Pin là nguồn điện phổ biến nhất cho các thiết bị cầm tay cơ bản đến các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn. Pin có thể được định nghĩa vì nó là sự kết hợp của một hoặc nhiều tế bào điện hóa có khả năng chuyển đổi năng lượng hóa học được lưu trữ thành năng lượng điện.
Hoạt động của pin:
Pin là một thiết bị bao gồm nhiều tế bào điện áp khác nhau. Mỗi tế bào điện thế bao gồm hai nửa tế bào nối tiếp với nhau bằng một chất điện phân dẫn điện giữ anion và ion catôt. Một nửa tế bào bao gồm chất điện phân và điện cực mà các anion di chuyển, tức là cực dương hoặc điện cực âm, nửa tế bào kia bao gồm chất điện phân và điện cực mà các ion cat chuyển đến, tức là cực âm hoặc điện cực dương.
Trong phản ứng oxy hóa khử cung cấp năng lượng cho pin, sự khử xảy ra đối với các cation ở cực âm, trong khi quá trình oxi hóa xảy ra đối với các anion ở cực dương. Các điện cực không chạm vào nhau mà được nối điện bởi chất điện phân. Chủ yếu là các nửa tế bào có các chất điện giải khác nhau. Tất cả những thứ được coi là mỗi nửa tế bào đều được bao bọc trong một thùng chứa và một thiết bị phân tách xốp đối với các ion nhưng không ngăn được sự trộn lẫn của phần lớn các chất điện phân.
Hoạt động của pin
Mỗi nửa tế bào có một suất điện động (Emf), được xác định bằng khả năng dẫn dòng điện từ bên trong ra bên ngoài tế bào. Emf ròng của ô là sự khác biệt giữa emf của các nửa ô của nó. Theo cách này, nếu các điện cực có emf và nói cách khác, emf thuần là hiệu số giữa các thế khử của các bán phản ứng.
Làm thế nào để bảo trì Pin?
Để duy trì pin ở tình trạng tốt, cần cân bằng pin. Do quá trình lão hóa, tất cả các tế bào không sạc như nhau và một số tế bào chấp nhận sạc cực nhanh trong khi những tế bào khác sạc dần. Cân bằng có thể được thực hiện bằng cách sạc pin quá mức một chút để cho phép các tế bào yếu hơn cũng có thể sạc hoàn toàn. Điện áp đầu cuối của pin được sạc hoàn toàn là 12V, pin ô tô hiển thị 13,8V trong các thiết bị đầu cuối của nó trong khi pin hình ống 12 volt sẽ hiển thị 14,8V. Ắc quy ô tô cần được cố định chắc chắn trên xe để tránh rung lắc. Pin biến tần nên được đặt trên một tấm ván gỗ nếu có thể.
2 loại pin
1) Pin chính:
Như tên gọi cho thấy những loại pin này chỉ dùng cho một lần. Khi những viên pin này được sử dụng, chúng không thể được sạc lại vì thiết bị không dễ đổi chiều và các vật liệu hoạt động có thể không trở lại dạng ban đầu. Các nhà sản xuất pin khuyến cáo không nên sạc lại các ô chính.
Một số ví dụ về pin dùng một lần là pin AA, AAA thông thường mà chúng tôi sử dụng trong đồng hồ treo tường, điều khiển từ xa tivi, v.v. Tên khác của những loại pin này là pin dùng một lần.
Các loại pin
2) Pin phụ:
Pin phụ còn được gọi là pin sạc. Các loại pin này có thể được sử dụng và sạc lại đồng thời. Chúng thường được lắp ráp bằng các vật liệu hoạt động có hoạt tính ở trạng thái phóng điện. Pin sạc được sạc lại bằng cách cho dòng điện đảo ngược các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình phóng điện. Bộ sạc là thiết bị cung cấp dòng điện cần thiết.
Một số ví dụ cho các loại pin có thể sạc lại này là pin được sử dụng trong điện thoại di động, máy nghe nhạc MP3, v.v. Các thiết bị như máy trợ thính và đồng hồ đeo tay sử dụng tế bào thu nhỏ và ở những nơi như tổng đài điện thoại hoặc trung tâm dữ liệu máy tính, pin lớn hơn được sử dụng.
