3. Ống cao su; 4 Khóa K; 5 Ống thủy tinh có khắc vạch đo; 6 Ống dây nhựa trong; 7 Bình đựng nƣớc.
3.1.7. Tổng kết về tác động của các phụ gia đến các quá trình điện cực
Tác động của các phụ gia lên quá các quá trình điện cực trong ăc quy chì axit đã đƣợc khảo sát kỹ lƣỡng bao gồm các mặt: Phản ứng oxy hóa/khử của vật liệu hoạt động cực âm và cực dƣơng; sự thốt khí oxy và hydro; sự ăn mịn sƣờn cực; hình thái cấu trúc tinh thể; các thông số động học của quá trình điện cực và độ bền của các phụ gia trong mơi hoạt động của ăc quy chì axit. Mỗi loại phụ gia thể hiện những tác động khác nhau đến các quá trình điện
cực. Bảng 3.7 cho thấy tổng kết tổng thể về những tác động đó.
Bảng 3.7. Tổng kết về tác động của các phụ gia lên các quá trình điện cực xảy ra trong ăc quy chì axit.
Quá trình điện cực Tác động của phụ gia PVK Tác động của phụ gia NLS Tác động của phụ gia p-DMAB Phản ứng oxy hóa khử của vật liệu hoạt động cực âm
+ Không làm thay đổi bản chất quá trình điện cực.
+ Tăng tính thuận nghịch.
+ Hạn chế phản ứng oxy hóa/khử vật liệu hoạt động điện cực.
+ Nồng độ thích hợp: Nhỏ hơn 100 µL/L.
+ Khơng làm thay đổi bản chất quá trình điện cực.
+ Tăng tính thuận nghịch.
+ Tăng cƣờng phản ứng oxy hóa/khử vật liệu hoạt động điện cực. + Nồng độ thích hợp: Nhỏ hơn 150 mg/L.
+ Không làm thay đổi bản chất quá trình điện cực.
+ Tăng tính thuận nghịch.
+ Tăng cƣờng phản ứng oxy hóa/khử vật liệu hoạt động điện cực. + Nồng độ thích hợp: Đến 240 mg/L. Phản ứng oxy hóa khử của vật liệu hoạt động cực dƣơng
+ Không làm thay đổi bản chất quá trình điện cực.
+ Tăng tính thuận nghịch.
+ Hạn chế phản ứng oxy hóa/khử vật liệu hoạt động điện cực.
+ Nồng độ thích hợp: Nhỏ hơn 80 µL/L.
+ Không làm thay đổi bản chất quá trình điện cực.
+ Giảm tính thuận nghịch ở nồng độ nhỏ hơn 100 mg/L. các nồng độ cao hơn tăng tính thuận nghịch. + Tăng cƣờng phản ứng oxy hóa/khử vật liệu hoạt động điện cực. + Nồng độ thích hợp:
+ Không làm thay đổi bản chất quá trình điện cực.
+ Tăng tính thuận nghịch.
+ Tăng cƣờng phản ứng oxy hóa/khử vật liệu hoạt động điện cực. + Nồng độ thích hợp: Đến 240 mg/L.
Nhỏ hơn 200 mg/L.
Sự thốt khí hydro
+ Tăng quá thế hydro trên cả điện cực chì sạch và chì hợp kim.
+ Nồng độ thích hợp: Đến 280 µL/L.
+ Tăng quá thế hydro trên điện cực chì sạch ở nồng độ nhỏ hơn 60 mg/L, trên điện cực chì hợp kim ở nồng độ nhỏ hơn 200 mg/L. các nồng độ lớn hơn giảm quá thế thoát hydro. + Nồng độ thích hợp: nhỏ hơn 60 mg/L
+ Tăng quá thế hydro trên cả điện cực chì sạch và chì hợp kim. + Nồng độ thích hợp: Đến 280 mg/L. Sự thốt khí Oxy
+ Tăng q thế thốt oxy.
+ Nồng độ thích hợp: Đến 240 µL/L.
+ Giảm quá thế thoát oxy.
+ Giảm quá thế thốt oxy.
Sự ăn
mịn sƣờn cực chì
+ Giảm sự ăn mịn hóa học trên sƣờn cực chì. + Tăng phục hồi sƣờn cực
+ Nồng độ thích hợp: Đến 240 µL/L.
+ Giảm sự ăn mịn hóa học nhƣng tăng sự ăn mịn điện hóa trên sƣờn cực chì.
