CÔNG NGHỆ ACQUI CHÌ AXIT

MỤC LỤC I PHẦN MỞ ĐẦU Tự động hóa phát triển mang lại ứng dụng vô to lớn cho phát triển tất ngành kĩ thuật giới Tuy nhiên, nước ta ứng dụng phát triển mạnh mẽ năm gần Nó giúp nước ta phát triển để tiến tới trở thành nước Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa Bởi tự động hóa nghiên cứu tất ngành kĩ thuật nói chung ngành tự động hóa nói riêng Ngày tất máy móc thiết bị công nghiệp đời sống hàng phải sử dụng điện năng, phần lớn thiết bị sử dụng điên lưới Tuy nhiên thực tế có lúc cần lượng điện mà ta lấy lượng điện từ lưới điện Do đó, ắc quy thiết kế trở thành nguồn điện dự phòng nhằm mục đích đảm bảo nguồn điện không bị gián đoạn xảy cố điện bất thường Nguồn lượng lưu trữ ắc quy nguồn điện dự phòng quan trọng sử dụng cho điều khiển, bảo vệ, dừng khẩn thiết bị tổ máy, hệ thống chiếu sáng khẩn hệ thống điều khiển trạm điện … Ngoài ra, ắc quy sử dụng làm nguồn khởi động, đèn chiếu sáng xe ô tô, xe máy, nguồn lượng chuyến hóa Trang thành xe đạp điện, máy điện…Từ ứng dụng thực tiễn nói trên, người nghiên cứu chế tạo nhiều loại ắc quy Trong đó, ắc quy chì acid loại ắc quy lựa chọn để sử dụng rộng rãi đời sống như: khởi động động xe máy, ôtô, dùng chiếu sáng … Vì ắc quy chì acid có sức điện động cực cao, có điện trở nhỏ Do ứng dụng thực tiễn ắc quy nên nhóm muốn tìm hiểu thêm công nghệ sản xuất ắc quy , từ định chọn đề tài: “Công nghệ sản xuất ắc quy chì – acid” Hình số phẩm quy chì acid có thị trường ảnh sản ắc Hiểu công nghệ sản xuất ắc quy chì – acid, nhằm phục vụ ý tưởng cải tiến mặt kĩ thuật hạn chế nhược điểm ắc quy chì – acid, nâng cao công suất, tuổi thọ ắc quy… II PHẦN NỘI DUNG Tổng quan ắc quy chì – acid 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Vào đầu năm 70, nhà khảo cổ học người Đức Conic phát vài hộp sứ có kích cỡ khác Thành cổ Patea phía Tây Iraq có niên đại khoảng năm 250 trước công nguyên Nếu nhìn qua chúng giống hộp sứ thông thường thời đại Tuy nhiên, “khám phá” thấy hộp sứ lại có sắt nhỏ Nhà khảo cổ học ngạc nhiên ông mở hộp sứ phát sắt nhỏ lại đặt ống tròn làm đồng, sắt có dấu vết gỉ giống bị dung dịch axit ăn mòn Chính điều phát khiến Conic nghi ngờ đặt câu hỏi bình ắc quy cách 2.000 năm người ta phát minh bình acquy này? Trang Sự phát khiến nhà khảo cổ học Conic say sưa nghiên cứu Từ ông phát hiện, việc vỏ bình làm gốm sứ tất làm nên bình không khác so với bình ắc quy khô ngày Các bình ắc quy sau đổ đầy giấm hay dung dịch điện phân khác có khả tạo điện áp khoảng 1,1V Theo ông Conic sau nghiên cứu, ông khẳng định, Năm 250 trước Công nguyên, người Patea biết phát minh sử dụng bình ắc quy Đặc biệt bình ắc quy giống hệt bình ắc quy ngày Vậy câu hỏi đặt là, cách 2.000 năm trước, người Patea làm để có bình ắc quy thế? Câu hỏi khiến nhiều nhà khoa học đau đầu tìm lời giải tranh cãi, giả thuyết chưa chấp nhận Những bình ắc quy đại phát minh vào kỷ 18 nỗ lực nghiên cứu Luigi Galvani từ 1780 đến 1786 Qua trình thực nghiệm, Luigi Galvani phát rằng, chạm hai kim loại khác vào đùi ếch (chiếc đùi tách rời khỏi thân ếch chết), dòng điện tạo làm cho đùi đạp Ông ngẫm nghĩ tượng kỳ lạ cố gắng tìm lời giải đáp Bỗng dưng, ý tưởng óc ông: điện! Galvani kết luận có điện vật, đôi chân ếch Thứ điện ông gọi “điện sinh vật” Galvani liền viết báo nói phát Cả châu Âu phải sửng sốt điều tìm thấy lạ điện sinh vật trở nên đầu đề cho câu chuyện khoa học thời Ngày nay, biết Galvani nhầm lẫn chỗ gọi điện sinh vật ông ta không tìm điện đâu mà có Tuy nhiên phat Galvani mở đường cho công việc chế tạo điện kim loại hóa chất sau Trang Alessandro Volta (1745-1827) Giáo Sư Vật Lý trường Đại Học Pavie nước Ý Ông khảo cứu nhiều điện học tìm cách tăng hiệu chai tụ điện Từ Galvani phổ biến nhận xét điện phòng thí nghiệm châu Âu, nhà khoa học làm nhiều thí nghiệm đôi chân ếch Có người lại dùng dây dẫn điện nối chai Leyde với đôi chân ếch thấy đôi chân vật bị co giật mạnh gấp bội Do thí nghiệm này, nhiều nhà khoa học bắt đầu nghi ngờ lý thuyết điện sinh vật Volta thử lại thí nghiệm Galvani lúc đầu chấp nhận ý kiến Galvani Nhưng sau, Volta chứng minh lầm lẫn Galvani Theo Volta thể vật chất dẫn điện thường Điện sinh kim loại dị chất kích thích dây thần kinh, làm hoạt động Nói cách khác vật vừa chủ động vừa bị động Con vật bị động điện sinh từ bên Mặt khác, Volta thấy có co giật chân ếch đặt lên mặt bàn kim loại đâm thứ xiên kim loại Còn trường hợp chân ếch treo sắt bao lơn móc đồng, chân ếch co giật chạm vào sắt Như cần phải có hai thứ kim loại khác để có co giật Và để chứng minh lầm lẫn Galvani, Volta tạo điện với đồng kẽm mà không cần có thể ếch Như Volta mô tả, “máy phát điện nhân tạo” mà ông sáng chế thật đơn giản: “chỉ tập hợp số chất dẫn điện có tính chất khác nhau, xếp theo cách đó” Cụ thể, Volta trình bày dễ hiểu, khoảng 20 đơn vị chồng lên Mỗi đơn vị gồm đĩa đồng (hay tốt hơn, bạc), đĩa thiếc (hay kẽm) xấp xỉ bán kính, chia cách bìa (hay da) tẩm nước muối Tấm da nhỏ đĩa kim loại Đĩa bạc đơn vị thứ hai chồng lên đĩa thiếc thứ nhất, tiếp tục cuối Ở cuối đầu chồng đĩa chất dẫn điện (dây kim loại, phận thân người!) Khi hai chất dẫn điện chập với (hai tay người, tay áp sát vào đầu chồng đĩa), dòng điện chạy qua Volta không ngần ngại thử nghiệm dòng điện chạy qua thân với máy ông! “Máy phát điện nhân tạo” vừa đời, tên dài dòng không truyền lại hậu thế.Người đời giữ lại hình ảnh máy từ mô tả ông, gọi Trang chồng, tiếng Ý pila, tiếng Pháp pile phiên âm tiếng Việt: pin Volta tay lý thuyết cấu tạo nguyên tử hoá chất để giải thích phản ứng lý – hoá tạo dòng điện “máy” ông: hai cực pin, dung dịch điện phân (nước muối) diễn hai “nửa-phản ứng”, oxy hoá (ở cực dương) khử (cực âm), tạo trao đổi electron (điện tử), sợi dây dẫn điện nối với hai cực pin, electron chạy vào dây tạo dòng điện Volta người tạo nguồn điện chiều Phát minh Volta nguyên nhân quan trọng thay đổi này” Năm 1836, nhà hoá học người Anh John Daniell chế loại pin (mang tên ông sau đó) dùng hai dung dịch điện phân khác bao quanh hai cực (kẽm đồng), nối với “cầu điện phân”, gọi “cầu muối” làm clorua kali (KCl), nhằm giữ cân electron hai cực Năm 1866, Georges Leclanché (Pháp) chế pin khô hình thỏi quen thuộc ngày nay, với cực kẽm than chì (graphite) bao chung quanh lớp dioxit mangan (MnO2) Loại pin cải tiến sau việc sử dụng dung dịch hydroxit kali (KOH) làm chất điện phân, gọi pin kiềm (alkaline), có tuổi thọ lớn nhiều so với pin Leclanché loại cũ, giữ hình thỏi cỡ với pin (hai cỡ phổ biến, theo ký hiệu quốc tế AAA – nhỏ AA – lớn hơn) Việc sản xuất ắc quy/pin có bước tăng trưởng đột biến Thế chiến thứ nhất, chúng sử dụng chủ yếu cho chiếu sáng liên lạc vô tuyến Trong thời gian này, ắc quy có cải tiến quan trọng giúp chúng có hiệu suất hoạt động cao nhờ vào việc ứng dụng vật liệu phương pháp sản xuất Ngày nay, ắc quy trở thành sản phẩm thiếu Chúng sử dụng để vận hành hàng tỉ thiết bị điện dân dụng thương mại, y tế, công nghiệp quân khắp giới Nhu cầu sử dụng ắc quy ngày gia tăng 1.2 Phân loại 1.2.1 Loại Ắc quy axit-chì hở khí (Vented Lead-Acid Batteries) Hở khí tức khí thoát bình, loại phân làm loại sau: Trang - Ắc quy ngập nước phải bảo dưỡng (Flooded battery): Là loại ắc quy sử dụng dung dịch axit H2SO4 dạng lỏng làm dung dịch điện phân Sau thời gian sử dụng dung dịch bị bay hơi, ta phải “châm nước” (bảo dưỡng) thường xuyên ắc quy cạn dung dịch Nếu không châm dung dịch axit kịp thời, ắc quy bị cạn dung dịch khả tích điện, phóng điện chí bị phù dẫn đến hư hỏng bình Khi sạc dung dịch bên ắc quy tạo khí hydro oxy kèm theo acid bay có mùi khó chịu gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người dùng Nếu đặt bình bị nghiêng dung dịch axit chảy gây ăn mòn thiết bị gây hại tới người dùng Vì yếu điểm mà dòng ắc quy thường dùng môi trường trời dùng để khởi động động cơ, máy phát, xe tải, ô tô… - Ắc quy axit-chì hở miễn bảo dưỡng (Free maintainence-VLA): Loại ắc quy sử dụng dung dịch axit H2SO4 dạng lỏng làm dung dịch điện phân Tuy nhiên, miễn bảo dưỡng có nghĩa người dùng không cần phải can thiệp cách châm nước loại ắc quy bảo dưỡng Đối với loại ắc quy này, sạc khí hydro oxy thoát loại ắc quy bảo dưỡng, loại ắc quy bão dưỡng để không vị trí (nghiêng, sấp, …) dung dịch bên ắc quy chảy Loại ắc quy thiết kế hầu hết cho mục đích “khởi động” hay gọi “kích điện” – điều thể hai cực ắc quy, thông thường hai cực loại thiết kế theo dạng tròn lớn – kích điện, ví dụ cho xe tải, xe ô tô, máy phát, … ắc quy cần phóng lượng điện cực lớn khoảng thời gian ngắn để