CÔNG NGHỆ ACQUI CHÌ AXIT

thành cơ năng trong các xe đạp điện, máy điện…Từ những ứng dụng thực tiễn nói trên,con người đã nghiên cứu và chế tạo được nhiều loại ắc quy.Trong đó, ắc quy chì acid là một loại ắc quy

sử dụng điện năng, phần lớn các thiết bị đều sử dụng điên lưới Tuy nhiên thực tế cónhững lúc rất cần năng lượng điện mà ta không thể lấy năng lượng điện từ lưới điệnđược Do đó, ắc quy được thiết kế trở thành một nguồn điện dự phòng nhằm mục đíchđảm bảo nguồn điện không bị gián đoạn khi xảy ra các sự cố mất điện bất thường Nguồnnăng lượng lưu trữ trong ắc quy là một nguồn điện dự phòng rất quan trọng được sử dụngcho điều khiển, bảo vệ, dừng khẩn các thiết bị tổ máy, hệ thống chiếu sáng khẩn và hệthống điều khiển trạm điện … Ngoài ra, ắc quy còn được sử dụng làm nguồn khởi động,đèn chiếu sáng trong các xe ô tô, xe máy, hay là nguồn năng lượng được chuyến hóa

thành cơ năng trong các xe đạp điện, máy điện…Từ những ứng dụng thực tiễn nói trên,con người đã nghiên cứu và chế tạo được nhiều loại ắc quy.

Trong đó, ắc quy chì acid là một loại ắc quy được lựa chọn để và sử dụng khá rộngrãi trong đời sống như: khởi động các động cơ xe máy, ôtô, dùng chiếu sáng … Vì ắcquy chì acid có sức điện động của mỗi bản cực cao, có điện trở trong nhỏ Do những ứngdụng thực tiễn của ắc quy nên nhóm chúng tôi muốn tìm hiểu thêm công nghệ sản xuất

ắc quy , từ đó quyết định chọn đề tài: “Công nghệ sản xuất ắc quy chì – acid”.

Hiểuđượccôngnghệsản xuất ắc quy chì – acid, nhằm phục vụ ý tưởng cải tiến về mặt kĩ thuật có thể hạn chếcác nhược điểm của ắc quy chì – acid, nâng cao công suất, tuổi thọ của ắc quy…

II. PHẦN NỘI DUNG

1. Tổng quan về ắc quy chì – acid

Nhà khảo cổ học này đã rất ngạc nhiên khi ông mở một hộp sứ và phát hiện thanhsắt nhỏ ấy lại được đặt trong một ống tròn làm bằng đồng, trên thanh sắt có dấu vết của gỉgiống như đã bị dung dịch axit ăn mòn

Chính những điều phát hiện trên khiến Conic nghi ngờ và đặt ra câu hỏi đây là những bình ắc quy và tại sao cách đây hơn 2.000 năm người ta đã phát minh ra được bình acquy này?

Sự phát hiện mới này khiến nhà khảo cổ học Conic say sưa nghiên cứu Từ đó ôngcòn phát hiện, ngoài việc vỏ bình làm bằng gốm sứ ra thì tất cả những gì làm nên chiếcbình này đều không khác so với bình ắc quy khô ngày nay Các bình ắc quy này sau khiđược đổ đầy giấm hay dung dịch điện phân khác có khả năng tạo ra điện áp khoảng 1,1V.

Theo ông Conic thì sau khi nghiên cứu, ông khẳng định, Năm 250 trước Côngnguyên, người Patea đã biết phát minh và sử dụng bình ắc quy Đặc biệt hơn là nhữngchiếc bình ắc quy ấy giống hệt bình ắc quy ngày nay

Vậy câu hỏi đặt ra là, cách đây hơn 2.000 năm trước, người Patea đã làm như thếnào để có được những chiếc bình ắc quy như thế? Câu hỏi này vẫn khiến nhiều nhà khoahọc đau đầu tìm lời giải và những tranh cãi, giả thuyết vẫn chưa được chấp nhận

Những chiếc bình ắc quy hiện đại đầu tiên được phát minh vào thế kỷ 18 trong

nỗ lực nghiên cứu của Luigi Galvani từ 1780 đến 1786 Qua quá trình thực nghiệm, LuigiGalvani đã phát hiện ra rằng, khi chạm hai thanh kim loại khác nhau vào đùi một con ếch(chiếc đùi này đã tách rời khỏi cái thân ếch đã chết), một dòng điện sẽ tạo ra và làm chochiếc đùi đạp một cái Ông ngẫm nghĩ về hiện tượng kỳ lạ này và cố gắng tìm lời giảiđáp Bỗng dưng, một ý tưởng hiện ra trong óc ông: điện! Galvani kết luận rằng có điện tạimọi vật, ngay cả trong đôi chân ếch Thứ điện này được ông gọi là “điện của sinh vật”

