Cấu tạo :
Hình 3.11. sơ đồ cấu tạo của ác quy
Cấu trúc của một ắc quy đơn gồm có phân khối bản cực dương, phân khối bản cực âm, các tấm ngăn.Phân khối bản cực do các bản cực cùng tên ghép lại với nhau. Cấu tạo của một bản cực trong ắc quy gồm có phần khung xương và chất tác dụng trát lên nó.
Khung xương của bản cực âm và bản cực dương có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì và có pha thêm 5 ÷ - 8% ăngtimoang (Sb) và tạo hình mắt lưới. Phụ gia Sb thêm vào chì sẽ làm tăng độ dẫn điện và cải thiện tính đúc.
Trong thành phần chất tác dụng còn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hưu cơ) để tăng độ xốp, độ bền của lớp chất tác dụng. Nhờ tăng độ xốp mà cải thiện được độ thấm sâu của chất dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học của các bản cực cũng được tăng thêm.
Phần đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ắc quy đơn được hàn với nhau tạo thành khối bản cực dương, các bản cực âm được hàn với nhau thành khối bản cực âm. Số lượng các bản cực trong mỗi ắc quy thường từ 5 ÷ 8, bề dầy tấm bản cực dương của ắc quy thường từ 1,3 đến 1,5 mm, bản cực âm thường mỏng hơn 0,2 ÷ 0,3 mm. Số bản cực âm trong ắc quy thường nhiều hơn số bản cực âm một bản nhằm tận dụngdiện tích tham gia phản ứng của các bản cực.
Tấm ngăn được bố trí giữa các bản cực âm và dương có tác dụng ngăn cách và tránh va đập giữa các bản cực. Tấm ngăn được làm bằng vật liệu poly- vinylclo bề dầy 0,8 ÷ 1,2 và có dạng lượn sóng , trên bề mặt tấm ngăn có các lỗ cho phép dung dịch điện phân thông qua.
Nguyên lý hoạt động
Ắc quy là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng dưới dạng hoá năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng.Quá trình ắc quy cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc quy dự trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện.
Kí hiệu hoá học biểu diễn ắc quy axit có dung điện phân là axit H2SO4nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3%, bản cực âm là Pb và bản cực dương là PbO2 có dạng : (- ) Pb | H2SO4 d = 1,1 ÷ 1,3 | PbO2 ( + )
Phương trình hoá học biểu diễn quá trình phóng nạp của ắc quy axit : PbO2 + 2H2SO4 + Pb = 2PbSO4 + 2H2O
rong thực tế, các bản cực ắc quy không giống như ở trên, các cực của ắc quy có số lượng nhiều hơn (để tạo ra dung lượng bình ắc quy lớn) và mỗi bình ắc quy lại bao gồm nhiều ngăn như vậy. Nhiều tấm cực để tạo ra tổng diện tích bản cực được nhiều hơn, giúp cho quá trình phản ứng xảy ra đồng thời tại nhiều vị trí và do đó dòng điện cực đại xuất ra từ ắc quy đạt trị số cao hơn - và tất nhiên là dung lượng ắc quy cũng tăng lên. Do kết cấu xếp lớp nhau giữa các tấm cực của ắc quy nên thông thường số cực dương và cực âm không bằng nhau bởi sẽ tận dụng sự làm việc của hai mặt một bản cực (nếu số bản cực bằng nhau thì các tấm ở bên rìa sẽ có hai mặt trái chiều ở cách nhau quá xa, do đó phản ứng hóa học sẽ không thuận lợi). Ở giữa các bản cực của ắc quy đều có tấm chắn, các tấm chắn này không dẫn điện nhưng có độ thẩm thấu lớn để thuận tiện cho quá trình phản ứng xảy ra khi các caton và anion xuyên qua chúng để đến các điện cực.
Hình 3.12. Các bản cực của ác quy
Mỗi một ngăn cực của ắc quy a-xít chỉ cho mức điện áp khoảng 2 đến 2,2 V do đó để đạt được các mức 6, 12 V thì ắc quy phải ghép nhiều ngăn nhỏ với nhau, ví dụ ghép 3 ngăn để thành ắc quy 6V, ghép 6 ngăn để thành ắc quy 12V. Bạn có thể xem hình cấu tạo của ắc quy dưới đây để thấy được các ngăn ắc quy được bố trí như thế nào.
