acquy chi - Seminar Điện hóa

Acquy chì – acid laø nguoàn ñieän hoùa hoïc phoå bieán nhaát, chieám 60% löôïng nguoàn baùn ra treân theá giôùiKích thöôùc acquy chì – acid thay ñoåi ña daïng ñaùp öùng gaàn nhö toaøn boä nhu caàu cuûa con ngöôøi töø loaïi nhoû 2V- 0,5 Ah ñeán loaïi 2V-12.000 Ah

Acquy 6V, 12V cho xe maùy vaø 24V cho xe hôi

-1854, Sinstede nghieân cöùu pin Pb-H2SO4.-1859 Gaston Planteù phaùt minh aêcquy chì axit-1881 Faureù boïc ñieän cöïc PbO2 baèng lôùp cao PbO taêng dieän tích hoaït ñoäng (taêng dung löôïng). Thay caùc laù chì baèng hôïp kim Pb-Sb ñeå taêng ñoä chaéc. Henri Tudor eùp lôùp cao leân löôùi chì.- 1866 phaùt minh ra maùy phaùt ñieän - 1912 Ketting phaùt minh ra boä khôûiñoäng ñieän cho ñoäng cô xe hôi.

LÖÔÏC SÖÛ AÊCQUY CHÌ

NGUYEÂN TAÉC HOAÏT ÑOÄNG

Phaûn öùng toång quaùt cuûa acquy chì acid laø:

Pb + PbO2 + H2SO4 = 2 PbSO4 + 2H2O

Söùc ñieän ñoäng khoaûng 2,04V. Vôùi Eo

acquy = Eo(PbO2/PbSO4) – Eo(PbSO4/Pb)

- Pb, PbO2 H2SO4 Pb, Pb + (H2SO4 d=1,225, H2SO4 30,48%)

Cöïc döông (anode): bò oxh thaønh PbO2(+)PbSO4 + SO4

2- + 2H2O - 2e- → PbO2 + 2H2SO4

Cöïc aâm (cathode) bò khöû ñeán chì töï do dạng xốpPbSO4 + 2H+ + 2e- → Pb + H2SO4

Toång quaùt:PbSO4(+) + 2H2O + PbSO4 (-) → PbO2 + Pb + 2H2SO4

H2SO4 sinh ra, noàng ñoä axid trong bình aêcquy taêng, söùc ñieän ñoäng cuûa aêcquy taêng theo vaø ñieän trôû trong giaûm xuoáng.

NAÏP ÑIEÄN

Doøng ñieän töû ñi töø cöïc aâm qua taûi sang cöïc döông hay doøng ñieän ñi töø cöïc döông sang cöïc aâm.

Baûn cöïc aâm (anode):

Pbxoáp + H2SO4 - 2e- → PbSO4 + 2H+

Eo = +1,685V

Baûn cöïc döông (cathode):

PbO2 + H2SO4 + 2e- → PbSO4 + 2OH-

Eo = - 0,356V

PHOÙNG ÑIEÄN

2H+ + 2OH- → H2O

PbO2( +) + Pb(-) + 2H2SO4 → PbSO4 + 2H2O + PbSO4

H2SO4 bò tieâu hao, nöôùc sinh ra, noàng ñoä axit giaûm 4,5mol/l -1mol/l), söùc ñieän ñoäng giaûm vaø ñieän trôû trong taêng.

PbO2 + Pb + 2 SO42- + 4 H+ ⇋ 2 PbSO4 + 2H2O

Eoacquy = Eo

cathode - Eoanode = (+ 1,685 V) - ( -

0,356 V)

= + 2,041 V

Caùch thöùc trao ñoåi ñieän töû vaø cô cheá

cuûa caùc phaûn öùng ñieän hoùa dieãn ra

trong acquy chöa ñöôïc bieát roõ.

