Ắc Quy Chì Axit Là Gì? Tìm Hiểu Cấu Tạo, Nguyên Lý Và Ứng Dụng Thực Tế

Trong đời sống hiện đại, nơi năng lượng điện giữ vai trò then chốt, acquy chì axit được xem là giải pháp lưu trữ điện năng đáng tin cậy và phổ biến. Từ khởi động động cơ ô tô, xe máy đến cung cấp nguồn điện dự phòng cho thiết bị quan trọng, loại ắc quy này hiện diện trong nhiều lĩnh vực đời sống và công nghiệp.

Dù công nghệ pin mới liên tục ra đời, ắc quy chì axit vẫn giữ vững vị thế nhờ chi phí hợp lý, độ bền cao và khả năng cung cấp dòng điện lớn. Vậy, ắc quy axit chì là gì, có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ từ khái niệm cơ bản đến ứng dụng thực tế, mang đến cái nhìn toàn diện về loại ắc quy quen thuộc này.

1. Ắc quy chì axit là gì?

Tìm hiểu về ắc quy chì axit

1.1 Định nghĩa

Ắc quy chì axit là một loại ắc quy thứ cấp, có khả năng sạc lại nhiều lần, sử dụng các hợp chất chì (lead) và dung dịch axit sulfuric (H2SO4) để lưu trữ và cung cấp năng lượng điện. Đây là một trong những loại ắc quy lâu đời nhất và vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay nhờ vào tính ổn định, chi phí hợp lý và khả năng cung cấp dòng điện lớn. 

Ắc quy axit chì hoạt động dựa trên phản ứng hóa học có thể đảo ngược giữa các thành phần chì và axit sulfuric, cho phép nó phóng điện để cung cấp năng lượng và sau đó được nạp lại để tái sử dụng.

1.1 Lịch sử hình thành và tầm quan trọng của ắc quy axit chì

Ắc quy chì axit được phát minh vào năm 1859 bởi nhà vật lý người Pháp Gaston Planté. Phát minh này đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng điện, đặt nền móng cho sự phát triển của nhiều thiết bị và công nghệ sau này.

Từ những chiếc xe ô tô đầu tiên cho đến hệ thống điện dự phòng ngày nay, Ắc quy chì axit đóng vai trò vô cùng quan trọng:

• Trong ngành giao thông vận tải: Acquy axit chì được sử dụng để khởi động động cơ, cung cấp năng lượng cho hệ thống chiếu sáng và các thiết bị điện tử trên xe.
• Trong công nghiệp: Chúng được sử dụng trong các hệ thống lưu điện dự phòng (UPS), xe nâng, và các thiết bị công nghiệp khác.
• Trong đời sống hàng ngày: Acquy chì axit cung cấp năng lượng cho xe máy, xe đạp điện, hệ thống báo động, và nhiều thiết bị gia dụng khác.

Xem thêm: Ắc Quy CMF Là Gì? Công Nghệ, Ưu Điểm Và Hướng Dẫn Sử Dụng Tối Ưu

2. Cấu tạo chi tiết của ắc quy chì axit

Các thành phần chính cấu tạo nên acquy axit chì

Ắc quy chì axit có cấu tạo tương đối đơn giản nhưng lại đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ bình ắc quy. Dưới đây là các thành phần chính:

Bản cực (tấm điện cực):

• Bản cực dương: Thường được làm từ chì dioxit (PbO2), có màu nâu sẫm. Chì dioxit hoạt động như một chất oxy hóa trong quá trình phóng điện.
• Bản cực âm: Thường được làm từ chì kim loại (Pb), có màu xám chì. Chì kim loại hoạt động như một chất khử trong quá trình phóng điện.
• Vai trò của hợp kim chì và các chất phụ gia: Để tăng độ bền cơ học, khả năng chống ăn mòn và cải thiện hiệu suất, các bản cực thường được làm từ hợp kim chì với các chất phụ gia như antimony, canxi, hoặc bạc.
  • Antimony: Tăng độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn, nhưng có thể làm tăng tốc độ tự tự xả điện của ắc quy.
  • Canxi: Giảm tốc độ tự xả điện và giảm lượng khí hydro sinh ra trong quá trình sạc, giúp ắc quy kín khí hoạt động hiệu quả hơn.
  • Bạc: Cải thiện khả năng chống ăn mòn và tăng tuổi thọ của ắc quy, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao.

