Cấu tạo bình ắc quy như thế nào? Chúng bao gồm những thành phân nào, nguyên lý hoạt đông, ứng dụng, và phân loại bình ắc quy ra sao? Đây là những câu hỏi của rất nhiều bạn đọc. Để bạn có thể hiểu một cách đầy đủ và tường tận nhất về cấu tạo bình ắc quy. Trong bài viết này xenangthienson.com sẽ gửi tới bạn những kiến thức về chủ đề này nhé.
I. Tổng quan về ắc quy
Bình ắc quy là một thiết bị lưu trữ điện năng phổ biến. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày, với ưu điểm rẻ, dễ sử dụng và vận hành bền bỉ. Vậy có những điều gì cần biết về về bình ắc quy?
1.1 Bình ắc quy là gì
Bình ắc quy là khái niệm để chỉ một nguồn điện thứ cấp hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi hóa năng thành điện năng. Chúng có khả năng tích trữ điểm và cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện trong thời gian dài sau khi được sạc đầy. Bình ắc quy có thể được nạp điện bằng các máy nạp và sử dụng nhiều lần trước khi phải thay thế. Trong thực tế bình ắc quy có thể có nhiều tên gọi khác nhau như: acquy, accu, ắc quy, ắc quy lưu điện,…
1.2 Phân loại bình ắc quy
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại bình ắc quy khác nhau, tuy vậy người ta thường chia các quy thành hai nhóm bao gồm: ắc quy nước và ắc quy khô.
a) Ắc quy nước:
Là khái niệm để chỉ các bình ắc quy sử dụng dung dịch axit H2SO4 làm dung dịch điện ly. Chúng thường có cấu tạo hình chữ nhật với nhiều ô rỗng phía trong. Mỗi một ngăn như vậy điều có nắp vặn ở phía trên để có thể dễ dàng bổ sung axit khi cần thiết. Giao sử dụng dung dịch axit lỏng làm dung dịch điện li, chính vì vậy các bình ắc quy dạng này được gọi là ắc quy nước. Cũng cần lưu ý thêm dòng dung dịch axit có tính ăn mòn cao, có mùi khó chịu, vì vậy cần cẩn trọng trong quá trình sử dụng và bổ sung axit trong bình ắc-quy.
b) Ắc quy khô
Các loại bình ắc quy sử dụng cho phương tiện như ô tô, xe nâng hàng, xe đầu kéo o thường là các loại ắc quy khô. Ắc quy khô là loại bình ắc quy thiết kế kín không cần phải châm thêm nước và axit định kỳ. Về mặt bản chất mọi bình ắc quy đều cần có dung dịch điện ly. Đối với bình ắc quy khô thay vì sử dụng dung dịch dạng nước người ta sử dụng axit dạng gel. Đây cũng là điểm khác biệt để phân biệt giữa ắc quy nước và ắc quy khô.
1.3 Ưu nhược điểm của bình ắc quy
Bình ắc quy có nhiều ưu điểm vượt trội so với các thiết bị lưu trữ điện năng khác. Mỗi một loại bình ắc quy khác nhau sẽ có những ưu nhược điểm riêng dưới đây là bảng so sánh ưu nhược điểm của hai loại bình ắc quy nước và ắc quy khô.
| So sánh ưu nhược điểm của ắc quy | |
| Sụt giảm điện áp | Để lâu không sợ hết điện. |
| Dòng điện trong bình | Có dòng điện mạnh tương đối yếu |
| Thời gian sạc | Cho phép nạp điện với dòng điện lớn, vì vậy tạo ra khả năng phục hồi điện áp nhanh hơn.ắc quy nhanh đầy điện hơn. |
| Giá thành | Giá thành cao hơn, do cấu tạo phức tạp và vậy liệu khác biệt. |
| Mùi khi sử dụng | Không có mùi khó chịu, do chế tạo kín hoàn toàn |
| Bổ sung điện dịch | Không cần |
| Hết điện đột ngột | Hay hết điện đột ngột |
| Tuổi thọ | Độ bền cao, chu kỳ sạc xả lơn |
| Rò rỉ axit | Kín hoàn toàn nên không gây rò rỉ |
1.4 Ứng dụng của bình ắc quy
Như đã chia sẻ ở trên, bình ắc-quy có ứng dụng rộng rãi trong đời sống và hoạt động sản xuất. Một số ứng dụng của bình ắc quy thường được nhắc tới như:
1. Ắc quy lưu trữ điện năng lượng mặt trời:
Pin năng lượng mặt trời tạo ra năng lượng điện khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt pin. Chính vì vậy để có thể có điện sử dụng vào ban đêm người ta cần có hệ thống lưu trữ điện năng. Bình ắc quy là một sự lựa chọn hoàn hảo bởi chúng có khả năng lưu trữ được lượng điện năng lớn.