Galvani liền viết một bài báo nói về sự phát hiện của mình Cả châu Âu phảisửng sốt về điều tìm thấy mới lạ này và điện của sinh vật trở nên đầu đề cho các câuchuyện khoa học thời bấy giờ Ngày nay, chúng ta biết rằng Galvani đã nhầm lẫn ở chỗgọi điện của sinh vật và ông ta không tìm ra điện ở đâu mà có Tuy nhiên phat hiện củaGalvani đã mở đường cho công việc chế tạo điện bằng kim loại và hóa chất sau này

Alessandro Volta (1745-1827) là Giáo Sư Vật Lý tại trường Đại Học Pavie nước

Ý Ông đã khảo cứu nhiều về điện học và đã tìm cách tăng hiệu quả của chai tụ điện Từkhi Galvani phổ biến các nhận xét về điện thì tại các phòng thí nghiệm của châu Âu, cácnhà khoa học đã làm nhiều thí nghiệm về đôi chân ếch Có người lại dùng dây dẫn điệnnối chai Leyde với đôi chân ếch và đã thấy đôi chân con vật bị co giật mạnh gấp bội Dothí nghiệm này, nhiều nhà khoa học bắt đầu nghi ngờ lý thuyết điện của sinhvật Volta thử lại thí nghiệm của Galvani và lúc đầu chấp nhận ý kiến của Galvani Nhưng

về sau, chính Volta đã chứng minh sự lầm lẫn của Galvani Theo Volta thì cơ thể con vậtchỉ là một chất dẫn điện thường Điện sinh ra trong các kim loại dị chất đã kích thích cácdây thần kinh, và làm hoạt động các cơ Nói cách khác con vật không thể vừa là chủ độngvừa là bị động Con vật chỉ bị động do điện sinh ra từ bên ngoài nó Mặt khác, Volta thấyrằng chỉ có sự co giật khi chân ếch được đặt lên mặt bàn bằng kim loại và được đâm bằngmột thứ xiên kim loại Còn trong trường hợp chân ếch treo trên thanh sắt bao lơn bằngmột móc đồng, chân ếch chỉ co giật khi chạm vào thanh sắt Như vậy cần phải có haithứ kim loại khác nhau để có sự co giật đó Và để chứng minh sự lầm lẫn của sự Galvani,Volta tạo ra điện với một thanh đồng và một thanh kẽm mà không cần có cơ thể con ếch Như trong bài của Volta mô tả, chiếc “máy phát điện nhân tạo” mà ông sángchế thật ra cực kỳ đơn giản: “chỉ là tập hợp một số những chất dẫn điện có tính chất khácnhau, sắp xếp theo một cách nào đó” Cụ thể, như Volta trình bày rất dễ hiểu, là khoảng

20 đơn vị chồng lên nhau Mỗi đơn vị gồm một chiếc đĩa bằng đồng (hay tốt hơn, bằngbạc), và một chiếc đĩa thiếc (hay kẽm) xấp xỉ cùng bán kính, được chia cách bằng mộttấm bìa (hay da) tẩm nước muối Tấm da nhỏ hơn các đĩa kim loại Đĩa bạc của đơn vị thứhai sẽ chồng lên đĩa thiếc của cái thứ nhất, và cứ tiếp tục như thế cho đến cái cuối cùng Ởcuối và đầu chồng đĩa là một chất dẫn điện (dây kim loại, hoặc một bộ phận của thânngười!) Khi hai chất dẫn điện chập với nhau (hai tay người, mỗi tay áp sát vào một đầucủa chồng đĩa), một dòng điện sẽ chạy qua Volta đã không ngần ngại thử nghiệm dòngđiện chạy qua thân mình với chiếc máy đầu tiên của ông!

