7. Bố cục của luận án: Luận án bao gồ m3 chƣơng và phần kết luận.
1.2.6. Các th ngs động hc của các quá tr nh điện cực
Quá trình điện cực tổng thể bao gồm một chuỗi các quá trình riêng phần nhƣ: khuếch tán, điện di, hấp phụ, hình thành lớp kép, chuyển điện tích, phản ứng hóa học, sự kết tinh … Trong động học điện cực cũng nhƣ động học phản ứng hóa học, q trình riêng phần chậm nhất xác định tốc độ của phản ứng tổng. Mỗi quá trình riêng phần đƣợc đặc trƣng bởi các thông số động học. Nghiên cứu các thông số động học là một nhiệm vụ nhằm để giải thích q trình động học tổng thể.
a) i ch i ch
Phản ứng chuyển điện tích là phản ứng quan trọng cơ bản trong động học điện hóa vì nó là phản ứng duy nhất chịu tác động trực tiếp từ điện thế điện cực. Tác động của các yếu tố khác lên điện thế chỉ là gián tiếp vì chúng có thể ảnh hƣởng đến phản ứng chuyển điện tích. Lớp điện tích kép đƣợc hình thành trên bề mặt điện cực đóng vai trị gần giống nhƣ một tụ điện, để phản ứng chuyển điện tích có thể diễn ra, cần một năng lƣợng nhất định để vƣợt qua rào cản năng lƣợng này. Điện trở chuyển điện tích (Rct) đặc trƣng cho mức độ cản trở phản ứng điện cực. Tinh thể Pb Tinh thể PbSO4 nhỏ Q trình phóng/nạp tốc độ cao Q trình phóng/nạp tốc độ thấp Tinh thể
PbSO4 lớn Tái kết tinh
Độ hịa tan cao Độ hịa tan thấp
Hình 1.8. Sơ đồ mơ tả quá trình hình thành lớp sunphat ―cứng‖ trên vật liệu hoạt động âm cực trong quá trình hoạt động của ăc quy chì axit.
b) h ch g h ch
Sự di chuyển của các chất phản ứng/sản phẩm phản ứng đến và ra khỏi mặt phân giới của điện cực xảy ra theo hai cách: khuếch tán nhờ vào sự chênh lệch nồng độ và điện di nhờ vào tác dụng của lực điện trƣờng. Các vấn đề về chuyển khối gây ra bởi sự khuếch tán bị hạn chế là nguyên nhân chủ yếu cho hệ số sử dụng thấp của vật liệu hoạt động cực dƣơng và cực âm. Để hạn chế sự phân cực do khuếch tán, các vật liệu đƣợc chế tạo ở dạng xốp. Tuy nhiên, do kích thƣớc trung bình của các lỗ là nhỏ và các đƣờng kênh để tuần hoàn chất điện ly thì quanh co. Đây là những trở ngại cho sự khuếch tán. Vì những lý do này, chiều dày tấm cực đƣợc giữ ở mức nhỏ nhất có thể, nhất là những ăc quy cần phóng nạp với tốc độ cao. Để đánh giá khả năng khuếch tán cần phải nghiên cứu hệ số khuếch tán D và tổng trở khuếch tán W.
c) i d g
Điện dung lớp kép là sự tích trữ năng lƣợng điện bởi hiệu ứng lớp kép. Hiện tƣợng điện này xuất hiện trên mặt phân giới tiếp xúc của điện cực dẫn điện và dung dịch điện ly. Tại ranh giới này, xuất hiện hai lớp ion có phân cực đối lập nếu đƣợc áp một điện thế phân cực [1],[5],[8],[20]. Hai lớp ion đƣợc tách nhau bởi một lớp phân tử dung môi duy nhất bám chặt vào bề mặt điện cực đóng vai trò nhƣ một chất điện môi trong các tụ điện thơng thƣờng. Lƣợng điện tích đƣợc lƣu trữ trong điện dung lớp kép tỉ lệ với điện áp phân cực và phụ thuộc chủ yếu vào tính chất, bề mặt của điện cực.
d) i ơi
Điện trở rơi đƣợc cấu thành bởi ba yếu tố: Điện trở của chất điện ly, điện trở màng bề mặt và điện trở phụ thuộc dòng điện của lớp khuếch tán. Những hiện tƣợng này đƣợc giải thích nhƣ sau [84]: Trong suốt q trình phóng, nồng độ của chất điện ly giảm đều đặn và điện trở tăng tƣơng ứng. PbSO4 có điện trở cao và có thể coi là gần nhƣ không dẫn điện. Sự kết hợp của hai yếu tố trên làm tăng điện trở Ohm của ăc quy.