khởi động động 1.2.2 Loại ắc quy axit-chì kín khí (Valve-Regulated Lead-Acid/Sealed Lead Acid Batteries) Thuật ngữ “ắc quy kín khí” xác để đặt tên cho dòng sản phẩm kín khí tức khí thoát ngoài; khí không thoát dung dịch ắc quy “lọt” bình đặt tất tư khác Do đó, loại ắc quy kín ta không cần bảo dưỡng châm dung dịch (Free Maintenance) Hai cực dương âm loại ắc quy thường thiết kế mảnh mai Điều dễ hiểu, ắc quy không dùng cho mục đích khởi động mà dùng cho môi trường cần dòng phóng ổn định trì dòng phóng khoảng thời gian dài Dòng sản phẩm thiết kế đa dạng cho nhiều mục đích khác Ví dụ: tích điện (UPS), Inverter, telecom, electrical utilities, xe điện, cửa, báo cháy, an ninh, … Nhà sản xuất chuyên nghiệp thường chia dòng sản phẩm thành phân cấp đặc thù cho mục đích sử dụng khác Ví dụ, với tích điện (UPS), tháng UPS phải “làm việc” lần; Tuy nhiên, với xe đạp điện/ xe điện, acquy phải “cõng” chủ nhân 07 ngày/ tuần Trang Điều kiện làm việc ắc quy dùng cho hệ thống solar tương tự xe điện (mật độ làm việc gần theo chu kỳ ngày) Nếu bạn lấy sản phẩm dùng cho UPS đem gắn vào cho xe đạp điện thật … sai lầm to Nhưng ngược lại, bạn lấy sản phẩm ắc quy thiết kế cho xe điện đem gắn vào UPS lại lựa chọn “sáng suốt” Loại ắc quy kín khí phân làm loại sau: - Ắc quy khô hút (Absorbent glass mat GEL): Ắc quy khô hút (AGM) dạng có dung dịch khô hoàn toàn mà thật dung dịch điện phân giữ sợi thủy tinh, sợi thủy tinh đặt cực (+) &(-) Các sợi thủy tinh mỏng dệt lại với thành dạng để tăng diện tích bề mặt để giữ dung dịch điện phân không bị bay thiếu hụt suốt chu kỳ sống ắc quy Các sợi thủy tinh không bị ảnh hưởng axit Các cực loại ắc quy khô hút có nhiều hình dạng khác phẳng, uốn cong dạng cuộn… Ắc quy khô dùng ôtô, xe máy đa phần thuộc loại ắc quy khô hút AGM (Absorbed Glass Mat) Một ưu điểm lớn ắc quy khô AGM có hiệu suất nạp điện ắc quy cao nên tốn lượng nạp, tiêu thụ chưa đến 1/3 lượng so với loại ắc quy axit ướt thông thường Vì sử dụng ắc quy AGM, xe tiết kiệm xăng -Ắc quy khô 100% (100% Gel): Đây acquy Gel gọi “khô” nghĩa – Gel 100% Ắc quy công nghệ GEL thiết kế với cách PVC – SiO2 có cấu tạo siêu thẩm thấu Dung dịch điện phân hỗn hợp axit kết hợp với oxit silic, tạo thành loại dung dịch điện phân dạng cô đặc Bản cực thành phần hóa học đặc biệt cho phép tuổi thọ chu kỳ xả sâu cao 50% so với ắc quy AGM Có khả nặng phục hồi tốt dung lượng sau trình phóng xả sâu • So sánh hai loại ắc quy thông dụng Thị trường có hai loại ắc quy thông dụng là: ắc quy axít kiểu hở ắc quy axít thiết kế theo kiểu kín khí – miễn bảo dưỡng (loại hay bị gọi ‘ắc quy khô’ thực dùng từ không ắc quy khô cách xác loại ắc quy không dùng điện dịch) Sự khác hai loại ắc quy thể bảng sau: Tiêu chí Giá thành Cách phân biệt hai loại Trạng thái Ắc quy axít thông thường (loại hở) Rẻ so với loại ắc quy kín khí chế tạo đơn giản Có nút ngăn bình (dùng để bổ sung nước cất sau trình sử dụng), ắc quy 12V có nút Tương đương Ắc quy axít loại kín khí Đắt so với ắc quy thông thường, nhiều hãng phải nhập nước (Ví dụ loại ATLAS nhập từ Hàn Quốc, Thunder GS nhập khẩu) Không có nút ngăn bình, thường ghi rõ ắc quy không cần bảo dưỡng vỏ bình tài liệu kèm theo Tương đương nhau, sau phát dòng điện lớn ắc quy kín khí thường Trang phóng điện Trạng thái nạp điện dòng nạp cho phép - Khi nạp phát khí cháy khí có mùi khói chịu - Dòng điện nạp lớn nên 0,1 lần trị số dung lượng ắc quy (Ví dụ loại 100Ah nên nạp với dòng cao 10A) - Nếu mức điện dịch ngăn ắc quy thấp quy định phải Chế độ bổ sung bảo - Định kỳ phải nạp điện bổ sung dưỡng cho ắc quy Chu kỳ nạp định kỳ khoảng tháng/lần không nối với thiết bị tiêu thụ điện Tuổi thọ thấp so với loại ắc Tuổi thọ quy kín khí phục hồi điện áp nhanh hơn, nhiên điều không ảnh hưởng đến hoạt động kích điện - Khi nạp ắc quy không phát sinh khí môi trường bên nên mùi - Dòng điện nạp lên tới 0,25 lần trị số dung lượng ắc quy (ví dụ loại 100 Ah nạp với dòng lớn 25A) - Không phải bổ sung điện dịch trình sử dụng - Phải nạp điện định kỳ thời gian không sử dụng, chu kỳ nạp định kỳ dài so với loại ắc quy axít thông thường Thường có tuổi thọ cao so với ắc quy loại hở thông thường  So bảng ta thấy ắc quy kín khí có nhiều ưu việt so với ắc quy axít thông thường, tình hình tài