“Máy phát điện nhân tạo” đầu tiên vừa ra đời, nhưng cái tên dài dòng đó khôngtruyền lại hậu thế.Người đời giữ lại hình ảnh chiếc máy từ mô tả của ông, gọi nó là một

chồng, tiếng Ý là pila, tiếng Pháp pile được phiên âm ra tiếng Việt: pin Volta cũng không

có trong tay lý thuyết về cấu tạo nguyên tử của hoá chất để giải thích các phản ứng lý –hoá tạo ra dòng điện trong chiếc “máy” của ông: ở hai cực của pin, trong dung dịch điệnphân (nước muối) sẽ diễn ra hai “nửa-phản ứng”, oxy hoá (ở cực dương) và khử (cực âm),tạo ra một trao đổi electron (điện tử), và khi một sợi dây dẫn điện được nối với hai cựccủa pin, electron chạy vào dây tạo ra dòng điện

Volta chính là người đã tạo ra nguồn điện một chiều đầu tiên

Phát minh của Volta là một trong những nguyên nhân đầu tiên và quan trọngnhất của thay đổi này”

Năm 1836, nhà hoá học người Anh John Daniell chế ra loại pin (mang tên ôngsau đó) dùng hai dung dịch điện phân khác nhau bao quanh hai cực (kẽm và đồng), nốivới nhau bằng một “cầu điện phân”, còn gọi là “cầu muối” vì làm bằng clorua kali (KCl),nhằm giữ thế cân bằng các electron ở hai cực

Năm 1866, Georges Leclanché (Pháp) chế ra chiếc pin khô hình thỏi quenthuộc ngày nay, với một cực bằng kẽm và một bằng than chì (graphite) bao chung quanhbởi một lớp dioxit mangan (MnO2) Loại pin này được cải tiến sau đó bằng việc sử dụngdung dịch hydroxit kali (KOH) làm chất điện phân, do đó được gọi là các pin kiềm(alkaline), có tuổi thọ lớn hơn nhiều so với các pin Leclanché loại cũ, nhưng vẫn giữ hìnhthỏi cùng cỡ với các pin này (hai cỡ phổ biến, theo ký hiệu quốc tế là AAA – nhỏ và AA –lớn hơn)

Việc sản xuất ắc quy/pin có bước tăng trưởng đột biến trong Thế chiến thứnhất, chúng được sử dụng chủ yếu cho chiếu sáng và liên lạc vô tuyến Trong thời giannày, ắc quy đã có được những cải tiến quan trọng giúp chúng có hiệu suất hoạt động caohơn nhờ vào việc ứng dụng các vật liệu và phương pháp sản xuất mới

Ngày nay, ắc quy đã trở thành một sản phẩm không thể thiếu Chúng được sửdụng để vận hành hàng tỉ thiết bị điện dân dụng thương mại, y tế, công nghiệp và quân sựtrên khắp thế giới Nhu cầu sử dụng ắc quy ngày một gia tăng

1.2.Phân loại 1.2.1 Loại Ắc quy axit-chì hở khí (Vented Lead-Acid Batteries)

- 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 1 thời gian sửdụng dung dịch sẽ bị bay hơi, vì vậy ta phải “châm nước” (bảo dưỡng) thường xuyênmỗi khi ắc quy cạn dung dịch Nếu không châm dung dịch axit kịp thời, ắc quy sẽ bịcạn dung dịch và mất khả năng tích điện, phóng điện và thậm chí là bị phù dẫn đến hưhỏng bình Khi sạc dung dịch bên trong ắc quy sẽ tạo ra khí hydro và oxy kèm theo hơiacid bay ra ngoài có mùi rất khó chịu và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người dùng.Nếu đặt bình bị nghiêng thì dung dịch axit sẽ chảy ra ngoài gây ăn mòn thiết bị và gâyhại tới người dùng Vì những yếu điểm đó mà dòng ắc quy này thường chỉ được dùngtrong những môi trường ngoài trời như 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 này cũng sử dụng dung dịch axit H2SO4 dạng lỏng làm dung dịch điện phân Tuynhiên, miễn bảo dưỡng có nghĩa là người dùng không cần phải can thiệp bằng cáchchâm nước như loại ắc quy bảo dưỡng Đối với loại ắc quy này, khi sạc khí hydro vàoxy vẫn thoát ra ngoài nhưng ít hơn loại ắc quy bảo dưỡng, cũng như loại ắc quy bãodưỡng nếu để không đúng vị trí (nghiêng, sấp, …) thì dung dịch bên trong ắc quy sẽchảy ra ngoài Loại ắc quy này được thiết kế hầu hết cho mục đích “khởi động” haycòn gọi là “kích điện” – điều này thể hiện ở hai cực của ắc quy, đó là thông thường haicực của loại này được thiết kế theo dạng tròn và rất lớn – vì khi kích điện, ví dụ cho xetải, xe ô tô, máy phát, … ắc quy cần phóng một lượng điện cực lớn trong một khoảngthời gian rất ngắn để khởi động động cơ

