liên kết δCH trong nhóm CH2-
Tại số sóng 880 cm -1 peak cường độ nhỏ đặc trưng cho liên kết δCH trong mặt phẳng RR’C=CH2 Tại số sóng 1648 cũng xuất hiện 1 peak đặc trưng cho liên kết hóa trị C=C thuộc nhóm vinyl Đỉnh peak tại số sóng 1095 cm -1 đặc trưng cho dao động giãn dài không đối xứng Si-O-Si
Kết hợp tất cả các dữ liệu trên có thể đưa ra giả thuyết có khả năng lớn nhất là tấm lá cách của ắc quy được chế tạo trên cơ sở polyeste được bổ sung phụ gia nanosilica để tăng khả năng chịu nhiệt, chịu hóa chất
3.4.2 Phân tích túi cao su
Do kích thước lớn của ắc quy để đảm bảo an toàn về khả năng rò rỉ axit khi sử dụng và di chuyển, bên trong loại ắc quy được sử dụng một túi cao su để chứa tất cả khối điện cực và chất điện phân Để làm rõ thành phần của loại cao su này sử dụng phương pháp phổ hồng ngoại xác định thành phần của cao su
Hình 3.23 Phổ IR của túi cao su trong ắc quy
Phổ IR của mẫu cao su cho thấy thành phần tương đối phức tạp của loại cao su này Hai peak nằm gần nhau tại số sóng 2912 và 2844 cm -1 thể hiện sự có mặt của dao động đối xứng và không đối xứng của liên kết C-H trong nhóm -CH2- Tại số sóng 1740 cm -1 đặc trưng cho liên kết C=O trong nhóm chức andehit no không vòng -СH2-CHO Tại khoảng số sóng 1649 cm -1 một peak đặc tưng cho dao động của liên kết hóa trị C=C ở vị trí cuối mạch Peak tại số sóng 1602 cm -1 là đặc trưng của dao động liên kết C=C trong butadien 1,3 Nếu như tại số sóng 1227 cm -1 đặc trưng cho dao động biến dạng liên kết C-H trong mặt phẳng của vòng thơm thế tại vị trí 2,4 thì tại các số sóng 813 và 750 lại đặc trưng cho dao động của liên kết C-H biến dạng ngoài mặt phẳng vòng thơm thế tại vị trí 1,3; trong khi đó peak tại số sóng 1369 cm -1 lại thể hiện sự có mặt của liên kết δC-H trong nhóm C(CH3)2 Các peak tại các số sóng 1277 và 1061 cm -1 đều cho thấy sự có mặt của liên kết C-O-C trong đó ở
1277 cm -1 là liên kết với vòng thơm
Do mẫu cao su nguyên bản có thành phần rất phức tạp, rất có khả năng vẫn còn thành phần của chất hóa dẻo, lưu hóa, xúc tiến trong quá trình chế tạo Để xác định được chính xác hơn loại cao su, tiến hành lấy mẫu cao su và chiết bằng phương pháp soxhlet như ở chương 2 Phần sau đó chụp lại phổ
IR Kết quả cho ra trên hình 3.24
Hình 3.24 Phổ IR của mẫu cao su sau khi chiết
Trên phổ thu được xuất hiện các peak tại các số sóng 2921, 1450 cm -1 lần lượt là dao động đặc trưng của liên kết C-H không đối xứng trong nhóm
-CH3, trong khi đó tại số sóng 2872 là dao động của C-H đối xứng trong nhóm -CH2-, tại vị trí 1376 là dao động của liên kết δC-H của nhóm C(CH3) Các peak tại số sóng 3084 và 886 cm -1 lại thể hiện dao động của liên kết C-H trong nhóm -C=CH2 Peak tại số song 1643 là dao động điển hình của liên kết hóa trị C=C Các dữ liệu trên cho khả năng suy đoán gần với cao su NR (natural rubber) hoặc EPDM (ethylene propylene diene terpolymer) Kết hợp với điều kiện làm việc của túi cao su phải chịu được môi trường axit cho thấy khả năng cao hơn sử dụng EPDM
Như vậy, các kết quả phân tích cho thấy loại cao su sử dụng làm túi đựng rất có khả năng là cao su EPDM
3.4.3 Phân tích vỏ bình ắc quy
Vỏ bình ắc quy là compozit sợi thủy tinh dạng sợi ngắn chều dày 9 mm chứa toàn bộ phần túi cao su bên trong, có tác dụng chịu lực của cả khối điện cực