+ Tăng sự ăn mịn hóa học nhƣng tăng cƣờng sự phục hồi vật liệu bị ăn mòn ở vùng nồng độ nhỏ hơn 80 mg/L. + Nồng độ thích hợp: Đến 80 mg/L. Hình thái cấu trúc vật liệu + Giảm kích thƣớc tinh thể + Nồng độ thích hợp: Đến 240 µL/L. + Giảm kích thƣớc tinh thể + Nồng độ thích hợp: Đến 250 mg/L. + Giảm kích thƣớc tinh thể + Nồng độ thích hợp: Đến 240 mg/L. Các thơng số động học của quá
+ Tăng điện trở chuyển điện tích.
+Tăng điện trở màng
+ Giảm điện trở chuyển điện tích
+ Giảm điện trở màng
+ Tăng điện trở chuyển điện tích.
trình điện cực
bán thấm
+Tăng khả năng khuếch tán ở nồng độ thấp nhƣng giảm ở nồng độ cao + Nồng độ thích hợp: Đến 120 µL/L. bán thấm
+ Tăng khuếch tán trong lớp kép và khuếch tán qua màng bán thấm. + Nồng độ thích hợp: Đến 250 mg/L
bán thấm
+Tăng khả năng khuếch tán các chất trong lớp kép và khuếch tán qua màng + Nồng độ thích hợp: đến 120 mg/L Độ bền phụ gia
Bền trong điều kiện hoạt động của ăc quy chì axit.
Khơng bền tác dụng trong điều kiện hoạt động của ăc quy chì axit
Bền trong điều kiện hoạt động của ăc quy chì axit.
Các tiêu chí để một chất đƣợc lựa chọn làm phụ gia cho ăc quy chì axit là: cải thiện một số mặt hoạt động của ăc quy nhƣng không ảnh hƣởng tiêu cực đến các phản ứng chính của ăc quy và bền trong điều kiện hoạt động của ăc quy chì axit [36]. Theo đó, phụ gia PVK tuy làm giảm mạnh mẽ sự thốt khí hydro và oxy, ức chế tốt sự ăn mòn sƣờn cực nhƣng làm tăng điện trở chuyển điện tích và tổng trở khuếch tán do đó hạn chế phản ứng chuyển hóa trên vật liệu hoạt động điện cực. Vì vậy phụ gia PVK nên đƣợc sử dụng trong các trƣờng hợp đặc biệt khi mà sự ức chế khí hydro và oxy cần phải đƣợc ƣu tiên. Điển hình nhƣ các ắc quy kiểu nhúng ngập dùng cho các tàu ngầm quân sự. Theo nhƣ tổng kết trên bảng 3.7 thì nồng độ của phụ gia PVK khơng vƣợt
q 80 µL/L. Phụ gia NLS làm tăng sự chuyển hóa trên vật liệu hoạt động điện cực, hấp phụ chọn lọc lên các vị trí antimon và làm tăng quá thế thoát hydro trên sƣờn cực chì hợp kim tại nồng độ thấp. Tuy nhiên, phụ gia này làm giảm quá thế thoát oxy, giảm khả năng phục hồi vật liệu sƣờn cực bị ăn mòn và đặc biệt là giảm nhanh độ bền tác dụng trong quá trình hoạt động của ăc quy. Vì thế NLS nên đƣợc sử dụng cho các loại ăc quy chì đƣợc thiết kế để dùng một lần (pin dự trữ) hoặc sử dụng cho quá trình đặc biệt (phóng/nạp phục hồi ăc quy). Theo nhƣ tổng kết trên bảng 3.7 thì nồng độ của NLS nên
dùng nhỏ hơn 60 mg/L. Phụ gia p-DMAB tăng phản ứng chuyển hóa vật liệu hoạt động cực âm và cực dƣơng, tăng quá thế thoát hydro, bền trong điều kiện hoạt động của ăc quy. Tuy phụ gia này làm giảm quá thế Oxy và tăng ăn mòn sƣờn cực, nhƣng trong ăc quy chì axit, oxy sinh ra có thể đƣợc khử dễ dàng trên cực âm. Phụ gia cũng tăng cƣờng khả năng phục hồi vật liệu sƣờn cực bị ăn mịn. Do đó p-DMAB hứa hẹn là chất thích hợp để lựa chọn làm phụ gia cho ăc quy chì axit. Vì thế phụ gia p-DM B đƣợc lựa chọn để nghiên cứu tác động của phụ gia lên đặc tính phóng nạp và lƣợng khí thốt ra thực tế trong ăc quy trì axit.