Acquy saïc ñaày: H2SO4 28%-42% (3,4 mol/l ñeán 5,6 mol/l hay d = 1,20-1,32 g/cm3 (20oC)). Tññ = -30oC -70oC.

phoùng

naïp

Khoái löôïng öùng vôùi phaûn öùng laø:Trong ñieàu kieän Caxit

= 1 mol/l

Pb + PbO2 + H+ + SO42-

= 2PbSO4 + H2O

207,2g 239,2g 4g 192g 606,4g 36 g

(2F = 2x26,8Ah = 53,6Ah toán 642,2g chaát hoaït ñoäng)- Naêng löôïng rieâng lyù thuyeát cuûa acquy:(53,61 Ah)*(1,928V / 0,6424 kg ) = 160,9

Wh / kg

V928,196500.2

10.2,372F.nG

E3

SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG ĂCQUY KHỞI ĐỘNG

 CAÙC THOÂNG SOÁ KYÕ THUAÄT

Yeâu caàu chung:

- Söùc ñieän ñoäng oån ñònh

- Cöôøng ñoä doøng ñieän phoùng cao

- Coâng suaát treân moät ñôn vò khoái löôïng, ñôn vò theå tích lôùn

- Thôøi gian söû duïng daøi, chu kì phoùng naïp lôùn

- Möùc ñoä maát nöôùc thaáp vaø an toaøn khoâng gaây oâ nhieãm.

SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG:

Giaù trò chuaån: 2,041V. Phöông trình thöïc nghieäm:

Eo = 0,85 + A, V

Eo : söùc ñieän ñoäng tónh cuûa aêcquy ñôn

A: giaù trò tyû troïng cuûa dung dòch H2SO4 tính baèng ñôn vò volt quy veà +15oC

VD: d=1,12-1,29 g/cm3 E=1,97-2,14V.

d thay ñoåi theo nhieät ñoä neân söùc ñieän ñoäng tónh cuõng thay ñoåi theo nhieät ñoä.

DUNG LÖÔÏNG ÑIEÄN: laø tích cuûa doøng phoùng vaø thôøi gian phoùng (Ah).

Naêng löôïng ñieän tieâu thuï trong moät khoaûng thôøi gian seõ tính baèng ñôn vò Wh.

•Cheá ñoä phoùng naïp: doøng phoùng cao, dung löôïng phoùng caøng giaûm.

Cheá ñoä phoùng naïp toái öu: I = const = 1/10 Co trong 10 giôø.

VD: Bình aêcquy 12V thöôøng ñöôïc cheá taïo ñeå coù dung löôïng 20Ah, khi naïp ñieän neân I= 2A t =10 giôø.

Nhieät ñoä: C =f(t).

Nhieät ñoä 30oC laø nhieät ñoä chuaån

Coâng thöùc chuyeån ñoåi:

Qt = Q30 [1 + 0,008 * ( t - 30)], Ah

Vôùi Qt, Q30: dung löôïng ño ôû toC vaø 30oC

0,008: heä soá nhieät cuûa dung löôïng

Ngöôøi ta ño dung löôïng Q30 ôû cheá ñoä phoùng 10 giôø vaø goïi laø dung löôïng ñònh möùc

Ñaëc tính phoùng naïp:

Phoùng ñieän vôùi moät doøng Ip khoâng ñoåi, Eo = Eaq + ΔE

Nguyeân nhaân:

Khi chöa phoùng ñieän: CH2SO4baûn cöïc =

CH2SO4dd

Khi phoùng ñieän: khuyeách taùn chaäm

CH2SO4baûn cöïc < CH2SO4

dd

Keát quaû: giaûm söùc ñieän ñoäng cuûa acquy.

Giaù trò cuûa Eaq ñöôïc chia laøm hai thaønh phaàn:

Eaq = Up + Ip. Raq

Up: hieäu theá acquy ño luùc phoùng

Ip: doøng ñieän phoùng

Raq: ñieän trôû noäi

(Raq: phuï thuoäc vaøo thieát dieän, traïng thaùi beà maët cuûa caùc baûn cöïc, khoaûng caùch giöõa caùc baûn cöïc, loaïi laù caùch, noàng ñoä, nhieät ñoä, cöôøng ñoä doøng ñieän phoùng naïp, möùc ñoä naïp ñaày cuûa acquy…)

Baét ñaàu phoùng: Up giaûm nhanh

Tôùi caân baèng: hôi giaûm tyû leä vôùi söï giaûm Caxit

Cuoái quaù trình phoùng: Eaq vaø Up giaûm maïnh.

