Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV Bài tiểu luận: Nghiên cứu Pin Acquy Nội dung: Pin acquy thiết bị đóng vai trò nguồn điện thu nhỏ sống ngày Tuy thân quen gần gũi bạn tự hỏi cục pin nhỏ lại tạo nguồn điện? Cơ sở để cấu tạo nên chúng? Và chúng hoạt động nào? A Giới thiệu Để trả lời cho câu hỏi nhóm chúng tơi tiến hành tìm hiểu pin acquy nhiều mặt: sở lý thuyết, người chế tạo ra, nguyên lý hoạt động, ứng dụng, cách tạo pin điện hóa đơn giản, cách sử dụng tránh gây lãng phí B.Nội dung Cơ sở lý thuyết 1.1 Nguồn điện Nguồn điện thiết bị tạo trì hiệu điện hai cực Mỗi nguồn điện có hai cực cực dương cực âm ln tích điện khác giũa hai cực ln trì hiệu điện 1.2 Lực lạ Lực lạ bên nguồn điện lực có chất lực điện Tác dụng lực lạ tách chuyển electron ion dương khỏi cực nguồn điện tạo thành cực âm ( thừa nhiều electron) cực dương ( thiếu thừa electron) Do trì hiệu điện hai cực nguồn điện Dựa sở người ta sáng tạo phát minh pin acquy phục vụ cho đời sống Pin – Pin điện hóa Pin nguồn cung cấp lượng hoạt động cho tất thiết bị cầm tay có ưu điểm như, nhỏ, nhẹ, cung cấp điện áp ổn định Cơ sở chế tạo: Xét kim loại tiếp xúc với chất điện phân ( dung dịch muối, axit, bazo) Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV + Do tác dụng hóa học mặt kim loại dung dịch điện phân xuất hai loại điện tích trái dấu + Khi đó, kim loại dung dịch điện phân có hiệu điện xác định gọi hiệu điện điện hóa Hiệu điện điện hóa phụ thuộc vào: + Bản chất kim loại + Bản chất nồng độ dung dịch Khi ta nhúng kim loại khác loại vào dung dịch điện phân, hiệu điện điện hóa dung dịch điện phân khác nên chúng có hiệu điện xác định Dựa sở người ta chế tạo pin điện hóa ( gọi nguồn điện hóa học) Trong pin điện hóa, tác dụng hóa học đóng vai trò lực lạ Và nguồn điện hóa học chế tạo, sinh dòng điện lâu pin Volta Trước người tìm tìm thời cổ đại + Năm 1936, khai quật làng cổ 2.000 năm tuổi cách Ai Cập vài trăm km phía đơng nam, ngày thuộc I Rắc, người cơng nhân tìm thấy bình gốm nhỏ kỳ lạ + Những bình có chứa trụ đồng ngâm loại dung dịch đơng đặc, gắn vào bình nhựa đường Chúng xác định niên đại chế tạo vào khoảng từ năm Pin điện tiền sử, trưng bày Viện bảo tàng Bát Đa 248 trước công nguyên đến năm 226 sau công Nhà khảo cổ học tiếng người Đức Wilhelm Konig, kiểm ngun Trong số có bình tra mẫu vật đưa kết luận đáng ngạc nhiên: bình gốm loại pin điện thời tiền sử đất nung cao khoảng 14cm, màu vàng sáng có chứa xi lanh đồng dài khoảng 10cm đường kính tiết diện gần 3cm Ở xi lanh lõi thép, gắn vào bình keo nhựa đường Pin điện tiền sử viện bảo tàng Bát Đa, giống bình pin gốm khác mà người ta khai quật được, tất có niên đại từ năm 240 TCN đến năm 226 thời kỳ đế chế Parthi Tuy nhiên, tiến sĩ Konig phát bình đồng mạ bạc khác viện bảo tàng Bát Đa, khai quật từ vùng đất cổ người Sumer miền Nam I Rắc Khi giám định niên đại, người ta thấy chúng chế tạo từ 4.500 năm trước Khi bình dùi nhẹ vào, lớp gỉ đồng