Dung dịch điện phân:

• Thường là dung dịch axit sulfuric (H2SO4) pha loãng với nồng độ khoảng 30-40%.
• Vai trò: Dung dịch điện phân tạo môi trường cho các phản ứng hóa học xảy ra giữa bản cực dương và bản cực âm, cho phép chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng và ngược lại.
• Tầm quan trọng của nồng độ axit và tỷ trọng dung dịch: Nồng độ axit và tỷ trọng dung dịch điện phân ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ của ắc quy. Nếu nồng độ axit quá thấp, ắc quy sẽ không thể cung cấp đủ năng lượng. Nếu nồng độ axit quá cao, nó có thể gây ăn mòn các bản cực và làm giảm tuổi thọ của ắc quy.

Tấm ngăn cách:

• Vật liệu: Thường được làm từ vật liệu cách điện như nhựa, cao su hoặc sợi thủy tinh.
• Chức năng: Tấm ngăn cách được đặt giữa các bản cực dương và âm để ngăn chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau, tránh gây đoản mạch.

Vỏ bình và nắp bình:

• Vật liệu: Thường được làm từ nhựa cứng hoặc cao su chịu axit.
• Vai trò: Vỏ bình và nắp bình bảo vệ các thành phần bên trong ắc quy khỏi tác động của môi trường bên ngoài, đồng thời ngăn chặn sự rò rỉ của dung dịch axit.
• Lỗ thông hơi/van an toàn: Đối với ắc quy hở, có lỗ thông hơi để thoát khí hydro và oxy sinh ra trong quá trình sạc. Đối với ắc quy kín, có van an toàn để giải phóng áp suất trong trường hợp áp suất bên trong ắc quy tăng quá cao.

Cọc bình:

• Vị trí: Nằm ở trên nắp bình, thường có hai cọc: cọc dương (+) và cọc âm (-).
• Chức năng: Cọc bình được sử dụng để kết nối ắc quy với hệ thống điện của xe hoặc thiết bị.

Xem thêm: Ác Quy Chì Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý, Ứng Dụng Và Hướng Dẫn Sử Dụng Chi Tiết

3. Nguyên lý hoạt động của ắc quy chì axit

Nguyên lý hoạt động của ắc quy axit chì

Ắc quy chì axit hoạt động dựa trên các phản ứng hóa học có thể đảo ngược xảy ra giữa các bản cực và dung dịch điện phân. Quá trình này bao gồm hai giai đoạn chính: phóng điện (xả điện) và nạp điện.

3.1. Quá trình phóng điện (xả điện)

Khi ắc quy cung cấp điện cho thiết bị, các phản ứng hóa học sau đây xảy ra:

• Tại cực dương (PbO2): Chì dioxit (PbO2) phản ứng với axit sulfuric (H2SO4) và giải phóng electron.
  • Phương trình hóa học: PbO2(r) + HSO4-(aq) + 3H+(aq) + 2e- → PbSO4(r) + 2H2O(l)
• Tại cực âm (Pb): Chì kim loại (Pb) phản ứng với axit sulfuric (H2SO4) và nhận electron.
  • Phương trình hóa học: Pb(r) + HSO4-(aq) → PbSO4(r) + H+(aq) + 2e-
• Tổng quát:
  • Pb(r) + PbO2(r) + 2H2SO4(aq) → 2PbSO4(r) + 2H2O(l)

Trong quá trình phóng điện, chì dioxit (PbO2) ở cực dương và chì kim loại (Pb) ở cực âm dần chuyển thành chì sunfat (PbSO4). Đồng thời, nồng độ axit sulfuric (H2SO4) trong dung dịch điện phân giảm, và nước (H2O) được tạo ra. Sự di chuyển của các electron tạo ra dòng điện cung cấp cho thiết bị.