chỉnh cho phép bạn nên chọn loại ắc quy kín khí Nếu sử dụng loại ắc quy axít thông thường cần lưu ý đến điều chỉnh dòng nạp đặc biệt lưu ý không gây phát sinh tia lửa (do chạm chập dây hút thuốc) gần ắc quy nạp chúng dễ gây cháy nổ loại kín khí (quá trình nạp xảy điện phân nước để tạo hai chất khí dễ cháy nổ Hiđrô ôxy) Ngoài hai loại thông dụng thị trường có số loại ắc quy khô cách thực sự, chúng dùng cá cực PbO2 Pb với điện môi H2SO4 trữ dạng keo sệt (gel) Ưu điểm loại ắc quy chúng không gây mùi khó chịu nạp điện, không gây chảy axit bị vỡ, hoạt động vị trí đặt khác Nhược điểm chế độ nạp khắt khe không chịu nạp (khi nạp loại nạp với dòng nhỏ 1/20 dung lượng), thường xuyên nạp loại ắc quy tuổi thọ chúng giảm nhanh 1.3.Cấu tạo (acquy chì-axit hở khí): Trang Hình Cấu tạo ắc quy Bình acquy axít gồm vỏ bình có ngăn riêng thường ba sáu ngăn tuỳ theo loại acquy 6V hay 12V Trong ngăn có đặt khối cực gồm phân khối cực dương phân khối cực âm ngăn cách với ngăn Mỗi ngăn coi acquy đơn Các acquy đơn nối tiếp với cầu nối tạo thành bình acquy Ngăn đầu ngăn cuối có đầu tự làm theo dạng côn Mặt có dấu ( + ) (- ) tạo thành đầu cực cuả acquy Dung dịch điện phân ( dung dịch axít sunfuric ) đổ vào ngăn theo mức quy định Thường người ta để ngập cạnh cuả cực khoảng 10 – 15 mm Để tránh hư hỏng cho ngăn cực kiểm mức dung dịch ngăn người ta thường đặt cực bảo vệ lưới clovinhin vinhiplat Trên ngăn có nắp để đảm bảo độ kín nắp với thành vỏ bình người ta đổ lớp sáp chịu axit gồm khoảng 75% nhựa đường 25% dầu máy - Vỏ bình: Vỏ bình acquy chế tạo loại nhựa êbônít axphantôpéc cao su nhựa cứng So với nhựa axphantơpéc êbônit có độ bền khả chịu axít tốt nhiều Để tăng độ bền vững khả chịu axit cho bình nhựa axphantơpéc, chế taọ người ta ép vào bên bình lớp lót chịu axit dày 0,6 mm pôluclovinlim Nhờ lớp mà tuổi thọ vỏ bình tăng lên 2-3 lần Đặc điểm vỏ bình phía chia thành vách ngăn riêng biệt vách ngăn Trang kín Ở đáy ngăn có sống đỡ khối cực tạo thành khoảng trống đáy bình mặt dưói khối cực Nhờ mà tránh tượng chập mạch cực chất kết tủa rơi xuống đáy bình gây nên Ở số bình acquy cỡ lớn ngưòi ta lắp thêm quai sắt vào vỏ bình để di chuyển dễ dàng - Bản cực, phân khối cực khối cực: Bản cực gồm cốt hình mắt cáo , trát đầy chất tác dụng Cốt đúc hợp kim chì -Antimon (87-95% +5-13% Sb) Antimon hợp kim có tác dụng tăng độ cứng vững giảm han gỉ cho cốt Hợp kim so với chì Pb nguyên chất có hệ số nổ dài nhỏ, nhiệt độ nóng chảy thấp đặc tính đúc tốt Cốt để chất tác dụng phân phối dòng điện khắp bề mặt cực Điều có ý nghĩa đặc biệt quan trọng cực dương điện trở chất tác dụng (oxit chì PbO 2) lớn gấp 10.000 lần điện trở chì nguyên chất Do tăng chiều dầy cốt điện trở acquy nhỏ Cốt có khung bao quanh, có vấu để hàn nối cực thành phần phân khối cực có hai chân để tỳ lên sống đỡ đáy bình acquy Chân cực dương âm phải phân bố cho phân khối cực dương tỳ lên đôi sống đỡ so le phân khối phân cực âm tỳ lên đôi sống đỡ so le Sự phân bố tránh tượng chập mạch qua phần sống đỡ Vì điện cốt cực âm Trang 10 dòng nạp điện điện trở acquy nạp điện 1.5.2.Dung lượng ắc quy Dung lượng thông số quan trọng ắc quy, thông số đặc trưng cho khả lưu trữ điện ắc quy Đơn vị tính thông số tính thông dụng theo Ah mAh Thông số dung lượng ắc quy (Ah) cho biết số dòng điện phát (tính Ampe) khoảng thời gian (tính giờ) tính công thức: C = I*t (Ah) Trong đó: C: dung lượng ắc quy (Ah) I: cường độ dòng điện (A) t: thời gian dòng điện phát (h) Hiện có phương pháp để đánh giá dung lượng ắc quy cụ thể sau: Đối với bình ắc quy axit-chì có dung lượng 200Ah ta kiểm tra dung lượng bình máy kiểm tra dung lượng ắc quy axit-chì cầm tay, máy sử dụng phương pháp gián tiếp thử nghiệm tải xung để đánh giá dung lượng bình Đối với bình ắc quy kiềm hay ắc quy axit-chì có dung lượng lớn 200Ah phương pháp để đánh giá dung lượng ắc quy thực nạp đầy sau xả qua tải giả để đánh giá dung lượng thực tế ắc quy 1.5.2.