7. Bố cục của luận án: Luận án bao gồ m3 chƣơng và phần kết luận.
1.4. Phụ gia cho dung dịch điện ly trong ắc quy chì axit
Để khắc phục các nhƣợc điểm và nâng cao các tính năng của ăc quy chì axit, các nhà khoa học trên thế giới tập trung vào các hƣớng sau đây:
Một là, cải thiện khối vật liệu hoạt động cực dƣơng và cực âm bằng
cách đƣa vào các vật liệu mới tiên tiến. Các sai hỏng chủ yếu xảy đối với khối vật liệu hoạt động điện cực âm là: sunphat hóa vật liệu hoạt động [45],[105],[120], tăng điện trở nội, phát triển gai cây [93]. Các sai hỏng chủ yếu của khối vật liệu hoạt động điện cực dƣơng là: phá vỡ cấu trúc xốp, các hạt PbO2 bị bao bọc bởi PbSO4, tăng điện trở nội, mềm hóa và nứt vỡ khối vật liệu hoạt động dƣơng cực [46]. Những nhƣợc điểm trên cực âm có thể khắc phục bằng cách: sử dụng vật liệu cacbon để giảm điện trở nội, tăng chấp nhận nạp, kéo dài tuổi thọ ăc quy [57],[68],[69],[74],[89],[105],[106]; sử dụng chất độn để định hƣớng kết tinh [36]. Sử dụng một số phƣơng pháp phụ trợ để phục hồi vật liệu bị sunfat hóa nhƣ: nạp ở vùng quá nạp, nạp dòng xung, phƣơng pháp phản hồi áp suất, cộng hƣởng tần số, sử dụng phƣơng pháp hịa tan hóa học [48],[52]. Những sai hỏng trên cực dƣơng đƣợc khắc phục bằng cách sử dụng các vật liệu độn để tăng độ xốp nhƣ: ceramic [85], SiO2 [107], hạt vi cầu thủy tinh xốp [86], Bi2O3, sợi cacbon, zeolit [56]; sử dụng các hạt dẫn điện để giảm điện trở nội nhƣ: các hạt cacbon [17],[111], các nguyên tố kim loại [77], các oxyt kim loại, các vật liệu hữu cơ [12],[19]; sử dụng các chất tạo tâm kết tinh để giảm kích thƣớc hạt vật liệu hoạt động điện cực [113], sử dụng chất liên kết để hình thành cấu trúc xƣơng vững chắc [63].
Hai là, cải tiến sƣờn cực bằng cách thay đổi thành phần hợp kim sƣờn
cực [35],[100],[102],[117], hoặc thay đổi vật liệu sƣờn cực. Sự thay đổi này nhằm tránh ăn mịn, tăng q thế thốt hydro và oxy, giảm trọng lƣợng sƣờn cực, tăng độ dẫn điện. Bởi vì, sự thốt khí Oxy dẫn tới giảm hiệu suất Faraday
của quá trình nạp ăc quy, giảm độ bám dính của các hạt PbO2 [18], tổn thất dung dịch điện ly, tăng nguy cơ cháy nổ ăc quy và các thiết bị sử dụng. Sự thốt khí Hydro gây cạn dung dịch, tăng nguy cơ cháy nổ, giảm hiệu suất nạp cho ăc quy chì axit [28]. Sự ăn mịn sƣờn cực dẫn đến tăng điện trở nội, nứt gãy điện cực, giảm tuổi thọ của ăc quy.
Ba là, cải tiến là cách và cấu trúc của ăc quy chì axit. Các ăc quy cần
phóng với dịng cao có điện cực mỏng trong khi những ăc quy sử dụng phóng sâu có điện cực là các tấm dày. Các điện cực phụ và điện cực xúc tác đƣợc thêm vào ăc quy để tăng cƣờng chuyển hóa khí oxy, hydro [32]. Hộp hấp thụ đƣợc sử dụng để hấp thụ khí hydro. Các lá cách đƣợc thay đổi cấu trúc và vật liệu để thuận tiện cho quá trình hoạt động và khuếch tán khí.
Bốn là, sử dụng phụ gia cho dung dịch điện ly. Phƣơng án này đƣợc
các nhà khoa học quan tâm vì:
+ Các q trình điện hóa của ăc quy xảy ra trong dung dịch điện ly. Do đó, nếu một phụ gia thích hợp đƣợc thêm vào dung dịch điện ly nó sẽ tác động một cách toàn diện lên tất cả các quá trình điện cực cũng nhƣ các đặc tính hoạt động của một ăc quy. Một số phụ gia khi thêm vào dung dịch điện ly cho thấy: giảm sự sunfat hóa; giảm điện trở nội; giảm ăn mòn sƣờn cực [2],[23],[36], [59],[65],[101]; tăng độ xốp, giảm kích thƣớc tinh thể tạo thành; cải thiện sự thuận nghịch, tăng tốc độ chuyển hóa vật liệu hoạt động điện cực, tăng quá thế của phản ứng oxy [36] và hydro [23],[36],[51].
+ Đơn giản cho quá trình nghiên cứu, sản xuất và thử nghiệm. Phần lớn các chất phụ gia đã đƣợc nghiên cứu để sử dụng trong dung dịch điện ly dễ điều chế và dễ kiếm trên thị trƣờng. Các chất phụ gia chỉ đƣợc sử dụng với lƣợng nhỏ trong dung dịch điện ly nên chi phí phát sinh thấp. Phụ gia có thể đƣợc thêm vào dung dịch điện ly trong quá trình sản suất ăc quy tại các nhà máy hoặc trong quá trình bảo dƣỡng (đối với loại ăc quy nhúng ngập). Việc pha chế phụ gia đơn giản nên khơng làm thay đổi nhiều q trình sản xuất và
dễ dàng trong sử dụng.
Những phân tích trên cho thấy sử dụng phụ gia trong dung dịch điện ly để cải thiện các tính năng của ăc quy chì axit là một phƣơng án rất triển vọng cần đào sâu nghiên cứu. Đã có rất nhiều các hợp chất đƣợc nghiên cứu để làm phụ gia cho dung dịch điện ly của ăc quy chì axit. Các chất phụ gia điện ly đã đƣợc nghiên cứu, sử dụng rộng rãi nhất và ảnh hƣởng của chúng lên hoạt động của ăc quy đƣợc tổng kết dƣới đây.