3.2. Quá trình nạp điện

Khi ắc quy được sạc, một dòng điện một chiều được đưa vào ắc quy theo chiều ngược lại với quá trình phóng điện. Các phản ứng hóa học xảy ra theo chiều ngược lại, phục hồi các bản cực về trạng thái ban đầu và tái tạo dung dịch axit sulfuric.

• Tại cực dương: Chì sunfat (PbSO4) phản ứng với nước (H2O) và tạo thành chì dioxit (PbO2) và axit sulfuric (H2SO4).
  • Phương trình hóa học: PbSO4(r) + 2H2O(l) → PbO2(r) + HSO4-(aq) + 3H+(aq) + 2e-
• Tại cực âm: Chì sunfat (PbSO4) nhận electron và tạo thành chì kim loại (Pb) và axit sulfuric (H2SO4).
  • Phương trình hóa học: PbSO4(r) + H+(aq) + 2e- → Pb(r) + HSO4-(aq)
• Tổng quát:
  • 2PbSO4(r) + 2H2O(l) → Pb(r) + PbO2(r) + 2H2SO4(aq)

Trong quá trình nạp điện, chì sunfat (PbSO4) ở cả hai cực dần chuyển thành chì dioxit (PbO2) ở cực dương và chì kim loại (Pb) ở cực âm. Đồng thời, nồng độ axit sulfuric (H2SO4) trong dung dịch điện phân tăng lên.

4. Phân loại ắc quy chì axit phổ biến

Ắc quy chì axit được phân ra làm 2 loại chính

Trên thị trường hiện nay, ắc quy chì axit được phân thành hai loại chính: ắc quy axit hở khí (ắc quy nước) và ắc quy axit kín khí (ắc quy khô). Mỗi loại có những đặc điểm, ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

4.1. Ắc quy axit hở khí 

Đặc điểm: Ắc quy axit hở khí, hay còn gọi là ắc quy nước, là loại ắc quy truyền thống có dung dịch điện phân ở dạng lỏng và có lỗ thông hơi để thoát khí. Loại ắc quy này cần được châm nước cất định kỳ để duy trì mức dung dịch điện phân phù hợp.

Ưu điểm:

• Chi phí thấp: Ắc quy nước thường có giá thành thấp hơn so với ắc quy khô.
• Dễ bảo dưỡng: Việc bảo dưỡng ắc quy nước tương đối đơn giản, chủ yếu là kiểm tra và châm nước cất khi cần thiết.
• Chịu phóng sâu tốt: Ắc quy nước có khả năng chịu được phóng điện sâu mà không bị ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ.

Nhược điểm:

• Dễ bay hơi: Dung dịch điện phân có thể bay hơi theo thời gian, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ cao.
• Sinh khí: Trong quá trình sạc, ắc quy có thể sinh ra khí hydro và oxy, gây nguy hiểm nếu không được thông gió tốt.
• Cần đặt thẳng đứng: Để tránh tràn axit, ắc quy nước cần được đặt thẳng đứng.
• Nguy cơ tràn axit: Nếu ắc quy bị nghiêng hoặc lật, axit có thể tràn ra ngoài, gây ăn mòn và nguy hiểm.

4.2. Ắc quy axit kín khí

Đặc điểm: Ắc quy axit kín khí, hay còn gọi là ắc quy khô, là loại ắc quy được thiết kế kín hoàn toàn, không cần bảo dưỡng thường xuyên và không có khí thoát ra ngoài trong quá trình hoạt động bình thường.