1.2.2 Loại ắc quy axit-chì kín khí (Valve-Regulated Lead-Acid/Sealed Lead Acid Batteries).

Thuật ngữ “ắc quy kín khí” là chính xác nhất để đặt tên cho dòng sản phẩmnày vì kín khí tức là khí không thể thoát ra ngoài; một khi khí không thoát được thì dungdịch trong ắc quy cũng không thể “lọt” ra ngoài khi bình được đặt ở tất cả các tư thế khác

nhau Do đó, đối với loại ắc quy kín ta không cần bảo dưỡng châm dung dịch (Free Maintenance) Hai cực dương âm của loại ắc quy này thường được thiết kế rất mảnh

mai Điều này là dễ hiểu, vì ắc quy này không dùng cho mục đích khởi động mà là dùngcho những môi trường cần dòng phóng ổn định và duy trì dòng phóng trong một khoảngthời gian dài Dòng sản phẩm này được thiết kế rất đa dạng cho nhiều mục đích khácnhau

Ví dụ: bộ tích điện (UPS), Inverter, telecom, electrical utilities, xe điện, cửa,báo cháy, an ninh, …

Nhà sản xuất chuyên nghiệp thường chia dòng sản phẩm này thành nhữngphân cấp đặc thù cho những mục đích sử dụng khác nhau

Ví dụ, với bộ tích điện (UPS), có thể cả tháng hoặc hơn thế UPS mới phải

“làm việc” 1 lần; Tuy nhiên, với xe đạp điện/ xe điện, acquy sẽ phải “cõng” chủ nhân của

nó 07 ngày/ 1 tuần

Điều kiện làm việc của ắc quy dùng cho hệ thống solar cũng tương tự như xeđiện (mật độ làm việc gần như theo chu kỳ một ngày) Nếu bạn lấy một sản phẩm dùngcho UPS đem gắn vào cho xe đạp điện thì quả thật … sai lầm to Nhưng ngược lại, bạnlấy một sản phẩm ắc quy được thiết kế cho xe điện đem gắn vào UPS thì lại là lựa chọn

“sáng suốt” Loại ắc quy kín khí này được phân làm 2 loại sau:

- Ắc quy khô tấm hút (Absorbent glass mat GEL): Ắc quy khô tấm hút

(AGM) này không phải là dạng có dung dịch khô hoàn toàn mà thật ra dung dịch điệnphân được giữ trong các tấm sợi thủy tinh, các tấm sợi thủy tinh này được đặt giữa cácbản cực (+) &(-) Các sợi thủy tinh rất mỏng được dệt lại với nhau thành dạng tấm đểtăng diện tích bề mặt để giữ dung dịch điện phân không bị bay hơi và thiếu hụt trong suốtchu kỳ sống của ắc quy Các tấm sợi thủy tinh này không bị ảnh hưởng bởi axit Các tấmbản cực của loại ắc quy khô tấm hút này có thể có nhiều hình dạng khác nhau như phẳng,uốn cong hoặc dạng cuộn… Ắc quy khô dùng trên ôtô, xe máy hiện nay đa phần đềuthuộc loại ắc quy khô tấm hút AGM (Absorbed Glass Mat) Một ưu điểm lớn nữa của ắcquy khô AGM là có hiệu suất nạp điện ắc quy rất cao nên tốn ít năng lượng khi nạp, chỉtiêu thụ chưa đến 1/3 năng lượng so với loại ắc quy axit ướt thông thường Vì vậy khi sửdụng ắc quy AGM, xe sẽ tiết kiệm xăng hơn

-Ắc quy khô 100% (100% Gel): Đây mới đích thị là acquy Gel và có thể gọi

là “khô” đúng nghĩa – Gel 100% Ắc quy công nghệ GEL được thiết kế với tấm cáchPVC – SiO2 có cấu tạo siêu thẩm thấu Dung dịch điện phân là một hỗn hợp axit kết hợpvới oxit silic, tạo thành loại dung dịch điện phân dưới dạng cô đặc Bản cực là một thànhphần hóa học đặc biệt cho phép tuổi thọ và chu kỳ xả sâu cao hơn 50% so với ắc quyAGM Có khả nặng phục hồi tốt dung lượng sau quá trình phóng xả sâu