Hình 3.13 Sơ đồ tổng quan của ác quy
Mặc dù điện áp của các ắc quy là một số chẵn của 2, ví dụ như ắc quy 2V, 6V, 12V, 24V...nhưng trên thực tế thì điện áp thông thường của các ắc quy không như vậy. Mức điện áp mà các ắc quy cung cấp thường lớn hơn so với định mức của chúng, ví dụ như ắc quy 12V sẽ cung cấp mức điện áp tới 13V hoặc hơn. Có điều có vẻ vô lý này cũng xuất phát từ mức độ điện áp trên mỗi ngăn bình của chúng: Mức điện áp mỗi ngăn bình ắc quy a-xít là 2,1 đến 2,2 V (±0,05V). Do tính chất cố hữu của ắc quy axit mà các ngăn của chúng không thể có mức điện áp cao hơn.Cũng để đánh giá dung lượng của ắc quy a-xít, người ta có các thí nghiệm đo đạc và cho thấy dung lượng ắc quy phụ thuộc vào mức độ điện áp (lúc không phát dòng) như hình sau:
Nếu biểu diễn ở dạng bảng thì thông số như bảng dưới đây. Nếu như ắc quy thuộc loại 24V thì nhân thông số ở mục điện áp một ngăn với 12.
Bảng điện áp của ác quy
Lưu ý rằng bảng trên đúng trong trường hợp ắc quy không mang tải, điều đó có nghĩa là nếu như kích điện đang hoạt động và bạn đo được điện áp các ắc quy là một số lượng nào đó thì không thể lấy giá trị đó để đánh giá lưu lượng bình ắc quy còn lại (là bao nhiêu %). Điều này bởi vì khi phát dòng thì các ắc quy có điện áp tụt xuống, trong trường hợp không phát dòng nữa thì mức điện áp đo được mới phản ánh đúng trạng thái dung lượng còn lại của ắc quy. Khi đang phát dòng thì điện áp ắc quy giảm xuống, cũng theo bảng trên thì dung lượng ắc quy sẽ cạn kiệt ở mức điện áp 10,5V, một số kích điện loại "điện tử" (tức là theo dõi được mức độ điện áp đầu vào) sẽ lấy mốc 10,7V để ngừng hoạt động nhằm tránh cho sự sử dụng ắc quy cạn kệt (gây hại cho ắc quy). Điều đó là hợp lý bởi nếu như sử dụng điện từ ắc quy ở trạng thái cạn kiệt thì các bản cực của ắc quy sẽ nhanh bị hư hỏng, dẫn đến hư hỏng chung cho toàn bộ ắc quy (trong một ắc quy 12V, chỉ một trong 6 ngăn hư hỏng thì toàn bộ ắc quy đó sẽ hư hỏng).Các ắc quy thông dụng thường chế tạo ở mức điện áp 12V, số lượng ít hơn là các ắc quy 6V dùng cho một số quạt hoặc đèn tích điện. Các ắc quy 24V trở lên không phải là không có nhưng rất hiếm và thường việc tìm kiếm thay thế cho các ắc quy này rất khó khăn (ở nơi làm việc cũ của mình có một xe chạy điện sử dụng ắc quy 24V, khi nó hỏng thì rất khó mua ắc quy này). Vậy nếu
Dung lượng Điện áp ắc quy 12V Điện áp một ngăn
100% 12.7 2.12 90% 12.5 2.08 80% 12.42 2.07 70% 12.32 2.05 60% 12.20 2.03 50% 12.06 2.01 40% 11.9 1.98 30% 11.75 1.96 20% 11.58 1.93 10% 11.31 1.89 0 10.5 1.75
như kích điện của bạn sử dụng mức điện áp 24V thì bạn nên dùng nối tiếp các ắc quy 12V (tốt nhất là có cùng hãng sản xuất, cùng dung lượng và cùng lô sản xuất) lại với nhau chứ không nên nhất thiết phải tìm kiếm đúng loại ắc quy 24V cho chúng.