Điện áp ắc quy - Điện áp định mức (Nominal Voltage): Đây giá trị điện áp công bố nhà sản xuất, tùy vào số lượng cấu tạo ngăn cực bình Ắc quy cho giá trị điện áp định mức Nó giá trị điện áp đặc trưng cho loại Ắc quy Ví dụ: nói Ắc quy loại 1.2V, 2V, 4V, 6V, 12V… tức ta nói giá trị điện áp định mức (Nominal voltage) ắc quy - Điện áp thả (Float voltage): Điện áp đo lường dòng điện chảy qua bình 0A (zero current) Thông thường điện áp thả ắc quy đo ắc quy nạp đầy (full charge) sạc cấp nguồn cho ắc quy nối song song với tải DC; ắc quy để hở mạch (Open-circuit voltage) - Điện áp nạp (charge voltage): Là điện áp ắc quy đo trình nạp - Điện áp xả (Discharge voltage): Là điện áp ắc quy đo trình xả 1.5.3 Điện trở nội: Là tổng nhiều điện trở thành phần cấu tạo bên bình bao gồm: điện trở dung dịch điện phân; điện trở dung dịch nối; điện trở tiếp xúc nối Sẽ có tượng rơi áp (voltage drop) điện trở nội có dòng điện chạy qua bình Khi ắc quy hở mạch dòng điện chạy qua nên điện áp đo cực bình với sức điện động ắc quy gọi điện áp hở Trang 19 mạch (E0) Tuy nhiên, ta nối tải vào cực có dòng điện chạy vào bên bình ắc quy thông qua cực chạy qua tải, có điện áp rơi nội trở ắc quy (R) điện áp thực tế đo cực ắc quy điện áp tải có giá trị sau: E = IR = E0 – I.Ri (V) Với: I: dòng điện mạch R: điện trở tải Ri: điện trở nội Ắc quy E0: sức điện động ắc quy/ điện áp hở mạch E: điện áp bình vận hành Điện trở nội tiêu thụ lượng lượng Ắc quy hoạt động dạng nhiệt lượng (Q= R.I2) gây nóng bình ắc quy, lâu ngày điện trở nội ắc quy 1.3.5 Dòng khởi động nguội CCA (Cold Cranking Amps) Dòng khởi động nguội CCA dòng điện phát trạng thái nhiệt độ 0F (tức - 17,7 0C) vòng 30 giây 1.3.6 Đặc tính phóng acquy Đặc tính phóng acquy biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp acquy nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng dòng điện phóng không thay đổi Trong khoảng thời gian phóng từ t p = đến tp= tgh sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần Tuy nhiên khoảng thời gian độ dốc Trang 20 đồ thị không lớn, ta gọi giai đoạn phóng ổn định hay thời gian cho phép tương ứng với chế độ phóng điện (dòng điện) acquy Tại thời điểm t gh trở độ dốc đồ thị thay đổi đột ngột Nếu tiếp tục cho acquy phóng điện sau tgh sức điện động, điện áp acquy giảm nhanh Mặt khác tinh thể chì sunfat (PbSO4) tạo thành phản ứng có dạng thô, rắn, khó hòa tan (biến đổi hóa học) trình nạp điện trở lại cho acquy sau Thời điểm tgh giới hạn phóng điện cho phép acquy Sau ngắt mạch phóng thời gian, giá trị sức điện động, điện áp acquy, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ acquy Thời gian phục hồi phụ thuộc vào chế độ phóng điện acquy Để đánh giá khả cung cấp điện acquy có điện áp danh nghĩa, người ta quy định so sánh dung lượng phóng điện thu acquy tiến hành phóng điện chế độ phóng điện cho phép 20h Dung lượng phóng trường hợp kí hiệu C20 Thời gian phóng điện cho phép, giá trị giới hạn phóng điện acquy phụ thuộc vào dòng điện phóng Sự phụ thuộc dung lượng phóng vào dòng điện phóng acquy có dung lượng phóng định mức C 20 (dung lượng phóng thu chế độ 20h) 60Ah biểu diễn qua hình 1.3.7 Đặc tính nạp acquy Đặc tính nạp acquy biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp acquy nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp trị số dòng điện nạp không thay đổi Trong khoảng thời gian nạp từ đến t = t s, sức điện động, điện áp nồng độ điện phân tăng dần Tới thời điểm ts, bề mặt cực âm xuất bọt khí (còn gọi tượng sôi) lúc hiệu điện cực acquy đơn tăng đến giá trị 2,4 V Trang 21 Nếu tiếp tục nạp, giá trị nhanh chóng tăng tới 2,7 V giữ nguyên Thời gian gọi thời gian nạp no, có tác dụng làm cho phần chất tác dụng sâu lòng cực biến đổi hoàn toàn, nhờ làm tăng thêm dung lượng phóng điện acquy Thời gian nạp no cho acquy kéo dài từ 2-3h, suốt thời gian hiệu điện cực acquy nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Như dung lượng thu acquy phóng điện nhỏ dung lượng cần thiết để nạp no acquy Sau ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động acquy, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống ổn định Thời gian gọi khoảng nghỉ acquy sau nạp Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng lớn đến chất lượng tuổi thọ acquy Dòng điện nạp định mức acquy quy định 0,05C20 Công nghệ sản xuất ắc quy chì – acid Sơ đồ quy trình sản xuất ắc quy: Trang 22 Nguyên liệu Hơi Pb, bụi, ồn, chất thải rắn, nhiệt thừa Hơi axit, bụi, ồn, nước thải Tạo bột chì Đúc sườn Trộn cao Trát cao Hóa thành Rửa sấy cực Cắt cực Lắp ráp Kiểm tra Hơi Pb, ồn, chất