Loại nhựa nền sử dụng trong compozit được xác định dựa trên phương pháp quang phổ hồng ngoại Kết quả thu được trên hình 3.25
Hình 3.25 Phổ IR của vỏ bình ắc quy
Peak tại số sóng 1722 cm -1 có cường độ lớn dải peak hẹp là đặc trưng của dao động kéo giãn trong liên kết C=O Các dải hấp thụ tại 1453 và 1381 cm -1 tương ứng với các dao động đối xứng và không đối xứng của liên kết δCH trong nhóm CH3 Dải hấp thụ tại 1585 cm -1 là dao động kéo dãn của liên kết C=C trong vòng benzen Dải hấp thụ tại số sóng 1230 cm -1 đặc trưng cho dao động kéo giãn của liên kết C-O thường thấy trong mạch epoxy [48] Peak tại số sóng 730 cm -1 đăc trưng của liên kết C-H trong mạch (-CH2-)x là nền polyme sau khi đóng rắn Các peak hấp thụ tại các số sóng 1293 và 990 cm -1 đặc trưng cho dao động C-H trong và ngoài mặt phẳng của nhóm C=CH2 Các dải hấp thụ tại vùng 1138, 1073, 762 cm -1 đặc trưng cho dao động C-H biến dạng ở trong và ngoài mặt phẳng của vòng thơm có chứa nhóm thế
Như vậy, tổng hợp các số liệu trên cho thấy nhựa nền của compozit chế tạo vỏ cho ắc quy có bản chất tương đồng với nhựa epoxy
Qua phân tích cấu tạo, thành phần vật liệu của mẫu ắc quy dung lượng cao của nước ngoài cho thấy:
- Tấm cực âm của ắc quy sử dụng tấm đồng sạch kỹ thuật đã ủ nhiệt làm lõi sườn cực, dùng phương pháp dập nguội tạo khung lưới mắt cáo có độ nghiờng 8-12° Sau đó tiến hành mạ lờn một lớp chỡ dày khoảng 50 àm Cao cực âm có thể tạo ra bằng cách trộn bột chì nguyên chất với một lượng nhỏ các chất phụ gia gồm: phụ gia dẫn điện, tạo xốp từ bột cacbon, phụ gia chống sulphat hóa bản cực từ hợp chất chứa nhóm amin và muối sulphat
- Tấm cực dương của ắc quy gồm sườn cực dương được chế tạo theo phương pháp đúc rót từ hợp kim chì antimon với hàm lượng antimon trong khoảng 1-2 % Phần cao cực dương là hỗn hợp của PbO2 với PbSO4 được trộn thêm phụ gia dẫn điện có thể từ hợp chất PHA, phụ gia dẫn điện, tạo xốp oxit nhôm và có thể có loại phụ gia là polyme chứa liên kết không no như phân tích ở trên Lớp chất hoạt động điện cực này sau đó được nhồi vào vỏ chứa bằng polyeste biến tính đã cố định sườn cực Công nghệ đưa chất hoạt động điện cực đã không phải là phương pháp truyền thống sử dụng bột cao ướt mà được sử dụng công nghệ nhồi bột khô, khả năng cao là phương pháp rung lắc để nhồi bột
- Đã phân tích được thành phần vật liệu của tấm lá cách, túi cao su, vỏ bình ắc quy Kết quả cho thấy tấm lá cách được chế tạo trên cơ sở polyeste được bổ sung phụ gia nanosilica để tăng khả năng chịu nhiệt, chịu hóa chất Túi cao su nhiều khả năng được chế tạo trên cơ sở cao su EPDM Trong khi đó, vỏ ắc quy là compozit cốt sợi thủy tinh với nền là nhựa epoxy
[1] D Pavlov, Lead-acid batteries: science and technology Elsevier, 2011
[2] S Mandal, S Thangarasu, P T Thong, S.-C Kim, J.-Y Shim, and H.-
Y Jung, “Positive electrode active material development opportunities through carbon addition in the lead-acid batteries: A recent progress,” J
[3] S Laruelle, S Grugeon-Dewaele, L Torcheux, and A Delahaye-Vidal,
“The curing reaction study of the active material in the lead-acid battery,” J Power Sources, vol 77, no 1, pp 83–89, 1999
[4] B T Swansson, “New generation submarine battery electrodes using a tin-lead grid alloy.”, Master of Engineering Science, Shool of Chemical Engineering University of Adelaide, June 2015