• So sánh hai loại ắc quy thông dụng

Thị trường hiện có hai loại ắc quy thông dụng là: ắc quy axít kiểu hở và ắc quy axítthiết kế theo kiểu kín khí – miễn bảo dưỡng (loại này hay bị gọi là ‘ắc quy khô’ nhưng thực ra thì dùng từ này là không đúng lắm bởi ắc quy khô một cách chính xác là loại ắc quy không dùng điện dịch) Sự khác nhau giữa hai loại ắc quy này thể hiện trong bảng sau:

Tiêu chí Ắc quy axít thông thường (loại

Giá

thành

Rẻ hơn so với loại ắc quy kín khí

bởi chế tạo đơn giản hơn Đắt hơn so với ắc quy thông thường, nhiều hãng phải nhập nước ngoài (Ví dụ loại

ATLAS nhập từ Hàn Quốc, Thunder do GS nhập khẩu)

Không có nút ở các ngăn bình, thường ghi

rõ ắc quy không cần bảo dưỡng ở vỏ bình hoặc tài liệu kèm theo

Trạng

thái Tương đương nhau Tương đương nhau, nhưng sau khi phát dòng điện lớn thì ắc quy kín khí thường

điện

phục hồi điện áp nhanh hơn, tuy nhiên điều này không ảnh hưởng đến hoạt động của kích điện

quy (Ví dụ loại 100Ah chỉ nên

nạp với dòng cao nhất là 10A)

- Khi nạp ắc quy không phát sinh khí ra môitrường bên ngoài nên không có mùi

- Dòng điện nạp có thể lên tới 0,25 lần trị sốdung lượng ắc quy (ví dụ loại 100 Ah có thểnạp với dòng lớn nhất là 25A)

Chế độ

bảo

dưỡng

- Nếu mức điện dịch từng ngăn ở

ắc quy thấp hơn quy định thì phải

bổ sung

- Định kỳ phải nạp điện bổ sung

cho ắc quy Chu kỳ nạp định kỳ

khoảng 3 tháng/lần nếu không nối

với thiết bị tiêu thụ điện

- Không phải bổ sung điện dịch trong quá trình sử dụng

- Phải nạp điện định kỳ trong thời gian không sử dụng, nhưng chu kỳ nạp định kỳ dài hơn so với loại ắc quy axít thông thường

 So bảng trên thì ta thấy rằng ắc quy kín khí sẽ có nhiều ưu việt hơn so với ắc

quy axít thông thường, nếu tình hình tài chỉnh cho phép thì bạn nên chọn loại ắc quy kínkhí Nếu sử dụng loại ắc quy axít thông thường thì cần lưu ý đến điều chỉnh dòng nạp vàđặc biệt lưu ý không gây phát sinh tia lửa (do chạm chập dây hoặc hút thuốc) gần ắc quykhi nạp bởi chúng dễ gây cháy nổ hơn loại kín khí (quá trình nạp có thể xảy ra sự điệnphân nước để tạo ra hai chất khí dễ cháy nổ là Hiđrô và ôxy)

Ngoài hai loại thông dụng trên thì thị trường cũng có một số loại ắc quy khô mộtcách thực sự, chúng vẫn dùng cá bản cực bằng PbO2 và Pb với điện môi H2SO4 nhưngđược trữ ở dạng keo sệt (gel) Ưu điểm của loại ắc quy này là chúng không gây mùi khóchịu khi nạp điện, không gây chảy axit khi bị vỡ, có thể hoạt động ở các vị trí đặt khácnhau Nhược điểm là chế độ nạp khắt khe và không chịu được quá nạp (khi nạp loại nàychỉ được nạp với dòng nhỏ hơn 1/20 dung lượng), nếu thường xuyên quá nạp loại ắc quynày thì tuổi thọ của chúng sẽ giảm rất nhanh

1.3.Cấu tạo (acquy chì-axit hở khí):

Hình Cấu tạo ắc quy.