2. Ắc quy sử dụng cho hệ thống ups:
Hệ thống ups là hệ thống ảnh cảnh báo bao gồm: Hệ thống chống cháy, chống trộm, camera. Đây là những hệ thống cần phải hoạt động ngay cả khi mất điện. Chính vì vậy Tại các tòa nhà, nhà xưởng sản xuất, người ta thường trang bị các bình ắc quy lưu trữ điện năng cho hệ thống ups.
4. Ắc quy sử dụng cho các phương tiện giao thông:
Với các phương tiện hiện nay người ta thường có 2 lựa chọn dành cho giải pháp lưu trữ điện năng bao gồm: Sử dụng các thanh pin nhiên liệu, hoặc sử dụng bình ắc quy khô. Với các loại phương tiện giá rẻ giải pháp thường được sử dụng là bình ắc quy khô, bởi chi phí của chúng rẻ hơn nhiều so với pin lithium. Ngoài ra bình ắc quy còn có tính tự xả ưu việt trong các trường hợp xảy ra va chạm.
5. Ắc quy sử dụng khởi động các loại động cơ:
Với các loại xe sử dụng động cơ đốt trong chúng ta cần một hệ thống khởi động ban đầu. Lúc này bình ắc quy được sử dụng như một công cụ để đề nổ, giúp cho các các phương tiện có thể hoạt động. Đồng thời bình ắc quy cũng cung cấp nhiên liệu cho các thiết bị đèn chiếu sáng ảnh sử dụng trên phương tiện.
6. Ắc quy sử dụng giảm áp suất xung:
Trong quá trình vận hành của nhiều thiết bị, một số loại pittông có thể bị mất kiểm soát do điều kiện nhiệt độ và áp suất tăng cao. Lúc này bình ắc quy được sử dụng nhằm loại bỏ các áp suất xung, đồng thời khi giảm các va chạm không đáng có trong quá trình cung cấp nhiên liệu cho xi lanh.
>> Tìm hiểu thêm về dòng xe nâng điện 3 tấn tại Xe nâng Thiên Sơn nhé
II. Cấu tạo bình ắc quy
Như vậy chúng ta vừa cùng nhau tìm hiểu một cách sơ lược về bình ắc quy cũng như phân loại chúng. Bây giờ chúng ta sẽ tiếp tục cùng nhau tìm hiểu về cấu tạo của bình ắc quy một cách chi tiết và đầy đủ nhất.
2.1 Cấu tạo chung của một bình ắc quy.
Hầu hết các bình ắc-quy đều thỏa mãn một cấu trúc và thiết kế đặc trưng chung. Chúng bao gồm: cực dương (anot), cực âm (catot), dung dịch điện ly, màng chắn và vỏ bình.
- Cực dương (anot): Là cực được thiết kế bởi các loại oxit có thể oxy hóa khử lớn hơn
- Cực dương (catot): Cũng được thiết kế bởi các loại oxit, nhưng chúng có thế oxi hóa khử nhỏ hơn.
- Dung dịch điện ly: Là loại dung dịch ở dạng lỏng hoặc gel điền đầy vào khoảng trống giữa các cực. Đây là môi trường để truyền dẫn các ion qua lại giữa 2 bản cực
- Màng chắn: Là các tấm màng mỏng ngăn cách giữa 2 cực. Được thiết kế để cách điện nhưng được đục vô số các lỗ nhỏ giúp ion có thể di chuyển qua một cách dễ dàng.
- Vỏ bình: Thường được thiết kế với hình chữ nhật, bằng nhựa cứng. Chúng vừa đóng vai trò bảo vệ, vừa có khả năng chống ăn mòn do axit tạo ra.
2.1 Cấu tạo bình ắc quy khô
Cấu tạo của bình ắc quy khô tương tự như bình ắc quy nước. Điều khác biệt đáng chú ý nhất ở đây là dung dịch điện ly nằm giữa của các cell. Chúng được thay thế bởi axit dạng Gel, cụ thể cấu tạo bình ắc quy như sau:
-
- Van chống cháy nổ: Là phần thiết bị được thiết kế để ngăn tia lửa điện bên ngoài tác động lên ắc quy. Đồng thời chúng có khả năng giảm thiểu rủi ro rò rỉ axit, cũng như kháng bụi bẩn, giúp bình ắc quy hoạt động ổn định hơn.