thải rắn Bụi, CTR, nước thải Hơi axit, nước thải, nhiệt thừa Ồn, nhiệt thừa, nước thải Bụi, CTR Hơi khí hàn, nhiệt thừa, ồn, chất thải rắn CTR, ồn Sản phẩm Trang 23 H2SO4 Phụ gia Chì hợp kim 2% Chì nguyên chất Kiểm tra Vỏ, nắp Lá cách điện Kiểm tra Công đoạn đúc sườn Công đoạn tạo bột chì Nấu chì Đúc bi Nghiền bi Nấu chì Đúc sườn Kiểm tra Trộn cao Trát cao Kiểm tra Lá cực sống Kiểm tra Ủ cực Hóa thành Lá cực (+), (-) Kiểm tra Sấy cực Cắt cực Hàn chùm cực Kiểm tra ngược cực Hàn xuyên vách Kiểm tra mối hàn chập mạch Hàn nắp Kiểm tra độ kín đóng sổ Dán băng nhôm Máy co rút nylon Sản phẩm Kiểm tra Xuất xưởng Trang 24 Mô tả quy trình công nghệ: - Công đoạn đúc sườn: hợp kim chì antimon nấu chảy nồi nấu chì dùng gas hệ thống bơm cung cấp vào máy đúc sườn để đúc sườn có kích thước phù hợp với loại sản phẩm khác Sau đúc xong sườn - để ổn định vòng đến ngày đưa sang công đoạn trát cao Công đoạn tạo bột chì: chì thỏi nguyên chất có hàm lượng 99,97% đưa vào nồi nấu đúc thành bi chì trước đưa vào máy nghiền bi Sau nghiền, bột chì bị oxy hóa thành chì oxit dạng PbO (có thành phần 75% PbO - 25% Pb) gầu tải chuyển sang công đoạn trộn cao Công đoạn trộn cao: bột chì sau đưa từ công đoạn bột chì sang định lượng pha trộn với axit H2SO4 có tỷ trọng (d = 1,38 kg/l) số phụ gia khác (gồm có Ligin, Sunphat bari, durafloc, colophony, xơ tơ, axit stearic…) với tỷ lệ thích hợp theo loại điện cực âm điện cực dương để tạo thành cao chì - chuẩn bị cho công đoạn trát cao Công đoạn trát cao: cao chì sau trộn xong trát lên sườn đúc công đoạn đúc sườn Sau sườn trát cao sấy toàn trước đem ủ sấy khô điều kiện khống chế độ ẩm nhiệt độ thích - hợp tạo thành cực sống Công đoạn hóa thành: cực sống sau ủ đưa sang công đoạn hóa thành để nạp tích điện, với dòng điện DC máy chỉnh lưu, tạo thành cực âm (-) cực dương (+) tích điện Thời gian sấy nhiệt độ sấy loại cực khống chế khác tùy theo chủng loại cực Sau sấy xong, cực đưa sang công đoạn cắt thẻ để cắt thành - cực hoàn chỉnh trước đưa sang công đoạn lắp ráp Công đoạn lắp ráp: cực âm (-) cực dương (+) xếp xen kẽ cách điện cánh bọc túi PE từ trước, tùy theo chủng loại ắc quy có số lượng cực khác Sau đó, chúng hán đính với thành chùm cực xếp vào ngăn vỏ bình ắc quy Bước việc hàn nối liên kết chùm cực với tạo di chuyển liên tục cho dòng điện ắc quy sử dụng Trang 25 Công đoạn kiểm tra (KCS): ắc quy kiểm tra tiêu thông số kỹ thuật - quy định theo tiêu chuẩn xuất xưởng Quá trình kiểm tra chất lượng bán thành phẩm dây chuyền thực liên tục công đoạn sản xuất cần thiết trước chuyển sang công đoạn Sản phẩm sau qua kiểm tra xếp thành thùng chuyển lưu kho kho thành phẩm Sau danh mục thiết bị thông số kĩ thuật sản xuất acquy tham khảo từ Nhà máy sản xuất ắc quy Nhơn Trạch (công suất 600.000 kw/h/năm) thuộc Công ty Cổ phần Pin Ắc quy miền nam, huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai ST T Máy móc, thiết bị Thông số kỹ thuật Số lượng Công đoạn bột chì 01 Máy cẩu nâng chì nguyên chất Q = 1,5 T/h; N = 3,7 Kw 02 Băng tải xích chuyển chì thỏi B = 500; L = 2200; N = 2,2 Kw 03 Lò nấu chì Q = 2,4 T/h; N = 50 Kw 04 Máy đúc bi chì Q = 20 T/8h; N = 0,55 Kw 05 Gầu tải bi chì Q = 2,5 T/h; N = 3,7 Kw 06 Bunke định lượng bột chì V = 1,5 m3 07 Thiết bị phân phối bi chì - 08 Si lo chứa bi chì H = 3200; Φ2800 09 Máy nghiền bi chì Q = 24 tấn/ngày; N = 100 Kw 10 Quạt đẩy bột chì cấp cho máy Q = 25.000 m3/h; N = 15 Kw; lọc H = 200 mmH2O 11 Thiết bị lọc bột chì Q = T/h; N = 12 Kw 12 Gầu tải bột chì sau máy lọc Q = T/h; N = 5,5 Kw 13 Silo chứa bột chì H = 6500; Φ 2800; V = 15 m3 14 Thiết bị phân phối bột chì - 15 Quạt hút chì Q = 10.000 m3/h; N = 7,5 Kw; H = 100 mmH2O 16 Cyclon lọc bụi chùm ống Φ500 Trang 26 ST T Máy móc, thiết bị Thông số kỹ thuật Số lượng 17 Cyclon màng nước kiểu venturi Φ1200 18 Bơm cấp nước khử bụi Q = 30 m3/h; N = 3,7 Kw; H = 20 mH2O 19 Bể cấp nước V = 12 m3 20 Thiết bị cấp bột chì cho gầu tải Q = m3/h; N = 3,7 Kw II Công đoạn đúc sườn 21 Cầu trục dầm Q = 2,5 tấn; n = 5,5 Kw 22 Băng tải xích cấp chì hợp kim B = 500; L = 2200; N = 2,2 Kw 23 Lò nấu chì Q = T/h; L = 350.000 Kcal/h 24 Bơm nén chì lỏng cấp cho máy Q = 20 m3/h; N = 3,7 Kw; H = đúc 15 mH2O 25 Máy đúc sườn Q = 40 tấm/phút; N = 15 Kw 26 Quạt