Pin chì-axit

Pin axit-chì (VRLA) là một loại pin lưu trữ có các điện cực chủ yếu được làm bằng chì và các ôxít của nó, và chất điện phân là dung dịch axit sulfuric. Ở trạng thái phóng điện của pin axit-chì, thành phần chính của điện cực dương là chì điôxít và thành phần chính của điện cực âm là chì; ở trạng thái tích điện, thành phần chính của điện cực dương và điện cực âm là chì sunfat. Được chia thành ắc quy loại xả và ắc quy axít chì không cần bảo dưỡng.

1. Pin axít chì là gì

Đặc điểm rõ ràng nhất của pin axit chì là nắp nhựa kín không vặn ở mặt trên và lỗ thông hơi ở mặt trên. Những nắp rót này được sử dụng để đổ nước tinh khiết, kiểm tra chất điện phân và khí thải. Về mặt lý thuyết, pin axit chì cần kiểm tra mật độ và mức chất lỏng của chất điện phân trong mỗi lần bảo trì và bổ sung nước cất nếu thiếu. Tuy nhiên, với việc nâng cấp sản xuất pin công nghệ, pin axit chì đã phát triển thành pin không cần bảo trì axit chì và pin không cần bảo trì dạng keo, và không cần thêm chất điện phân hoặc nước cất khi sử dụng pin axit chì. Mục đích chính là sử dụng điện cực dương để tạo ra oxy, oxy có thể được hấp thụ ở điện cực âm để đạt đến chu trình oxy, có thể ngăn chặn sự giảm độ ẩm. Pin nước axit chì chủ yếu được sử dụng trong máy kéo, xe ba bánh, khởi động ô tô, v.v., trong khi pin axit chì không cần bảo trì có phạm vi ứng dụng rộng hơn, bao gồm nguồn cung cấp điện liên tục, nguồn điện cho xe điện, ắc quy xe đạp điện, v.v. -Pin axit được chia thành dòng xả không đổi (chẳng hạn như nguồn điện liên tục) và xả tức thời (chẳng hạn như pin khởi động ô tô) theo nhu cầu ứng dụng.

Ắc quy chủ yếu bao gồm tấm cực dương hình ống, tấm cực âm, chất điện phân, bộ phân tách, bình ắc quy, nắp ắc quy, cực, nắp tiêm, v.v ... Các điện cực của ắc quy được cấu tạo bởi chì và ôxit chì, và chất điện phân là dung dịch nước dung dịch axit sunfuric. Ưu điểm chính là ổn định Vôn và giá thấp; nhược điểm là năng lượng riêng thấp (tức là năng lượng điện tích trữ trên một kg pin), tuổi thọ ngắn và phải bảo trì thường xuyên hàng ngày. Ắc quy thông thường loại cũ thường có tuổi thọ khoảng 2 năm, cần thường xuyên kiểm tra độ cao bình điện phân và châm thêm nước cất. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, tuổi thọ của ắc quy axit-chì ngày càng kéo dài và việc bảo trì cũng trở nên dễ dàng hơn.

2. Nguyên lý làm việc của ắc quy axit-chì

Cực dương (PbO₂) và cực âm (Pb) trong pin chì được nhúng vào chất điện phân (axit sunfuric loãng), giữa hai điện cực tạo ra dòng điện 2V. Điều này dựa trên nguyên tắc của pin chì. Sau khi nạp và phóng điện, cực âm, cực dương và bình điện phân sẽ xảy ra các thay đổi sau:

(Cực dương) (Chất điện phân) (Catốt) PbO₂ + 2H₂SO₄ + Pb = PbSO₄ + 2H₂O + PbSO₄ (phản ứng phóng điện). (Chì đioxit) (Axit sunfuric) (Chì xốp) Hóa trị của Pb trong PbO₂ giảm và bị giảm, và các điện tích âm chảy; hóa trị của Pb trong chì xốp tăng, và các điện tích dương chảy qua.

(Cực dương) (Chất điện phân) (Cực âm) PbSO₄ + 2H₂O + PbSO₄ = PbO₂ + 2H₂SO₄ + Pb (phản ứng tích điện) (phải được cung cấp năng lượng) (chì sunfat) (nước) (chì sunfat).

Hóa trị của chì trong chì sunfat đầu tiên tăng lên và bị oxy hóa, và điện tích dương chảy vào điện cực dương; hóa trị của chì trong sunfat chì thứ hai giảm và bị giảm, và dòng điện tích âm vào điện cực âm.

1. Sự thay đổi hóa học khi phóng điện: Khi pin được kết nối với thiết bị bên ngoài Circuit để phóng điện, axit sunfuric loãng sẽ phản ứng với các vật liệu hoạt động trên bản cực dương và cực âm để tạo thành một hợp chất mới, chì sunfat. Thành phần axit sunfuric được giải phóng khỏi chất điện phân thông qua quá trình phóng điện, và phóng điện càng lâu thì nồng độ axit sunfuric càng loãng. Thành phần tiêu thụ tỷ lệ với lượng phóng điện. Chỉ cần đo được nồng độ của axit sunfuric trong chất điện phân, tức là đo được trọng lượng riêng thì có thể biết được lượng phóng điện hay điện dư.

2. Biến đổi hóa học trong quá trình sạc: Do chì sunfat sinh ra trên bản cực dương và cực âm trong quá trình phóng điện sẽ bị phân hủy và khử thành axit sunfuric, chì và chì đioxit trong quá trình sạc nên nồng độ chất điện phân trong pin tăng dần. Tức là, trọng lượng riêng của chất điện phân tăng lên và dần trở lại nồng độ trước khi phóng điện.