tách từ bề mặt, có đặc điểm lớp mạ điện bạc lên vật đồng Điều cho thấy người Pathi thừa kế Pin từ văn minh Sumer, văn minh phát triển sớm mà ngày biết đến Vào thập kỷ 70 kỷ trước, Nhà Ai Cập học người Đức, Arne Eggebrecht làm Pin Bát Đa dùng dung dịch nước nho ép nguyên chất mà ơng đốn nhà khoa học tiền sử dùng Bản sinh dòng điện 0,87V Ơng dùng dòng điện để mạ vàng cho tượng bạc Thí nghiệm chứng minh Pin điện sử dụng khoảng 1800 năm trước viên Pin phát minh Alessandro Volta năm 1799 Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV Pin Volta "Pin Volta" - Pin nhân loại đời vào năm 1795 Alessandro Volta (1745-1827) giáo sư vật lý Đại học Pavie, Italy phát minh Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745 – 1827) Nhà vật lý người Ý, người chế tạo pin (pin Volta) cha đẻ pin đại ngày 3.1 Cấu tạo + Cực dương đồng + Cực âm kẽm + Dung dịch điện phân H2SO4 lãng Mơ hình mơ 3.2 Nguyên tắc hoạt độngDo tác dụng hóa học, ion kẽm Zn2+ từ kẽm vào dung dịch axit sunfuric làm cho lớp dung dịch tiếp giáp với kẽm tích điện dương, kẽm thừa electron nên tích điện âm.Vì kẽm dung dịch có điện trường hướng từ dung dịch đến kẽm Điện trường ngăn cản dịch chuyển ion Zn2+ từ kẽm Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV vào dung dịch, đồng thời tăng cường dịch chuyển ngược lại ion Zn 2+ từ dung dịch vào kẽm _ Sự cân điện hóa học thiết lập số ion khỏi kẽm số ion vào kẽm Thí nghiệm chứng tỏ kẽm dung dịch có hiệu điện điện hóa khoảng U1 = - 0,74 V _ Còn phía đồng thí ion H+ có dd tới bám vào cực đồng thu lấy electron có đồng Do đó, đồng bớt electron nên tích điện dương Khi cân điện hóa dược thiết lập, đồng dd Nguyên tắc hoạt động pin Volta có hiệu điện điện hóa khoảng U2 = 0,34 V _ Kết cực pin Volta có hiệu điện xác định vào khoảng: U = U2 – U1 ≈ 1,1 V 3.3 Nguyên tắc tạo suất điện động pin volta Nhúng hai kim loại khác phương diện hóa học vào dung dịch điện phân, hai hiệu điện điện hóa dung dịch điện phân khác nên hai kim loại có hiệu điện hở xác định & nối với mạch ngồi pin hình thành suất điện động có độ lớn hiệu điện hai đầu mạch hở 3.4 Giải thích tạo thành hiệu điện điện hóa (thế điện cực) Khi nhúng kim loại vào dd diện phân(muối, bazo, axit , H2SO4 ) xảy tượng sau : ion cation(+) kim loại nằm nút mạng tinh thể bề mặt kim loại chuyển động nhiệt hỗn loạn va chạm bị lực hút hóa học phân tử nước H2SO4 làm cho ion (+) kim loại tan vào dung dịch Mơ hình thí nghiệm pin Volta Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV 3.5: Lực lạ pin Volta Tác dụng hố học đóng vai trò lực lạ, tạo trì tích đoện khác cực pin, trì hiệu điện chúng tạo suất điện động pin Cấu tạo pin Volta 3.6 Ứng dụng Pin nguồn lượng thông dụng cho nhiều thiết bị cá nhân, gia dụng ứng dụng công nghiệp Có nhiều chủng loại, kích thước pin khác tương ứng với nhiều thiết bị tiêu thụ điện từ đồng hồ đeo tay, đồ chơi trẻ em, điện thoại di động, máy tính bảng đến pin cỡ lớn dùng cho xe điện, 3.7 Cách