Các loại phổ biến:

• Ắc quy AGM: Sử dụng tấm sợi thủy tinh đặc biệt để hấp thụ dung dịch điện phân, giúp ắc quy có thể hoạt động ở nhiều vị trí khác nhau mà không lo tràn axit.
• Ắc quy Gel: Sử dụng chất điện phân ở dạng gel đặc, giúp ắc quy chống rung tốt hơn và có tuổi thọ cao hơn.

Ưu điểm chung:

• An toàn hơn: Không có nguy cơ tràn axit, an toàn hơn cho người sử dụng và thiết bị.
• Ít bảo dưỡng: Không cần châm nước cất định kỳ, giảm thiểu công việc bảo dưỡng.
• Có thể lắp đặt ở nhiều vị trí: Có thể lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau mà không lo tràn axit.

Nhược điểm chung:

• Giá thành cao hơn: Ắc quy khô thường có giá thành cao hơn so với ắc quy nước.
• Nhạy cảm với sạc quá mức: Sạc quá mức có thể làm hỏng ắc quy khô.

5. Ưu và nhược điểm của ắc quy chì axit

Ưu nhược điểm của acquy axit chì

Acquy chì axit, mặc dù là một công nghệ lâu đời, vẫn được ưa chuộng nhờ vào những ưu điểm vượt trội. Tuy nhiên, nó cũng tồn tại một số nhược điểm cần được xem xét.

5.1. Ưu điểm

• Giá thành thấp, chi phí trên mỗi kWh thấp: So với các công nghệ pin khác như lithium-ion, ắc quy chì axit có giá thành sản xuất và chi phí trên mỗi kWh thấp hơn đáng kể, làm cho nó trở thành một lựa chọn kinh tế cho nhiều ứng dụng.
• Độ bền cao nếu sử dụng đúng cách: Nếu được sử dụng và bảo dưỡng đúng cách, acquy chì axit có thể có tuổi thọ khá dài, từ 3 đến 5 năm hoặc thậm chí lâu hơn.
• Khả năng trữ điện lớn, dòng phóng lớn (lý tưởng khởi động động cơ): Acquy axit chì có khả năng cung cấp dòng điện lớn trong thời gian ngắn, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc khởi động động cơ ô tô, xe máy và các thiết bị khác.
• Công nghệ trưởng thành, độ tin cậy cao: Công nghệ acquy chì axit đã được phát triển và hoàn thiện trong hơn một thế kỷ, đảm bảo độ tin cậy cao và khả năng hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau.
• Tỷ lệ tái chế cao, thân thiện môi trường hơn một số loại pin khác: Ắc quy chì axit có tỷ lệ tái chế cao, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường so với một số loại pin khác. 

5.2. Nhược điểm

• Trọng lượng nặng, cồng kềnh: So với các công nghệ pin mới hơn, acquy chì axit có trọng lượng nặng và kích thước lớn hơn, gây khó khăn trong việc vận chuyển và lắp đặt.
• Không thể lưu trữ trong môi trường phóng điện: Nếu acquy chì axit bị để trong trạng thái phóng điện trong thời gian dài, nó có thể bị sunfat hóa và mất khả năng nạp lại.
• Dễ bị thoát nhiệt nếu sạc không đúng cách: Sạc ắc quy axit chì không đúng cách, đặc biệt là sạc quá nhanh hoặc quá mức, có thể gây ra hiện tượng thoát nhiệt và làm hỏng ắc quy.
• Dung dịch axit lỏng khó vận chuyển, nguy cơ tràn: Dung dịch axit sulfuric trong ắc quy chì axit là chất ăn mòn và có thể gây nguy hiểm nếu bị tràn ra ngoài. Việc vận chuyển ắc quy chứa axit lỏng đòi hỏi các biện pháp an toàn đặc biệt.
• Năng lượng riêng thấp hơn các công nghệ mới (ví dụ lithium): Acquy axit  chì có năng lượng riêng (tức là lượng năng lượng lưu trữ trên một đơn vị trọng lượng) thấp hơn so với các công nghệ pin mới như lithium-ion, làm cho nó kém hiệu quả hơn trong các ứng dụng đòi hỏi trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ.