hút bụi Q = 10.000 m3/h; N = 7,5 Kw 27 Cyclon màng nước kiểu venturi Φ1200 28 Bơm cấp nước khử bụi Q = 30 m3/h; N = 3,7 Kw; H = 20 mH2O 29 Bể cấp nước V = m3 III Công đoạn trộn, trát cao 30 Thùng pha chế axit 31 Bơm định lượng axit cấp cho Q = m3/h; N = 3,7 Kw; H = máy trộn 20 mH2O 32 Gàu tải bột chì cấp cho máy trộn Q = 02 T/h; N = 5,5 Kw 33 Máy trộn cao chì Q = 1,5 T/mẻ; N = 70 Kw 34 Máy trát cao H = 300 tấm/phút; N = 90 Kw; Q = 202.000 Kcal/h 35 Bơm định lượng cấp phụ gia Q = m3/h; N = 2,2 Kw; H = lỏng 20 mH2O 36 Thùng chứa phụ gia lỏng V = 3,5 m3 37 Lò ủ thẻ sống Q = 168.000 tấn/mẻ/48h; N = H = 1800; Φ 1500; N = 2,2 Kw Trang 27 ST T Máy móc, thiết bị Thông số kỹ thuật Số lượng 190 Kw 38 Thiết bị cấp phụ gia rắn N = 3,7 Kw 39 Nồi nấu chì hợp kim Q = T/h; N = 15 Kw 40 Máy đúc cọc Q = T/h; N = 10 Kw 41 Cyclon lọc bụi - 42 Quạt hút bụi Q = 10.000 m3/h; N = 11,25 Kw; H = 150 mmH2O 43 Silo thu hồi bụi IV Công đoạn hóa thành 44 Xe nâng Q = 45 Máy nạp Q = 12.000 Kcal/h; N = 150 Kw 46 Thùng hóa thành 660 x 405 x 500 1440 47 Bể hóa thành 1700 x 19000 x 1300 48 Lò sấy cực âm Q = 8.000 thẻ/3h; N = 30 Kw 49 Lò sấy cực dương Q = 156.000 thẻ/24h; N = 15 Kw 50 Bơm dung dịch trung hòa Q = 40 m3/h; N = 5,5 Kw; H = axit 20 mH2O 51 Bồn chứa dung dịch trung hòa H = 3000; Φ 2250; V = 12 m3 axit 52 Quạt hút axit Q = 15.000 m3/h; N = 11,25 Kw; H = 200 mmH2O 53 Cyclon trung hòa axit 1200 x 1200 x 2200 54 Bơm giữ áp cấp dung dịch hóa Q = 50 m3/h; N = 10 Kw thành 55 Bể điều chỉnh nồng độ axit V = 36 m3 56 Bồn rửa thẻ âm tuần hòa V = 80 m3 nước 57 Bồn rửa thẻ dương nhúng hóa V = 40 m3 chất 1 4 Trang 28 ST T Máy móc, thiết bị Thông số kỹ thuật Số lượng 58 Tháp giải nhiệt Q = 23.400 m3/h; N = 0,75 Kw 59 Bể chứa nước giải nhiệt 7000 x 1800 x 1600 60 Bể thu dung dịch sau trung hòa 400 x 2100 x 1600 61 Bơm thu dung dịch sau hóa Q = 30 m3/h; N = 3,7 Kw; H = thành 20 mH2O 62 Bơm bổ sung dung dịch trung Q = 330 lit/phút; N = 2,2 Kw; hòa H = 20 mH2O 63 Bơm nước giải nhiệt hóa thành Q = 330 lít/phút; N = 2,2 Kw; H = 20 mH2O 64 Bơm cấp nước tháp giải nhiệt Q = 330 lít/phút; N = 2,2 Kw; H = 20 mH2O 65 Cẩu trục di động Q = 1,5 tấn; N = 3,7 Kw V Công đoạn cắt thẻ 66 Máy cắt chải thẻ cực xe gắn Q = 180 tấm/phút; N = 7,5 Kw máy 67 Máy cắt chải thẻ cực xe ô tô Q = 220 tấm/phút; N = 10 Kw 68 Quạt hút bụi Q = 20.000 m3/h; N = 11,25 Kw; H = 200 mmH2O 69 Thiết bị gom chì phề phẩm H = 2200; Φ 1700 70 Tháp lọc thu hồi bụi 1200 x 1200 x 2600 71 Cyclom thu hồi bụi H = 2600; Φ 1900 VI Công đoạn lắp ráp 72 Dây chuyền lắp ráp ắc quy xe Q = 360 PCS/h; N = 45 Kw gắn máy 73 Dây chuyền lắp ráp ắc quy xe ô Q = 300 PCS/h; N = 100 Kw tô VII Hệ thống phụ trợ 74 Máy biến 3.200 KVA; 22/0,4 KV 75 Hệ thống khí nén Q = 88 lít/ phút; P = bar; N = 90 Kw 76 Hệ thống xử lý nước thải Q = 15 m3/h; N = 10 Kw 1 Trang 29 ST T Máy móc, thiết bị Thông số kỹ thuật Số lượng 77 Hệ thống cấp gas bồn gas Q = 10 tấn; N = 10 Kw 78 Hệ thống cấp thoát nước Q = 300 m3/ngày; N = 15 Kw 79 Hệ thống cấp oxi bình oxi Q = 20 m3/h; N = 5,5 Kw 80 Hệ thống xử lý nước cấp sản Q = 300 m3/ngày; N = 20 Kw xuất 81 Hệ thống điện chiếu sáng N = 50 Kw nhà 82 Hệ thống thí nghiệm, kiểm tra N = 60 Kw chất lượng 83 Hệ thống chống sét + PCCC N = 20 Kw Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 4472:1993) ắc quy chì khởi động Tiêu chuẩn áp dụng cho loại ắc quy chì dùng cho mục đích khởi động có điện áp danh định 12V Bình ắc quy phải đảm bảo gắn kín không thoát quanh chân đầu điện cực quanh nắp, phải áp suất chân không 21± 1,33kPa (160±10mmHg) • Khi đặt nghiêng bình ắc quy góc 45 so với vị trí làm việc, điện dịch không chảy • Nhựa gắn kín nắp bình ắc quy phải đồng nhất, chịu axít, không thấm nước chịu thay đổi nhiệt độ từ (-30) ÷ 600C • Khi nhiệt độ thay đổi khoảng nhiệt độ nhựa gắn kín nắp không chảy, cháy, rạn nứt bong làm tràn điện dịch • Khả khởi động ban đầu: Khả khởi động ban đầu áp dụng cho ắc quy tích điện khô Trong vòng 60 ngày kể từ sản suất, ắc quy phải đảm bảo thông số theo bảng Bảng 1: • Trang 30 Chú thích: C20 - Dung lượng chế độ phóng nạp 20h Dung lượng danh định ắc quy Dung lượng xác định theo chế độ phóng điện 20 với dòng điện liên tục không đổi Ip = 0,05C20 A nhiệt độ điện dịch trước phóng