Sự thay đổi này cho thấy vật liệu hoạt động trong pin đã được chuyển sang trạng thái có thể được cấp nguồn trở lại. Khi chì sunfat ở hai cực được chuyển thành chất hoạt động ban đầu là kết thúc quá trình tích điện, trong khi bản cực âm tạo ra hiđro và bản cực dương tạo ra ôxy. Khi sạc đến giai đoạn cuối, dòng điện gần như được sử dụng vào quá trình điện phân nước nên độ điện ly sẽ bị giảm đi. Lúc này cần bổ sung nước tinh khiết.

3. Phương pháp bảo dưỡng ắc quy axit-chì

1. Nhiệt độ môi trường có tác động lớn hơn đến pin. Nếu nhiệt độ môi trường quá cao, pin sẽ được sạc quá mức để tạo ra khí. Nếu nhiệt độ môi trường quá thấp, pin sẽ bị thiếu điện, điều này sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin. Do đó, nhiệt độ xung quanh thường được yêu cầu ở khoảng 25°C và UPS nổi Vôn giá trị cũng được đặt theo nhiệt độ này. Trong các ứng dụng thực tế, pin thường được sạc trong khoảng từ 5°C đến 35°C. Nhiệt độ thấp hơn 5°C hoặc cao hơn 35°C sẽ làm giảm đáng kể dung lượng của pin và rút ngắn tuổi thọ của pin.

2. Độ sâu phóng điện có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của pin. Độ sâu xả của pin càng sâu thì số chu kỳ sử dụng càng ít, vì vậy cần tránh xả sâu trong quá trình sử dụng. Mặc dù UPS có chức năng bảo vệ khả năng thấp của ắc quy, nói chung khi một ắc quy được phóng điện đến khoảng 10.5V, UPS sẽ tự động tắt. Tuy nhiên, nếu UPS ở trạng thái phóng điện nhẹ hoặc phóng điện không tải cũng sẽ gây ra hiện tượng phóng điện sâu trong ắc quy.

3. Trong quá trình bảo quản, vận chuyển và lắp đặt, ắc quy sẽ bị mất một phần dung lượng do tự phóng điện. Vì vậy, trước khi đưa vào sử dụng sau khi lắp đặt, nên đánh giá dung lượng còn lại của pin theo độ mở mạch điện áp của pin, sau đó nên sử dụng các phương pháp khác nhau để sạc lại pin. Pin lưu trữ đã được để ở chế độ chờ sẽ được sạc lại 3 tháng một lần. Bạn có thể đánh giá chất lượng của pin bằng cách đo độ mở mạch điện áp của pin. Lấy bình ắc quy 12V làm ví dụ. Nếu điện áp mạch mở cao hơn 12.5V, điều đó có nghĩa là pin có hơn 80% năng lượng lưu trữ. Nếu điện áp hở mạch thấp hơn 12.5V thì nên sạc ngay. Nếu điện áp mạch hở thấp hơn 12V, điều đó có nghĩa là pin lưu trữ ít hơn 20% năng lượng điện và pin không sử dụng được.

4. Điện áp sạc. Vì ắc quy UPS là chế độ hoạt động dự phòng nên nguồn điện ở trạng thái sạc trong điều kiện bình thường và chỉ được phóng điện khi mất điện. Để kéo dài tuổi thọ của ắc quy, các bộ sạc UPS thường được điều khiển bằng cách giới hạn điện áp và dòng điện không đổi. Sau khi được sạc đầy pin, nó sẽ chuyển sang trạng thái sạc nổi, và điện áp sạc nổi của mỗi cell được đặt vào khoảng 13.6V. Nếu điện áp sạc quá cao, pin sẽ bị sạc quá mức và ngược lại, pin sẽ bị sạc kém. Điện áp sạc bất thường có thể do cấu hình pin sai hoặc do bộ sạc bị trục trặc. Vì vậy, khi lắp pin phải chú ý đúng quy cách, số lượng của pin, không để lẫn lộn các loại pin có quy cách, số lô khác nhau. Không sử dụng bộ sạc kém chất lượng cho bộ sạc bên ngoài và xem xét vấn đề tản nhiệt khi lắp đặt. Hiện tại, để cải thiện hơn nữa tuổi thọ của ắc quy, UPS tiên tiến áp dụng giải pháp quản lý ắc quy thông minh ba giai đoạn ABM (Advanced Battery Management), tức là, quá trình sạc được chia thành ba giai đoạn: sạc ban đầu, sạc nổi và nghỉ ngơi: giai đoạn đầu tiên là cân bằng hiện tại không đổi Sạc, sạc dung lượng pin đến 90%; giai đoạn thứ hai là sạc nổi, sạc dung lượng pin đến 100%, và sau đó dừng sạc; giai đoạn thứ ba là phóng điện tự nhiên, trong giai đoạn này, pin sử dụng dòng điện rò rỉ của chính nó để phóng điện, Cho đến khi giới hạn điện áp thấp hơn quy định, và sau đó lặp lại ba giai đoạn trên. Phương pháp này giúp thay đổi lần sạc đầy trước đó mà vẫn giữ pin ở trạng thái sạc nổi trong 24 giờ mỗi ngày, do đó kéo dài tuổi thọ của pin.