6. Ứng dụng phổ biến của ắc quy chì axit

Ắc quy axit chì được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ vào tính linh hoạt, độ tin cậy và chi phí hợp lý. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của ắc quy axit chì:

• Khởi động ô tô, xe máy và các phương tiện: Đây là ứng dụng phổ biến nhất của ắc quy chì axit. Ắc quy được sử dụng để cung cấp dòng điện lớn trong thời gian ngắn để khởi động động cơ. Loại ắc quy thường được sử dụng là ắc quy khởi động (starting battery), được thiết kế để cung cấp dòng điện cao trong thời gian ngắn và sau đó được nạp lại bởi hệ thống sạc của xe.
• Hệ thống lưu điện dự phòng (UPS) cho máy tính, thiết bị điện tử: Trong trường hợp mất điện đột ngột, ắc quy chì axit được sử dụng trong các hệ thống UPS để cung cấp nguồn điện dự phòng cho máy tính, thiết bị điện tử và các thiết bị quan trọng khác, giúp bảo vệ dữ liệu và tránh gián đoạn công việc. Loại ắc quy thường được sử dụng là ắc quy chu kỳ sâu, được thiết kế để phóng điện sâu và nạp lại nhiều lần mà không bị ảnh hưởng nhiều đến tuổi thọ.
• Hệ thống năng lượng mặt trời và năng lượng tái tạo: Acquy chì axit được sử dụng để lưu trữ năng lượng điện được tạo ra từ các tấm pin mặt trời hoặc các nguồn năng lượng tái tạo khác, giúp cung cấp điện cho các thiết bị và hệ thống khi không có ánh sáng mặt trời hoặc gió. Loại ắc quy thường được sử dụng là ắc quy chu kỳ sâu, được thiết kế để chịu được các chu kỳ phóng điện và nạp điện liên tục.
• Nguồn dự phòng cho thiết bị y tế, viễn thông: Trong các bệnh viện, trung tâm y tế và trạm viễn thông, ắc quy chì axit được sử dụng để cung cấp nguồn điện dự phòng cho các thiết bị y tế quan trọng, hệ thống liên lạc và các thiết bị khác, đảm bảo hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện.
• Xe điện, xe nâng công nghiệp: Acquy chì axit được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe điện, xe nâng công nghiệp và các phương tiện vận chuyển khác. Loại ắc quy thường được sử dụng là ắc quy chu kỳ sâu, được thiết kế để cung cấp năng lượng trong thời gian dài và chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt.

Ắc quy chì axit vẫn giữ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực từ giao thông, công nghiệp cho đến lưu trữ năng lượng tái tạo, nhờ vào tính linh hoạt, độ tin cậy và hiệu quả kinh tế. Để duy trì hiệu suất ổn định và kéo dài tuổi thọ, người dùng cần lựa chọn sản phẩm chất lượng và tuân thủ đúng quy trình bảo dưỡng.

Nếu bạn đang tìm kiếm địa chỉ uy tín để mua acquy chì axit chính hãng, đa dạng mẫu mã và dung lượng, Ắc Quy Đồng Khánh là lựa chọn hàng đầu. Chúng tôi cung cấp sản phẩm đạt chuẩn, cùng dịch vụ tư vấn, lắp đặt và bảo hành chuyên nghiệp. Hãy cân nhắc kỹ nhu cầu sử dụng, điều kiện vận hành và ngân sách để chọn loại ắc quy phù hợp, đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả lâu dài.

Thông tin liên hệ:

Ắc Quy Đồng Khánh - Car service

Website: https://acquydongkhanh.vn/

SĐT: 0966.697.696

Địa chỉ: Số 1 Nguyễn Hữu Thọ (ngã 5 cầu vượt Linh Đàm), Q. Hoàng Mai, Hà Nội

Fanpage: https://www.facebook.com/acquydongkhanh