[5] S Clark, “Lead-antimony, lead-calcium, lead-selenium, VRLA, Ni-Cd: What’s in a name?,” Int Station Batter Conf., pp 1–10, 2009
[6] B Culpin, A F Hollenkamp, and D A J Rand, “The effect of tin on the performance of positive plates in lead/acid batteries,” J Power Sources, vol 38, no 1–2, pp 63–74, 1992
[7] T R Crompton, Battery reference book Newnes, 2000
[8] D Pavlov, B Monakhov, M Maja, and N Penazzi, “Mechanism of action of Sn on the passivation phenomena in the lead‐acid battery positive plate (Sn‐free effect),” J Electrochem Soc., vol 136, no 1, p
[9] D Pavlov, C N Poulieff, E Klaja, and N Iordanov, “Dependence of the composition of the anodic layer on the oxidation potential of lead in sulfuric acid,” J Electrochem Soc., vol 116, no 3, p 316, 1969
[10] J Furukawa, Y Nehyo, and S Shiga, “Development of new positive- grid alloy and its application to long-life batteries for automotive industry,” J Power Sources, vol 133, no 1, pp 25–31, 2004
[11] C O’Donnell and M Schiemann, “Hydrogen gas management for flooded lead acid batteries,” 2008
[12] W R Osório, L C Peixoto, and A Garcia, “Comparison of electrochemical performance of as-cast Pb–1 wt.% Sn and Pb–1 wt.%
Sb alloys for lead-acid battery components,” J Power Sources, vol 195, no 6, pp 1726–1730, 2010
[13] I Petersson and E Ahlberg, “Oxidation of electrodeposited lead–tin alloys in 5 M H2SO4,” J Power Sources, vol 91, no 2, pp 143–149,
[14] M Bojinov, K Salmi, and G Sundholm, “Influence of tin on the anodic behaviour of lead in sulphuric acid solutions—I Voltammetric, photoelectrochemical and AC impedance measurements on a Pb—10%
Sn alloy,” Electrochim Acta, vol 39, no 5, pp 719–726, 1994
[15] J Xu, X Liu, X Li, E Barbero, and C Dong, “Effect of Sn concentration on the corrosion resistance of Pb-Sn alloys in H2SO4 solution,” J Power Sources, vol 155, no 2, pp 420–427, 2006
[16] H A Kiehne, Battery technology handbook, vol 118 CRC Press, 2003
[17] E Jullian, L Albert, and J L Caillerie, “New lead alloys for high- performance lead–acid batteries,” J Power Sources, vol 116, no 1–2, pp 185–192, 2003
[18] M A Bavio, G G Acosta, T Kessler, and A Visintin, “Flexible symmetric and asymmetric supercapacitors based in nanocomposites of carbon cloth/polyaniline-carbon nanotubes,” Energy, vol 130, pp 22–
[19] M Blecua, E Fatas, P Ocon, J Valenciano, F De La Fuente, and F Trinidad, “Influences of carbon materials and lignosulfonates in the negative active material of lead-acid batteries for microhybrid vehicles,”
[20] L T Lam and R Louey, “Development of ultra-battery for hybrid- electric vehicle applications,” J Power Sources, vol 158, no 2, pp
[21] L T Lam et al., “VRLA Ultrabattery for high-rate partial-state-of- charge operation,” J Power Sources, vol 174, no 1, pp 16–29, 2007
[22] P T Moseley, R F Nelson, and A F Hollenkamp, “The role of carbon in valve-regulated lead–acid battery technology,” J Power Sources, vol
[23] H Yang, Y Qiu, and X Guo, “Lead oxide/carbon black composites prepared with a new pyrolysis-pickling method and their effects on the high-rate partial-state-of-charge performance of lead-acid batteries,”
[24] J Yin et al., “Highly reversible lead-carbon battery anode with lead grafting on the carbon surface,” J energy Chem., vol 27, no 6, pp