không 32 0C Bình ắc quy phải ngừng phóng điện điện áp hai đầu điện cực giảm đến 5,25V (đối với bình 6V) 10,5V (đối với bình 12V) Cho phép ắc quy phóng điện nhiệt độ từ 18 ÷ 320C Kết phải quy dung lượng nhiệt độ 250C Ắc quy kiểm tra phải có dung lượng đạt 92% dung lượng danh định ba chu kỳ đầu • Khả phóng điện khởi động ắc quy Khả phóng điện khởi động xác định khả phóng điện chu kỳ thứ với dòng phóng Ip = C 20A Chỉ tiêu để áp dụng cho ắc quy không thuộc lại tích điện khô Các thông số ắc quy phải đạt theo bảng Bảng 2: • Khả chịu rung động Bình ắc quy đưa lên máy chấn động 70 lần/phút máy rung 2000 lần/phút, sau ba bình không nứt vỏ phóng điện theo thông số bảng Thời gian phóng điện khởi động tối thiểu phải đạt phút • Khả nhận nạp điện Khả nhận nạp điện ắc quy xác định dòng điện nạp Bình ắc quy chưa qua sử dụng sau nạp no, phóng điện với Ip = 0,1 C 20A, sau nạp với điện áp 7,2V (đối với bình 6V) 14,4V (đối với bình 12V), 10 phút dòng điện nạp không nhỏ 0,1 C20A • Khả chịu nạp ắc quy Bình ắc quy phải chịu nạp dòng điện liên tục không đổi In = 0,1 C20A 100 với chu kỳ liên tục Sau chu kỳ nạp 100 để hở mạch 68 phóng kiểm tra dòng điện Ip = C 20 A nhiệt độ 40±30C đến điện áp cuối ắc quy theo bảng • Tổn thất dung lượng (tự phóng) bình ắc quy Tổn thất dung lượng bình ắc quy so với dung lượng danh định sau 14 ngày đêm không giảm 14% • Tuổi thọ ắc quy • Trang 31 Tuổi thọ ắc quy tính theo chu kỳ phóng nạp điện Tuổi thọ ắc quy phải đạt thấp 240 chu kỳ theo phép thử quy định tiêu chuẩn Ưu điểm nhược điểm 4.1 Ưu điểm: Đối với ắc quy chì – acid kín khí: • Điện làm việc cao ổn định • Dễ chế tạo, nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền • Dung lượng chế tạo lớn (1500Ah/ắc quy đơn) • Sử dụng, bảo quản dễ dàng • Khả thu hồi tái sinh cao • Hạn chế tối đa thoát khí, rò rỉ điện dịch acid bảo dưỡng, an toàn cho môi trường thiết bị kết nối Đối với ắc quy chì – acid hở khí: • Bền, dòng cao, giá thành rẻ • Không đắt tiền 4.2 Nhược điểm: • Khả phóng điện cao, dễ hao hụt dung lượng phóng điện • Gây hại đến môi trường chì • Ắc quy bị nổ sử dụng sai hỏng • Hầu hết chất hóa học ắc quy có tính ăn mòn cao, độc hại nên nguy hiểm ắc uy bị rò rỉ • Các chất hóa học sử dụng ắc quy gây tiêu hao đến tài nguyên ắc quy qua sử dụng gây nên rác thải công nghiệp lớn III KẾT LUẬN “Công nghệ sản xuất ắc quy chì acid” không ngừng nghiên cứu cải tiến ý nghĩa nâng cao chất lượng sản phẩm ắc quy, có ý nghĩa lớn khai thác ưu điểm hệ thống thiết bị mà nhập công nghệ từ nước ngoài, tiết kiệm điện năng, nguyên liệu tăng lực sản xuất, hạ giá thành sản phẩm, cung cấp cho khách hàng sản phẩm, dịch vụ với chất lương tốt nhất, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế, trị, xã hội đất nước Khi sống đại, văn minh nhu cầu lượng yêu cầu môi trường cấp thiết việc nghiên cứu cải tiến công nghệ sản xuất lượng dự trũ nói chung “công nghệ sản xuất ắc quy chì acid” nói riêng đề tài cần thiết Trang 32 Tài liệu tham khảo [Điện hóa học, Nguyễn Khương, NXB Khoa học kĩ thuật 1999] Các trang web (ngày 26/03/2017) https://play.google.com/books/reader?id=8bMoshJhCwC&printsec=frontcover&output=reader&hl=vi&pg=GBS.PP1 http://www.edisontechcenter.org/batteries.html https://en.wikipedia.org/wiki/Lead%E2%80%93acid_battery http://www.mpoweruk.com/leadacid.htm http://batteryuniversity.com/learn/article/lead_based_batteries http://tigerheadbattery.en.made-in-china.com/product/JbMxEsHYYyro/China-Long-DurationAutomotive-Battery-Lead-Acid-Batteries.html http://www.ecomena.org/managing-lead-acid-batteries/ http://www.ausetute.com.au/pbbattery.html http://tailieumienphi.vn/tags/pin-axit-chi Trang 33 ... hiểu thêm công nghệ sản xuất ắc quy , từ định chọn đề tài: Công nghệ sản xuất ắc quy chì – acid” Hình số phẩm quy chì acid có thị trường ảnh sản ắc Hiểu công nghệ sản xuất ắc quy chì – acid,... sang công đoạn trát cao Công đoạn tạo bột chì: chì thỏi nguyên chất có hàm lượng 99,97% đưa vào nồi nấu đúc thành bi chì trước đưa vào máy nghiền bi Sau nghiền, bột chì bị oxy hóa thành chì oxit... phần 75% PbO - 25% Pb) gầu tải chuyển sang công đoạn trộn cao Công đoạn trộn cao: bột chì sau đưa từ công đoạn bột chì sang định lượng pha trộn với axit H2SO4 có tỷ trọng (d = 1,38 kg/l) số phụ