tạo pin điện hóa đơn giản Có thể tạo pin điện hóa đơn giản với chanh hai miếng kim loại ( cực đồng, cực lại kẽm) Bên chanh có chứa lượng dung dung axit sunfuric tác dụng lên cực kim loại hình thành nên hạt tải điện tự Thử đồng hồ vạn có suất điện động hai cực kim loai, đấu ngược cực đồng hồ số âm Khi bạn có pin điện hóa Figure Mơ thí nghiệm Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV 3.8 Cách sử dụng hợp lý, an toàn, hiệu - Các kim loại nặng pin độc hại chì, thủy ngân, kẽm, cadmium, lithium… Nếu chôn lấp, kim nặng thấm vào đất nguồn nước ngầm, gây ô nhiễm nguồn nước Hoặc đốt, thành phần nguy hại pin bốc lên thành khói độc, hay chất độc đọng lại tro gây nhiễm khơng khí Vì không nên vứt pin qua sử dụng vào thùng rác hay đốt - Tất loại Pin tự điện theo thời gian – không sử dụng Nhiệt độ thấp, tốc độ tự điện chậm - Mặc dù nhiều người đông lạnh Pin cách bảo quản, hầu hết nhà sản xuất không khuyên bạn làm điều này.Nếu bạn đông lạnh Pin, phải đưa nhiệt độ phòng trước sử dụng - Sử dụng cất giữ Pin nhiệt độ cao, dùng chúng nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến điện áp Pin giảm chất lượng Pin - Không nên để Pin túi áo túi xách, chúng bị ảnh hưởng vật kim loại chìa khóa, đồng xu hay kẹp giấy, tạo nhiệt gây rò rỉ làm bị thương người sử dụng - Pin làm có thành phần hóa học khác khơng sử dụng chung thiết bị - Pin cũ không nên dùng chung với Pin - Pin sạc lại không sạc lại không nên dùng chung với - Các thiết bị tốn Pin camera số có thời gian dùng Pin ngắn so với thiết bị tốn Pin đồng hồ - Pin Alkaline khơng bị rò rỉ điều kiện sử dụng bảo quản bình thường Tuy nhiên nguy rò rỉ tăng đáng kể dùng chung Pin có thành phần khác nhau, dùng chung Pin cũ Pin Nhiêt độ cao làm tăng nguy rò rỉ Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV - Pin bị rò rỉ nguy hiểm khơng phép tiếp xúc trực tiếp với da Pin bị rò rỉ nguy hiểm khơng phép tiếp xúc trực tiếp với da - Để tăng tối đa thời gian sử dụng, Pin sạc lâu không sử dụng nên sạc lại trước dùng - Nên tháo Pin khỏi thiết bị không dùng đến vài tháng 3.9 Các loại pin khác Pin khô Leclanchée: Loại pin sử dụng phổ biến Cấu tạo: _Cực dương: thỏi than bọc mangan đioxit (MnO2) graphit _Cực âm: lớp vỏ kẽm (Zn) _Dung dịch điện phân: dung dịch muối amôni clorua NH4Cl _Suất điện động : khoảng 1,5 V Pin sạc được: Pin axit chì,pin Nickel-Cadmium (NiCd) ,Pin NiCd , Pin Hydrua Kim loại – Nickel (NiMH) , Pin Ion Lithium (Li-ion) ,… Pin không sạc :Pin Kẽm-Carbon , Pin Alkaline ,… Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV 4 Acquy Acquy gọi nguồn điện thứ cấp ( Secondary Batteries: tích trữ lượng hóa học thứ cấp) Trong tiếng Pháp gọi Batterie d’accumulateurs, từ “ắc quy” Tiếng Việt đọc lái từ “accumulateurs” , thời gian dài nước ta bị thực dân Pháp đô hộ nên số từ Tiếng Việt vay mượn từ tiếng Pháp Acquy đơn giản acquy chì, gọi acquy axit, gồm cực dương chì dioxit (PbO2) cực âm chì (Pb) ; hai nhúng dung dịch