Bình acquy axít gồm vỏ bình có các ngăn riêng thường là ba hoặc sáu ngăn tuỳtheo loại acquy 6V hay 12V Trong mỗi ngăn có đặt khối bản cực gồm phân khối bản cựcdương và phân khối bản cực âm ngăn cách với nhau bằng các tấm ngăn Mỗi ngăn nhưvậy được coi là một acquy đơn Các acquy đơn nối tiếp với nhau bằng các cầu nối và tạothành bình acquy Ngăn đầu và ngăn cuối có đầu tự do và được làm theo dạng côn Mặttrên có dấu ( + ) hoặc (- ) tạo thành các đầu cực cuả acquy Dung dịch điện phân ( dungdịch axít sunfuric ) được đổ vào từng ngăn theo mức quy định Thường người ta để ngậpquá cạnh trên cuả các bản cực khoảng 10 – 15 mm Để tránh hư hỏng cho các tấm ngăn

và bản cực khi kiểm mức dung dịch trong mỗi ngăn người ta thường đặt trên mỗi bản cựcmột tấm bảo vệ bằng lưới clovinhin hoặc vinhiplat Trên cùng của mỗi ngăn có nắp và đểđảm bảo độ kín giữa nắp với thành vỏ bình người ta đổ một lớp sáp chịu axit gồm khoảng75% nhựa đường và 25% dầu máy

- Vỏ bình: Vỏ bình acquy hiện nay được chế tạo bằng các loại nhựa êbônít hoặc

axphantôpéc hoặc cao su nhựa cứng So với nhựa axphantơpéc thì êbônit có độ bền hơn

và khả năng chịu axít tốt hơn nhiều Để tăng độ bền vững và khả năng chịu axit cho bìnhnhựa axphantơpéc, khi chế taọ người ta ép vào bên trong bình một lớp lót chịu axit dày0,6 mm bằng pôluclovinlim Nhờ lớp này mà tuổi thọ của vỏ bình tăng lên 2-3 lần Đặcđiểm của vỏ bình là phía trong chia thành các vách ngăn riêng biệt bằng những vách ngăn

kín và chắc Ở đáy của mỗi ngăn có 4 sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống giữađáy bình và mặt dưói của khối bản cực Nhờ vậy mà tránh được hiện tượng chập mạchgiữa các bản cực do chất kết tủa rơi xuống đáy bình gây nên Ở một số bình acquy cỡ lớnngưòi ta có thể lắp thêm các quai sắt vào vỏ bình để khi di chuyển được dễ dàng hơn

- Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực:

Bản cực gồm cốt hình mắt cáo , trên đó trát đầy chất tác dụng Cốt đúc bằng hợp kim chì-Antimon (87-95% +5-13% Sb) Antimon trong hợp kim có tác dụng tăng độ cứng vững

và giảm han gỉ cho cốt Hợp kim này so với chì Pb nguyên chất có hệ số nổ dài nhỏ, nhiệt

độ nóng chảy thấp hơn và đặc tính đúc tốt hơn Cốt để giữa các chất tác dụng và phânphối dòng điện bằng khắp bề mặt bản cực Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đốivới các bản cực dương vì điện trở của các chất tác dụng (oxit chì PbO2) lớn gấp 10.000lần điện trở của chì nguyên chất Do đó càng tăng chiều dầy của cốt thì điện trở trongacquy sẽ càng nhỏ Cốt có khung bao quanh, có vấu để hàn nối các bản cực thành phầnphân khối bản cực và có hai chân để tỳ lên các sống đỡ ở đáy bình acquy Chân của cácbản cực dương và âm phải được phân bố sao cho phân khối 3 bản cực dương tỳ lên mộtđôi sống đỡ so le còn phân khối phân cực âm tỳ lên đôi sống đỡ so le kia Sự phân bố nhưvậy tránh được hiện tượng chập mạch qua phần sống đỡ Vì điện cốt của bản cực âm

không phải là yếu tố quyết định vả lại chúng cũng ít bị han gỉ người ta thường làm mỏnghơn bản cực dương Đặc biệt là hai tấm bên của phân khối bản cực âm lại càng mỏng vìchúng chỉ làm việc có một phía giáp với bản cực dương Chất tác dụng được chế tạo từbột chì, dung dịch axit sunfuric và khoảng 3% chất nổ như muối của các axit hữu cơ vànhững chất hữu cơ tổng hợp v.v đối với bản cực âm , còn đối với bản cực dương thì chấttác dụng được chế tạo từ các ôxit chì Pb3O4, PbO và dung dịch axit sunfuric Chất nổtrong bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp, giảm khả năng co và hiện tượng chống hoàcứa do bản cực Các bản cần có độ xốp và độ bền cao thì điện dung của acquy mới lớn vàtuổi thọ mới đảm bảo Các bản sau khi đã trát đầy chất tác dụng được ép lại sấy khô vàthực hiện quá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng vànạp vào dòng điện nhỏ Sau qúa trình như vậy chất tác dụng ở các bản cực dương hoàntoàn trở thành PbO2 (màu gạch sẫm) Còn ở các bản cực âm thành Pb (chì xốp màu ghiđá) Sau đó các bản cực được đem rửa, sấy khô và lắp ráp Những bản cực cùng loại(cùng dương hoặc cùng âm) được hàn vào vấu cực theo dấu theo số lượng quy định vàtạo thành khối bản cực, khoảng cách giữa các khối bản cực trong phân phối phải đủ đểchứa một bản cực khác loại và các tấm cách điện – tấm ngăn Các khối bản cực và tấmngăn được lắp lại thành khối bản cực sao cho các bản cực âm và dương xen kẽ nhau vàcách điện cới nhau bằng các tấm ngăn có độ xốp cao Trong mỗi khối bản cực số bản cực

