Nguyên lý hoạt động & Cấu tạo bình ắc quy

1. Ắc quy là gì? Cấu tạo bình ắc quy

Ắc quy là một nguồn điện hóa. Dựa vào chất liệu cấu tạo bình ắc quy bản cực và chất điện phân sẽ tạo nên sức điện động cho ắc quy. Sức điện động với một ắc quy chì axit của một ắc quy đơn là 2.1V.

Ắc quy là thiết bị được sử dụng thường xuyên trong cuộc sống hàng ngày

Trong mỗi ắc quy đơn, muốn tăng khả năng dự trữ năng lượng của ắc quy, người ta thường sử dụng phương pháp tăng số lượng các cặp bản cực âm và dương. Còn khi tiến hành ghép nối nhiều ắc quy đơn thành một bình ắc quy thì giá trị sức điện động của nguồn tăng lên.

Cấu tạo bình ắc quy trên thực tế tương đối đơn giản. Nó được bọc bên ngoài bằng lớp vỏ nhựa cứng, bên trong được làm từ số những tế bào (cell). Mỗi tế bào sẽ có bản cực dương và bản cực âm, chúng là những vật liệu hoạt hóa nằm trong các tấm lưới phẳng. Trong đó, bản cực dương sau khi nạp PbO2 có màu nâu, còn bản cực âm chỉ là xốp sau khi nạp có màu xám.

Hình vẽ cấu trúc bên trong của bình ắc quy

2. Cấu trúc của các loại ắc quy

Bình ắc quy được chia ra làm 2 loại chính là ắc quy chì axit và ắc quy AGM & Lithium ion. Mỗi loại bình ắc quy sẽ có cấu tạo cùng thành phần khác nhau. Cùng đọc những thông tin dưới đây để tham khảo ngay cấu tạo bình ắc quy của từng loại cụ thể.

2.1. Ắc quy chì – axit

Cấu trúc và thành phần của ắc quy chì – axit

Ắc quy chì – axit

Cấu tạo bình ắc quy chì – axit và thành phần của nó khá phức tạp. Không chỉ có điện cực âm, điện cực dương, tấm vách ngăn mà còn có nhiều thành phần khác cùng tham gia.

Trong đó:

• Điện cực dương gồm có bản cực dương và lưới cực dương:
  • Bản cực dương bao gồm oxit chì được nhúng hoàn toàn trong dung dịch điện phân.
  • Còn lưới cực dương được làm bằng kim loại chì, dùng với mục đích giữ vật liệu hoạt hóa đồng thời và là bộ thu điện.
• Điện cực âm gồm có bản cực âm và lưới cực âm:
  • Bản cực âm được làm bằng chì nguyên chất và cho nhúng hoàn toàn trong dung dịch điện phân.
  • Lưới cực âm được làm từ hợp kim và cùng mục đích sử dụng như lưới cực dương.
• Giữ cực dương và cực âm được ngăn với nhau bởi vách:
  • Hỗn hợp nước cất và H2SO4 – axit sunfuric chính là dung dịch điện phân, nó có thể ở dạng lỏng, dạng gel hoặc được gắn trong thảm thủy tinh.
  • Bản cực dương được tạo ra từ một nhóm các điện cực dương và bản cực âm tạo thành từ các nhóm điện cực âm. Ngăn của ắc quy được tạo ra chính bởi khối tạo thành từ bản cực dương cùng bạn cực âm.
  • Thông thường, một bình ắc quy sẽ chia thành 6 ngăn nối tiếp với nhau, mỗi ngăn có điện áp định mức 2V. Như vậy, sạc đầy bình ắc quy sẽ có điện áp là 12.72V. Số bản cực của mỗi ngăn chính là yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng và khả năng khởi động nguồn của bình ắc quy. Các ngăn được ngăn bởi lớp nhựa kháng axit và thường được đóng kín bằng hệ thống phức tạp để ngắn chất lỏng của ắc quy thoát ra ngoài, điều này giúp phần chất lỏng và khí tách biệt với nhau.
  • Ắc quy hiện đại không được phép đổ thêm nước, trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được mở nút đóng 1 chiều của ắc quy AGM.
  • Trong ô tô, ắc quy được dùng để lưu trữ năng lực dưới dạng hóa học và chuyển thành năng lượng điện để sử dụng. Sẽ có 4 vật liệu bản ứng với nhau trong quá trình điện – hóa như sau: Oxi, Hidro, chì, lưu huỳnh.

Cực dương và cực âm của ắc quy được ngăn cách bằng tấm vách ngăn nhựa kháng axit

• Bắt đầu có phản ứng hóa học xảy ra trong ắc quy khi được nổi với tài ngoài:
  • Các chất điện phân, hỗn hợp H2SO4 và nước cất bắt đầu phân ly thành ion hidro tích điện dương và các ion sunfat tích điện âm. Đồng thời thông qua tải ngoài mà các e di chuyển từ điện cực âm sang điện cực dương.
  • Các ion sunfat phải di chuyển từ chất điện phân và điện cực âm để bù cho dòng e di chuyển đi, nơi chúng diễn ra phản ứng với chì để tạo thành chì sunfat. Chì sunfat được tạo ra tại điện cực dương, sau đó bị phá vỡ do di chuyển e và oxy vào chất điện phân khi liên kết oxy trong oxit chì. Lượng chì còn lại sẽ liên kết với sunfat chứa trong chất điện phân.
  • H2O được tạo thành và khi đó axit sunfuric sử dụng hết khiến nồng độ của dung dịch điện phân giảm xuống. Giảm đến một mức nhất định thì cần tiến hành sạc lại cho bình ắc quy.
  • Khi sạc ắc quy, phản ứng hóa học lại diễn ra theo trình tự ngược lại và làm khôi phục lại các nguyên tố như ban đầu. Chình vì vậy mà ắc quy chỉ có thể sử dụng chịu đựng được một số chu kỳ sạc hạn chế, điều này khiến cho vòng đời sử dụng của nó cũng bị hạn chế theo.

Phản ứng hóa học xảy ra trong bình ắc quy

2.2. Ắc quy AGM & Lithium ion

Thị trường đã quá quen thuộc với các ắc quy thông thường như chì – axit. Tuy nhiên, các sản phẩm ắc quy sử dụng công nghệ tiên tiến đã nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường như AGM. Bình ắc quy AGM sử dụng với axit được gắn trong một tấm thảm giúp mang lại sự ổn định tốt hơn trong chu kỳ lớn hơn.

Chúng còn mang lại những tính năng tốt hơn khi vận hành đối với các phương tiện sử dụng ắc quy và có nhu cầu nguồn năng lượng cao. Một lợi thế khác của AGM đó chính là không có hiện tượng phân tầng axit xảy ra bởi nó được để ở dạng gel.

Một thế hệ ắc quy mới khác trên thị trường hiện nay dành cho xe lai điện siêu nhỏ với mức vận hành ở 48V và các ngăn được ứng dụng bằng công nghệ Lithium ion.

Ắc quy AGM & Lithium ion

Trên đây là toàn bộ những thông tin về cấu tạo bình ắc quy cho bạn. Hy vọng với những thông tin hữu ích trong bài viết này, các bạn sẽ hiểu về cấu tạo của từng loại bình ắc quy được sử dụng phổ biến hiện nay.