- Vỏ bình ắc quy: Được cấu tạo từ nhựa cứng chuyên dụng. Phần nắp bình và phần thân bình được hàng kính hoàn toàn. Người dùng không thể tác động vào các bộ phận bên trong nếu không cạy bỏ phần nắp.
- Bộ phận tách khí: Với bình ắc quy khô chúng được trang bị thêm bộ phận tách khí và chất lỏng. Bộ phận này có tác dụng tránh làm tổn thất dung dịch điện phân bên trong bình ắc quy. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc thu loại phân khí và dung dịch tách ra trả về phần bình chứa.
- Bản giằng các tấm cực: Bộ phận kết nối trực tiếp cực và vỏ bình giúp ổn định, tránh va chạm bản cực với nhau khi phương tiện rung lắc hoặc va chạm trên đường.
- Bản cực của bình ắc quy: Được thiết kế từ vật liệu chì và hợp chất của chình. Vừa có tác dụng làm chất dẫn điện, vừa chống ăn mòn cực
- Lá cách điện: Thiết kế là các tấm mỏng cho phép ion thẩm thấp qua trong quá trình bình ắc quy khô hoạt động.
2.2 Cấu tạo bình ắc quy nước
Cấu tạo của bình ắc quy nước tương đối đơn giản, cũng bao gồm 5 bộ phận như đã chia sẻ ở trên. Một số thành phần của bình ắc quy nước như sau:
1. Vỏ bình ắc quy
Là bộ phận được thiết kế với hình chữ nhật bên trong chứa nhiều ngăn, số ngăn của bình ắc quy phụ thuộc vào vào điện áp định mức mà nhà sản xuất muốn hướng tới. Mỗi một ngăn bên trong bình ắc quy tương ứng với một cell, Điện áp định mức của các xe này vào khoảng 2,1V. Như vậy bạn có thể thấy một bình ắc quy 6V thường có 3 ngăn, trong khi đó bình ắc quy 12V sẽ có 6 ngăn. Các ngăn của bình ắc quy được nối với nhau bằng các cầu nối, sau đó nối với cực của bình ắc quy.
Vỏ của bình ắc quy được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau chủ yếu là các loại nhựa cứng với độ bền và khả năng chống ăn mòn cao như: ebonit, axphan apec.Để có thể tăng khả năng chống chịu axit và độ bền cho bình ắc quy, người ta sẽ ép vào bên trong của vỏ bình ắc quy một lớp lót polo lovin lim.
2. Tấm lưới điện cực:
Thành phần cấu tạo bình ắc quy tiếp theo cần phải nhắc tới là các tấm lưới điện cực . Các tấm lưới này có tác dụng chính là tập trung trung dòng điện về phía điện cực và giảm điện trở cho điện cực. Ngoài ra chúng cũng có tác dụng tạo ra độ bền cần thiết cho các điện cực của bình ắc quy.
3. Cell Của bình ắc quy:
Trong cấu tạo của bình ắc quy các Cell đóng vai trò như một đơn vị lưu trữ điện năng riêng biệt. Mỗi Cell có thể gồm một hoặc một vài bản cực dương, âm làm từ chì nguyên chất, và oxit chì. Cấu tạo của mỗi Cell ắc quy như sau:
-
- Cực âm của cell: Chúng được làm từ chì – lead – Pb
- Cực dương cell: Chúng được làm từ từ oxit chì – lead dioxide- PbO2.
- Tấm ngăn: Là các tấm phân cách giữa các điện cực bên trong 1 cell. Chúng có khả năng cách điện tuy vậy trên bề mặt được đục vô số các lỗ nhỏ li ti để ion có thể thẩm thấu qua dễ dàng.
- Dung dịch điện ly: Lò dung dịch có thành phần từ nước cất và axit H2SO4 với nồng độ phù hợp. n. Nồng độ của ắc quy có thể từ 1,21g/cm3 đến 1,31g/ cm3.
4. Điện cực của bình ắc quy
Là phần nhô ra được nhìn thấy của bình ắc quy. Chúng được kết nối với các điện cực của mỗi Cell bên trong. Đây là dầu ra cũng là đầu vào tương ứng kết nối với sạc hoặc các thiết bị sử dụng điện.