âm, bao giờ cũng nhiều hơn số bản cực dương một bản với mục đích để sử dụng các bảncực dương triệt để hơn và giảm bớt cong vênh cho các bản cực dương ở hai bên khi dòngđiện phóng hoặc nạp lớn

- Tấm ngăn: Tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm đồng thời để đỡ chất tác dụng ở các bản cực bớt bị bong rơi ra khi sử dụng acquy Các tấm ngăn phải là chất cách điện, có độ xốp thích hợp để không ngăn cản dung dịch điện phân thấm đến các bản cực Chúng phải bền vững có độ dẻo, chịu axit và không chứa các tạp chất, nhất là sắt Các tấm ngăn hiện nay thường được chế tạo bằng mipo (êbônit xốp mịn), miplát (pôliclounnhin xốp mịn), platchipo

(pêclovinhin xốp mịn), pôrôvinhin, pênôphát hoặc bông thuỷ tinh ghép với miplat hoặc

gỗ v.v Cấu tạo tấm ngăn có dạng hình chữ nhật Các tấm ngăn bằng mipo, miplát, pênôplát thường dấy 1,5 ÷ 2,4 mm và có một mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn một mặt có hình sóng hoặc có gồ hướng về phía bản cực dương, tạo điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến các bản cực dương và dung dịch lưu

thông tốt hơn Để đảm bảo cách điện tốt nhất, các tấm ngăn được làm rộng hơn so với các bản cực đặc biệt là chiều cao Đối với các tấm ngăn kết hợp thì lớp bông thuỷ tinh thường dày 0,4 ÷0,8 mm ghép với tấm ngăn miplát tạo thành tấm ngăn hai lớp hay thường gọi là tấm ngăn kép Loại này tăng được tuổi thọ của ắc quy nhưng đặc tính sử dụng lại kém đi khoảng 10% Trong một vài trường hợp người ta còn sử dụng tấm ngăn kép bằng gỗ và lưới nhựa

Hình Cấu tạo của khối bản cực.

- Nắp, nút và cầu nối: Nắp làm bằng nhựa êbônit (đối với bình làm bằng êbônit)

và bằng bakêlit (đối với bình bằng nhựa axphantôpéc)

Nắp có hai loại:

1-Từng nắp riêng cho mỗi ngăn (nắp ngăn)

2-Nắp chung cho cả bình (nắp bình) Loại này kết cấu phức tạp nhưng độ kín tốt.Kết cấu của loại nắp ngăn thông dụng nhất hiện nay Các lỗ bên để luồn các vấu cực củakhối bản cực ra Lỗ có ren ở giữa được gọi là lỗ đổ, để dung dịch điện phân vào các ngăn

và để kiểm tra mức dung dịch điện phân, nhiệt độ và nồng độ dung dịch trong acquy Đểđảm bảo kín tốt, khi chế tạo người ta ép các lỗ bên của nắp những ống chì Khi hàn nốicác acquy đơn với nhau đầu vấu cực sẽ chảy ra và gắn liền với ống chì này và cầu nốithành một khối bảo đảm hoàn toàn kín ở chỗ lắp ráp Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren

để giữ cho dung dịch điện phân trong bình khỏi bị bẩn và bị sánh ra ngoài Ở nút có lỗnhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài trời lúc nạp acquy Nắp một số loại acquy có lỗthông khí riêng, nằm sát lỗ đổ Kết cấu như vậy rất thuận tiện cho việc điều chỉnh mứcdung dịch trong bình acquy Trong trường hợp này ổ nút không có lỗ khí nữa