axit sunfuric (H2SO4) loãng Do tác dụng với dung dịch axit sunfuric, cực acquy chì Acquy khoảng 2V Khi cho acquy phát điện, tác dụng hóa học, cực acquy bị biến đổi Sau thời gian, cực trở thành giống (đều có lớp chì sunfat (PbSO4) phủ ngồi) dòng điện tắt Muốn chho acquy lại phát điện được, ta nạp điện cho lớp chì sunfat cực dần cuối cực trở lại thành Pb PbO2 Như acquy nguồn điệncó thể nạp lại để sử dụng nhiều lần dựa phản ứng hóa học thuận nghịch : tích trữ lượng dạng hóa (lúc nạp điện), để giải phóng lượng dạng điện (lúc phát điện) Suất điện động acquy chì thường có giá trị ổn định khoảng 2V Khi suất điện động giảm xuống đến 1,85V ta phải nạp điện lại cho acquy Mỗi acquy có dung lượng xác định Dung lượng acquy điện lượng lớn mà acquy cung cấp phát điện Dung lượng acquy đo Acquy Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV ampe (A.h) Ampe điện lượng đo dòng điện có cường độ 1A tải : 1A.h = 3600C Ngồi acquy chì nói trên, người ta dùng acquy kiềm, có hiệu suất nhỏ acquy axit, lại tiện lợi nhẹ bền Acquy kiềm, thường gồm loại : acquy sắt – niken acquy cađimi – niken Trong acquy cađimi – niken, cực dương làm niken hidroxit Ni(OH)2, cực âm làm cađimi hidroxit Cd(OH)2 ; cực nhúng dung dịch kiềm KOH NaOH Về mặt sử dụng, người ta quan tâm đến điện tổng cộng mà acquy tích lũy được, tính ốt (W.h), W.h/kg • Từ năm 1990 người ta chế tạo acquy liti – ion (dung dịch điện phân muối liti) tích lũy lượng tới 150 W.h/kg, lớn gấp lần so với acquy kiềm Năm 1999 lại chế tạo acquy liti – polime, có chất điện phân màng mỏng polime xốp dán điện cực ; nhờ đó, acquy chế tạo dạng mỏng, mềm dẻo, đặt sau hình máy tính, thùng xe ơtơ… • C Kết luận Pin acquy nguồn điện có tác dụng tạo trì hiệu điện hai đầu mạch điện D Nhóm thực Nguyễn Thảo Nghi Nguyễn Trần Nghi Tâm Võ Minh Thư Lớp 11T1, Trường THPT An Dương Vương E.Tài liệu tham khảo Sách giáo khoa Vật Lý nâng cao, Tái lần thứ mười, Nhà xuất Giáo dục Việt nam 2.Vatlypt.com ( https://vatlypt.com/pin-dien-hoa-la-gi-cac-loai-pin-thongdung.t302.html ) Genk.vn ( http://genk.vn/kham-pha/kham-pha-lich-su-hinh-thanh-vaphat-trien-cua-pin-20140520234829463.chn ) Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV trithucvn.net (https://trithucvn.net/khoa-hoc/vi-sao-khong-duoc-vut-pinda-qua-su-dung-vao-thung-rac.html ) 10 ... Hydrua Kim loại – Nickel (NiMH) , Pin Ion Lithium (Li-ion) ,… Pin không sạc :Pin Kẽm-Carbon , Pin Alkaline ,… Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV 4 Acquy Acquy gọi nguồn điện thứ cấp ( Secondary... sử dụng khoảng 1800 năm trước viên Pin phát minh Alessandro Volta năm 1799 Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV Pin Volta "Pin Volta" - Pin nhân loại đời vào năm 1795 Alessandro Volta (1745-1827)... khác nhau, dùng chung Pin cũ Pin Nhiêt độ cao làm tăng nguy rò rỉ Bài tiểu luận – Pin acquy – Lớp 11T1 - ADV - Pin bị rò rỉ nguy hiểm không phép tiếp xúc trực tiếp với da Pin bị rò rỉ nguy hiểm