>> Tham khảo thêm về xe của chúng tôi nếu bạn có nhu cầu nhé.
2.3 Nguyên lý hoạt động bình ắc quy
Nguyên lý hoạt động của ắc quy dựa trên hoạt động hóa học diễn ra bên trong bình ắc quy. Khi các hoạt động hóa học diễn ra, các dòng Ion di chuyển từ cực dương sang cực âm và ngược lại tạo ra dòng điện. Quá trình sạc và xả của bình ắc quy diễn ra theo quy trình hoàn toàn ngược nhau. Với quá trình xả (tiêu thụ điện) quá trình diễn ra như sau
Tại cực âm của bình ắc quy: Pb + H2SO4 -> PbSO4 + H2
Tại cực dương của bình ắc quy: 2PbO2 + 2H2SO4 -> 2PbSO4 + 2H2O + O2
Từ 2 phản ứng hóa học trên chúng ta có phản ứng cộng gộp như sau: Pb+PbO2+2H2SO4 -> 2PbSO4 + 2H2O. Quá trình xả của bình ắc quy sẽ kết thúc khi và chỉ khi phương trình trên tạo ra PbO2 ở cực dương và PbSO4 ở cự âm.
Với quá trình nạp điện cho bình ắc quy sẽ diễn ra ngược lại với quy trình xả. Chúng sẽ có phản ứng gộp như sau: 2PbSO4 + 2H2O -> Pb+PbO2+2H2SO4. Sau khi quá trình sạc ắc quy kết thúc, chúng ta sẽ thu được cực dương gồm: PbO2, cực âm là Pb.
2.4 Các thông số cơ bản của bình ắc quy
Khi tìm hiểu về cấu tạo bình ắc quy nói riêng và bình ắc quy nói chung, nhiều bạn sẽ thắc mắc về các mà người ta tính toán, đo đạc các thông số của bình ắc quy. Vậy những chỉ số về dung lượng bình được tính toán như thế nào?
Dung lượng của bình ắc quy được hiểu là lượng điện mà bình ắc quy có thể tích trữ được (khi nạp đầy). Chúng được tính dựa trên công thức thời gian phóng điện của bình với cường độ dòng điện mà chúng tạo ra. Có 3 yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng điện của một bình ắc quy bao gồm: Diện tích bản cực, số lượng bản cực nối song song, nồng độ dung dịch điện ly có trong bình.
Điện áp định mức của bình ắc quy là hiệu số chênh lệch giữa hai cực (hiệu điện thế). Đại lượng này được quyết định bởi nồng độ của dung dịch điện ly và số lượng bản cực được mắc nối tiếp trong bình. Chúng ta có các công thức tính như sau:
-
- Thế điện cực: a Oxh + ne = b Kh, E= Eo+RT/nF * ln 〖[oxh]〗^a/〖[kh]〗^b
- Sức điện động của 1 ngăn: a1 Oxh1 + b2 Kh2 = b1 Kh1 + a2 Oxh2; Ep=E+ – E- = Epo + RT/nF * ln (〖[oxh1]〗^a1 〖[kh2]〗^b2)/(〖[kh1]〗^b1 〖[oxh2]〗^a2 )
- Nội trở của acquy: E = U + Ir = I(R +r)
III. Tạm kết về chủ đề Cấu tạo bình ắc quy.
Như vậy tôi vừa cùng bạn tìm hiểu về chủ đề “cấu tạo bình ắc quy” Theo đó bình ắc quy là một thiết bị chuyên dụng được sử dụng với mục đích tích trữ điện năng, phục vụ cho các mục đích khác nhau. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển hóa từ hóa năng thành điện năng. Cấu tạo bình ắc quy bao gồm 5 phần chính: cực dương (anot), cực âm (catot), dung dịch điện ly, màng chắn và vỏ bình. Trong mỗi bình ắc quy sẽ bao gồm rất nhiều Cell, tùy theo điện áp định mức mong muốn mà người ta có thể chế tạo 3 Cell, 6 Cell hoặc nhiều hơn. Bên trong mỗi Cell bao gồm nhiều tấm điện cực mòng, ngăn cách bỏi các tấm màng cách điện. Môi trường đặt các tấm điện cực và màng ngăn là dung dịch điện ly dạng lòng, hoặc dạng Gel. Mong rằng với những gì mà chúng tôi chia sẻ cho bạn về cấu tạo bình ắc quy sẽ giúp bạn có thêm nhiều hiểu biết, và lựa chọn ắc quy phù hợp.
