NGUYÊN LÝ ĐO TỔNG TRỞ ĐIỆN HÓA
3.3. Nghiên cứu sự khuếch tán của ion HSO4 trong môi trường điện l
Sự khuếch tán của ion HSO4- trong quá trình hoạt động của ắc qui chì axit đóng vai trò rất quan trọng đối với các phản ứng điện cực. Hệ số khếch tán của ion này có thể xác định được thông qua phép đo quét thế tuần hoàn của điện cực Pb trong vùng điện thế từ -1,5 đến -0,5 V. Hình 3.2 phản ánh phổ quét thế tuần hoàn của điện cực chì đo trong các môi trường điện li keo khác nhau so với axit sunfuric. Tốc độ quét thế thay đổi (30, 50, 70, 80 và 100 mV/s) ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hòa tan chì ở anot. Quan sát các phổ này cho thấy píc xuất hiện với chiều cao tăng dần khi tốc độ quét thay đổi, tuy
nhiên vị trí pic thì gần như là không thay đổi (xấp xỉ -0,96 V). Quá trình oxy hóa xảy ra trên điện cực Pb theo phản ứng dưới đây:
Pb + HSO4- PbSO4 + H+ + 2e- (3.1) Độ thuận nghịch của quá trình điện hóa này được đánh giá thông qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của chiều cao pic oxy hóa vào căn bậc 2 của tốc độ quét thế theo phương trình dưới đây [25]:
ip = 2.99 x 105n(α.n’)1/2.DoCov1/2 (3.2) trong đó n là số điện tử trao đổi, α (0<α<1) là hệ số chuyển điện tích, n’ là Số điện tử trao đổi trong giai đoạn khống chế, Do (cm2/s) là hệ số khuếch tán, Co là nồng độ ban đầu của chất oxy hóa (mol/cm3). Như vậy, Do ở trường hợp này là hệ số khuếch tán của ion HSO4-.
Kết quả từ hình 3.3 và bảng 3.3 cho thấy giá trị R2 nằm trong khoảng 0,96÷0,99, ghi nhận chiều cao pic phụ thuộc tuyến tính vào căn bậc 2 của tốc độ quét thế. Điều này phản ánh quá trình điện hóa xảy ra là tương đối thuận nghịch.
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tốc độ quét thế đến phổ quét thế tuần hoàn của điện cực chì trong môi trường điện li keo khác nhau (A) PAM 0,2 Wt%;
(B) PAM 0,2 wt% & PPG 0,1 wt%; (C) PAM 0,2 wt% & NFS 0,6 wt%; (D) PAM 0,2 wt% & PPG 0,1 wt% & NFS 0,6 wt%.
Phân tích độ dốc K (hay hệ số góc K = 2,99x105n(α.n’)1/2.DoCo) của đường thẳng cho thấy ngoài Do ra thì các đại lượng còn lại đều là hằng số có giá trị không đổi. Khi Do tăng thì K cũng tăng, nên có thể nói K tỉ lệ thuận với Do. Như vậy, thay vì so sánh giá trị Do thì ta có thể sử dụng giá trị K để so sánh khả năng khuếch tán của ion HSO4- giữa các mẫu điện li keo khác nhau với dung dịch axit sunfuric. Hệ số K tính được ở trường hợp điện li keo sử dụng hỗn hợp PAM và PPG là 5,8766, cao hơn so với chỉ sử dụng PAM (K=3,8941). Khi kết hợp sử dụng PAM với NFS thì giá trị K đạt được 7,7, đặc biệt nếu bổ sung thêm PPG thì K đạt 8,3. Điều này chỉ ra rằng NFS đã góp phần làm tăng sự vận chuyển ion HSO4- trong môi trường điện li keo so với sử dụng PAM đơn lẻ.
Hình 3.3. Đồ thị sự phụ thuộc của ip vào căn bậc 2 của tốc độ quét thế
Bảng 3.3. Các thông số xác định từ đồ thị trên hình 3.3
Phụ gia tạo keo trong điện li Phương trình ip theo v1/2 R2 K
PAM 0,2 wt% y=3,8491x – 2,5046 0,9701 3,8941
PAM 0,2 wt% & PPG 0,1 wt% y=5,8766 – 20,498 0,9906 5,8766 PAM 0,2 wt% & NFS 0,6 wt% y=7,788x-19,604 0,9776 7,7880 PAM 0,2 wt% & PPG 0,1 wt%
& NFS 0,6 wt%