- Dung dịch điện phân: Dung dịch điện phân trong bình acquy là dung dịch axitsunfuric (H2SO4 ) được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ quy địnhtuỳ thuộc vào điều kiện khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn Nồng độ của acquy có thể

từ 1,21g/cm3 đến 1,31g/cm3 Cần nhớ rằng: nồng độ quá cao sẽ chóng hỏng tấm ngăn,chóng hỏng bản cực, dễ bị sunfat hoá trong các bản cực nên tuổi thọ và điện dung củaacquy cũng giảm dần đi rất nhanh Nồng độ quá thấp thì điện dung định mức và thế hiệucủa acquy giảm và ở những nước xứ lạnh vào mùa đông dung dịch dễ bị đóng băng.Nồng độ của dung dịch điện phân luôn thay đổi theo mức phóng và mức nạp của ắc quy.Ngoài ra còn phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch Người ta thường lấy nhiệt độ +150Clàm mốc để tiêu chuẩn hoá nồng độ của dung dịch điện phân Để xác định nồng độ người

ta dùng tỷ trọng kế Mỗi một độ chênh lệch so với mốc +150C đều cho sai số0,0007g/cm3 Do đó khi thấy nhiệt độ của dung dịch cao hơn +150C thì phải cộng thêmsai số vào kết quả đọc được theo tỷ trọng kế còn nếu thấy nhiệt độ dung dịch thấp hơn+150C thì phải trừ đi

* Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho ắc quy axit :

+ Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại axit kỹ thuậtthông thường và nước không phải là nước cất vì dùng như vâỵ sẽ làm tăng cường độ quátrình tự phóng điện của ắc quy

+ Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thuỷ tinh , sứ hoặc chất dẻo chịu axit Chúng phải sạch không chứa các muối khoáng , dầu mỡ và các tạp chất v.v

+ Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế tuyệt đối không được để nước vào axitđặc mà phải đổ từ từ axit vào nước và dùng que thuỷ tinh khuấy đều

1.4 Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ của acquy chì-axit:

(-) Pb H2SO4 PbO2

,Pb (+)

Acquy là nguồn năng lượng một chiều có tính chất thuận nghịch: Nó tích trữ năng lượngdưới dạng hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng Quá trình acquy cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình phóng điện/xả điện Ngược lại, quá trình acquy được tích trữ năng lượng được gọi là quá trình sạc hay nạp điện Thế điện cực và sức điện động của acquy:

- Thế điện cực tiêu chuẩn của cực âm (Anot):

Pb(s) + SO42- (aq) → PbSO4(s) + 2e−

- Thế điện cực tiêu chuẩn của cực dương (Catot):

PbO2(s)+SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e− → PbSO4(s) + 2H2O(l)

Cũng theo biểu thức trên ta thấy giá trị sức điện động E của acquy axit phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ axit H2SO4.

chì-1.4.1 Quá trình phóng/xả điện: diễn ra nếu như giữa hai cực ắc quy có một

thiết bị tiêu thụ điện, phản ứng hóa học xảy ra như sau:

Sơ đồ mô phỏng quá trình phóng điện của ắc quy chì acid Tại cực dương (Catot): PbO2(s) + SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e− → PbSO4(s) + 2H2O(l)

Tại cực âm (Anot): Pb(s) + SO42- (aq) → PbSO4(s) + 2e−

Phản ứng toàn bình: Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O (l)

Đường cong của quá trình phóng điện

Khi ắc quy phóng điện cho mạch ngoài thì axit H2SO4 bị tiêu hao, nước đượcsinh ra, nồng độ axit giảm 4,5mol/l -1mol/l), sức điện động giảm và điện trở trong tăng.Quá trình phóng điện kết thúc khi mà PbO2 ở cực dương và Pb ở cực âm hoàn toànchuyển thành PbSO4

1.4.2 Quá trình sạc/nạp điện: Trong quá trình sạc, lớp chì sulfat (PbSO4) bịđiện phân, cực âm hình thành cực chì, cực dương sẽ hình thành cực chì oxit Quá trìnhsạc được điều khiển bởi các electron buộc phải di chuyển từ cực dương đến cực âm của

ắc quy Do tác dụng của dòng điện nạp mà bên trong ắc quy sẽ có phản ứng ngược lại so

với chiều phản ứng trên

Sơ đồ mô phỏng quá trình nạp điện của ắc quy chì acid

Tại cực dương: PbSO4(s) + 2H2O(l) → PbO2(s) + SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e−

Tại cực âm: PbSO4(s) + 2e− → Pb(s) + SO42- (aq)

Phản ứng chung gộp lại trong toàn bình sẽ là: