Chng 10: Nguyên lý làm việc của ắc quy axit 2.3.1. Quá trình nạp điện: Khi ắc quy đ-ợc lắp ráp xong ng-ời ta đổ dung dịch axit Sunfuaric vào các ngăn bình thì trên các bản cực sẽ sinh ra một lớp mỏng chì sunfat (PbS0 4 ) vì chì oxit tác dụng với axit Sunfuaric cho phản ứng: Pb0 + H 2 S0 4 PbS0 4 + H 2 0 Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ắc quy thì dòng điện một chiều sẽ đ-ợc khép kín mạch qua ắc quy và dòng điện đó đi theo chiều: Cực d-ơng nguồn một chiều đến đầu cực 1 ắc quy Chùm bản cực 1 qua dung dịch điện phân chùm bản cực 2 đầu cực 2 của ắc quy cực âm nguồn một chiều. Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện phân phân ly: H 2 S0 4 2H + + S0 4 2- Hình 2.7: Quá trình nạp điện cho ắc quy 1 2 Cation H + theo dòng điện đi về phía chùm bản cực nối với âm nguồn và tạo ra phản ứng tại đó: 2H + + PbS0 4 H 2 S0 4 + Pb Các anion S0 4 2- chạy về phía chùm bản cực nối với cực d-ơng nguồn điện tạo ra phản ứng tại đó: PbS0 4 + 2H 2 0 + S0 4 2- Pb0 2 + 2 H 2 S0 4 Kết quả là ở chùm bản cực đ-ợc nối với cực d-ơng của nguồn điện có chì đi oxit ( Pb0 2 ), ở chùm bản cực kia có chì (Pb). Nh- vậy hai loại chùm cực đã có sự khác nhau về cực tính. Từ các phản ứng hoá học trên ta thấy quá trình nạp điện đã tạo ra l-ợng axit sunfuaric bổ xung vào dung dịch đồng thời cũng trong quá trình nạp điện dòng điện còn phân tích ra trong dung dịch điện phân khí Hydro (H 2 ) và oxy (0 2 ) l-ợng khí này sủi lên nh- bọt n-ớc và bay đi, do đó nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình nạp điện sẽ tăng dần lên. ắc quy đ-ợc coi là nạp điện khi thấy dung dịch sủi bọt nhiều gọi đó là hiện t-ợng sôi. Lúc đó quá trình nạp đã hoàn thành. 2.3.2. Quá trình phóng điện: Nối hai cực của ắc quy đã đ-ợc nạp với một phụ tải chẳng hạn bóng đèn thì năng l-ợng điện đã đ-ợc tích trữ trong ắc quy sẽ phóng qua tải làm cho bóng đèn sáng, dòng điện của ắc quy sẽ đi theo chiều: Cực d-ơng của ắc quy (đầu cực đã nối với cực d-ơng của nguồn nạp) tải (bóng đèn) cực âm của ắc quy dung dịch điện phân cực d-ơng của ắc quy. Quá trình phóng điện của ắc quy phản ứng hoá học xảy ra trong ắc quy nh- sau: Tại cực d-ơng: Pb0 2 + 2H + + H 2 S0 4 + 2e PbS0 4 + 2H 2 0 Tại cực âm: Pb + S0 4 2- PbS0 4 + 2e Nh- vậy khi ắc quy phóng điện, chì sunfat lại đ-ợc hình thành ở hai chùm bảng cực, làm cho các bảng cực dần đần trở lại giống nhau, còn dung dịch axxit bị phân tích thành cation 2H + và anion S0 4 2- , đồng thời quá trình phóng điện cũng tạo ra n-ớc trong dung dịch, do đó nồng độ của dung dịch giảm dần và sức điện động của ắc quy cũng giảm dần. 2.4. Ký hiệu và đặc tính phóng nạp của ắc quy. 2.4.1. Kí hiệu Hình 2.8: Quá trình phóng điện của ắc quy Trên mỗi ắc quy đều th-ờng có nhãn ở vỏ bình, trên nhãn ghi rõ tính năng của ắc quy bởi một dãy ghi gồm: - Số đầu là con số để chỉ số ngăn ắc quy. - Hai số tiếp là chữ để chỉ tính năng sử dụng chính của ắc quy. - Hai số cuối là con số để chỉ dung l-ợng định mức của ắc quy. Ví dụ: ở nhãn của một ắc quy do Việt nam sản xuất có ghi 6- 0T 54 thì ta đọc nh- sau: - 6 là ắc quy gồm có 6 ngăn. - 0T là loại ắc quy dùng cho ô tô. -54 là dung l-ợng định mức của ắc quy đạt đ-ợc 54 Ah. 2.4.2. Đặc tính phóng, nạp của ắc quy. a. Đặc tính phóng điện. Hình 2.9: Đặc tính phóng điện của ắc quy. Từ hình vẽ ta thấy các đ-ờng biểu diễn đặc tính phóng điện của một ắc quy đơn. Dòng điện phóng I p = 5.4 Ampe không đổi. U(V) (kg/cm 3 ) I(A) 2,12v 1,26g/cm 3 I p : 5,4A Q: 5,4 x 10: 54Ah t (h) 1,11g/cm 3 1,7v E 0 E ap A Nồng độ dung dịch điện phân giảm theo đ-ờng thẳng từ 1,26 g/cm 3 xuống 1,11 g/cm 3 . sức điện động thực tế E aq thấp hơn sức điện động E 0 vì bị sụt thế khi phóng và giảm từ 2,12 vôn xuống 1,7 vôn. Nơi điểm A. Điểm A là cuối quá trình phóng điện, lúc này sun phát chì hình thành trên các bản cực, thế điện sẽ giảm nhanh từ đây. - Sức điện động E khi phóng: E aq = E 0 - E E: sự tổn hao. - Điện áp của ắc quy khi phóng: U aq = E I p . R aq R aq : Điện trở ắc quy. I p : Dòng điện phóng. E 0 : Sức điện động khi không phóng. Khi ắc quy phóng điện đến mức mỗi ngăn còn 1,7 vôn đ-ợc coi nh- bình hết điện không nên tiếp tục cho phóng nữa vì sẽ tác hại ắc quy và khó khăn cho lúc nạp điện phục hồi.Vì lúc đó lớp sun fát chì (PbS0 4 ) rất dầy. b. Đặc tính nạp điện của ắc quy. Hình 2.10: Đặc tính nạp điện của ắc quy. Trên hình vẽ trình bầy đặc tính nạp điện với dòng điện không đổi. Nồng độ dung dịch điện phân tăng dần theo đ-ờng thẳng từ 1,11 g/ cm 3 đến 1,27g/cm 3 . Thế hiệu nạp U n thay đổi ng-ợc với thế hiệu phóng E aq . Khi thế hiệu tăng tới 2,4 vôn sự sôi bắt đầu. ngay sau đó tăng tới trị số tối đa 2,7 vôn. thì ng-ng tại điểm B ta tiếp tục nạp thêm trong ba giờ nữa. Trong thời gian này nếu nồng độ và thế hiệu của ắc quy không tăng nữa chứng tỏ ắc quy đã đ-ợc nạp no hay nạp đầy điện. Sau khi thôi nạp, điện thế sụt xuống còn 2,12 vôn ứng với ắc quy nạp no. - Sức điện động E khi nạp: E aq = E 0 + E. - E: Sự tổn hao. - Điện áp của ắc quy khi nạp: U aq = E 0 + I p . R aq . - R aq : Điện trở ắc quy. - I p : Dòng điện phóng. U(v) (g/cm 3 ) I(A) 1,7v 1,11g/cm 3 I n :5,4A t (h) 2,7v 1,27g /cm 3 U B Q: 5,4 x 13 - E 0 : Søc ®iÖn ®éng khi kh«ng phãng. . . R aq R aq : Điện trở ắc quy. I p : Dòng điện phóng. E 0 : Sức điện động khi không phóng. Khi ắc quy phóng điện đến mức mỗi ngăn còn 1,7 vôn đ-ợc coi nh- bình hết điện không nên tiếp tục. đ-ợc nạp no hay nạp đầy điện. Sau khi thôi nạp, điện thế sụt xuống còn 2,12 vôn ứng với ắc quy nạp no. - Sức điện động E khi nạp: E aq = E 0 + E. - E: Sự tổn hao. - Điện áp của ắc quy khi. lúc nạp điện phục hồi.Vì lúc đó lớp sun fát chì (PbS0 4 ) rất dầy. b. Đặc tính nạp điện của ắc quy. Hình 2 .10: Đặc tính nạp điện của ắc quy. Trên hình vẽ trình bầy đặc tính nạp điện với