Nguyeân nhaân:

PbSO4 sinh ra nhieàu: tieát dieän chung cuûa baûn cöïc giaûm, Rnoäi taêng, khuyeách taùn chaäm

Veà nguyeân taéc: coù theå phoùng heát toaøn boä dung löôïng ñieän Eaq = 0. Thöïc teá : chæ cho phoùng ñeán khi Up = Umin roài saïc laïi.

Umin = 1,7V ñöôïc goïi laø hieäu theá phoùng cuoái cuøng.

Nguyeân nhaân:

- SÑÑ giaûm nhieàu, khoâng ñaûm baûo cho hoaït ñoäng caùc taûi..

- Giaù trò Umin phuï thuoäc vaøo Ip. Ip lôùn C giaûm, tphoùng giaûm, Eaq vaø Up giaûm.

ÔÛ nhieät ñoä thaáp, ñoä nhôùt dung dòch taêng, ñieän trôû trong vaø ñoä suït theá taêng. Neáu phoùng ñieän giaùn ñoaïn seõ cho dung löôïng cao hôn vì coù thôøi gian “nghæ”.

Quaù trình naïp: CH2SO4baûn cöïc < CH2SO4

dd

Unoäi > Eaq.

Cuoái quaù trình naïp: Un vaø Eaq taêng nhanh.

Keát thuùc naïp: ñieän phaân nöôùc = söï soâi

U=2,4V- 2,7V

Thöôøng naïp theâm 1-3 giôø, ngaét doøng naïp, ñeå acquy thoaùt heát boït khí vaø U suït xuoáng 2,1V.

Naïp chaäm: vôùi I< Iñm

Naïp nhanh: I>Iñm

Cnaïp>Cphoùng (10-15%) do ñieän phaân nöôùc

Naïp nhanh: Inaïp > Iñm (Iñm = 0,1Q10): acquy mau hoûng.

Toác ñoä

phoùng

(phuùt)

C phoùng ôû

20giôø (Ah)

Cheá ñoä saïc (giôø)

5A 10A 20A 30A 40A

<75 <50 10 5 2,5 2 -

75-115 50-75 15 7,5 3,25

2,5 2

115-160

75-100

20 10 5 3 2,5

160-245

100-150

30 15 7,5 5 3,5

Toác ñoä phoùng: thôøi gian ñeå moät acquy ñaõ naïp ñaày phoùng ñieän vôùi doøng khoâng ñoåi 25A veà tôùi hieäu theá 1,75V

Nạp bổ sung sau khi mua với điện thế không đổi ở 2.23 trong thời gian 24 giờ.

Nạp hàng ngày (sau khi phóng): Nạp với điện thế không đổi 2.23v/ngăn ắc quy + 2%

Các ắcquy có thể sử dụng trong điều kiện nhiệt độ -15oc đến +45oc, xong tốt nhất nên sử dụng trong khoảng +5oc đến +30oc, ắcquy sẽ cho tuổi thọ cao nhất.

(Cty Ăcquy Tia sáng)

Hieäu suaát cuûa acquy:

Hieäu suaát theo dung löôïng (Ah): 0,94-0,96

Hieäu suaát theo naêng löôïng (Wh) 0,75-0,85

Öu ñieåm: hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä thaáp. Tuoåi thoï cao, doøng phoùng lôùn, oån ñònh

Nhöôïc ñieåm: PbSO4 deã rôi khoûi baûn cöïc laøm giaûm dung löôïng. Khi quaù naïp deã noå do phaûn öùng H2 vaø O2 baén H2SO4. Phaûi chaâm nöôùc ( tröø acquy kín khí).