Pin phụ
Các loại pin thứ cấp (có thể sạc lại):
SMF, Axit chì, Li và Nicd
Pin SMF:
SMF là một Ắc quy không cần bảo dưỡng kín, được thiết kế để cung cấp nguồn điện duy trì đáng tin cậy, nhất quán và thấp cho các ứng dụng UPS. Những loại pin này có thể được ứng dụng chu kỳ sâu và bảo trì tối thiểu ở các vùng nông thôn và vùng thiếu điện. Các loại pin này có sẵn từ 12V.
Trong thế giới thông tin ngày nay, người ta không thể bỏ qua yêu cầu đối với hệ thống pin được thiết kế để khôi phục dữ liệu và thông tin đủ điều kiện quan trọng và chạy các thiết bị cơ bản trong thời lượng mong muốn. Pin được yêu cầu để cung cấp năng lượng tức thì. Pin kém chất lượng và không đáng tin cậy có thể dẫn đến mất dữ liệu và thiết bị ngừng hoạt động có thể khiến các công ty thiệt hại tài chính đáng kể. Sau đó, các phân đoạn của UPS kêu gọi sử dụng hệ thống ắc quy đáng tin cậy và đã được chứng minh.
Pin SMF
Pin Lithium (Li):
Tất cả chúng ta đều sử dụng nó trong các thiết bị di động như điện thoại di động, máy tính xách tay hoặc một công cụ điện. Pin lithium là một trong những thành tựu lớn nhất trong lĩnh vực điện di động trong thập kỷ qua với việc sử dụng pin lithium, chúng tôi có thể chuyển từ điện thoại di động đen trắng sang điện thoại di động màu với các tính năng bổ sung như GPS, cảnh báo qua email, v.v. Đây là những điểm cao mật độ năng lượng thiết bị tiềm năng cho công suất cao hơn. Và pin tự xả tương đối thấp. Ngoài ra Các tế bào đặc biệt có thể cung cấp dòng điện rất cao cho các ứng dụng như dụng cụ điện.
Pin Li
Pin Nickel Cadmium (Nicd):
Pin Nickel Cadmium có ưu điểm là được sạc lại nhiều lần và có điện thế tương đối ổn định trong quá trình phóng điện và có khả năng chịu đựng về điện và vật lý hơn. Pin này sử dụng niken oxit cho cực âm, một hợp chất cadimi cho cực dương và dung dịch kali hydroxit làm chất điện phân của nó.
Khi pin được sạc, thành phần hóa học của cực âm được biến đổi và niken hydroxit chuyển thành NIOOH. Ở cực dương, sự hình thành các ion Cadmium diễn ra từ Cadmium Hydroxide. Khi pin được xả hết, cadimi phản ứng với NiOOH để tạo thành niken hydroxit và Cadmi Hydroxit.
Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Ắc quy:
Ắc quy Axit Chì được sử dụng rộng rãi trong ô tô, biến tần, hệ thống điện dự phòng, v.v ... Không giống như ắc quy dạng ống và không cần bảo dưỡng, ắc quy Axit Chì cần được chăm sóc và bảo dưỡng thích hợp để kéo dài tuổi thọ. Pin Axit Chì bao gồm một loạt các tấm được ngâm trong dung dịch axit sunfuric. Các tấm có các lưới trên đó vật liệu hoạt động được gắn vào. Các tấm được chia thành các tấm dương và âm. Các bản cực dương giữ chì nguyên chất làm vật liệu hoạt động trong khi ôxit chì được gắn trên các bản cực âm.
Ắc quy
Pin đã được sạc hoàn toàn có thể phóng điện khi kết nối với tải. Trong quá trình phóng điện, axit sunfuric kết hợp với các vật liệu hoạt động trên bản cực dương và bản cực âm dẫn đến sự hình thành chì sunphat. Nước là bước quan trọng nhất trong việc bảo dưỡng pin Axit Chì. Tần suất của nước phụ thuộc vào cách sử dụng, cách sạc và nhiệt độ hoạt động. Trong quá trình này, các nguyên tử hydro từ axit sunfuric phản ứng với oxy để tạo thành nước.
Điều này dẫn đến việc giải phóng các điện tử từ các bản dương và sẽ được các bản âm chấp nhận. Điều này dẫn đến sự hình thành điện thế trên pin. Chất điện phân trong pin Axit Chì là hỗn hợp của axit sunfuric và nước có khối lượng riêng. Khối lượng riêng là trọng lượng của hỗn hợp axit-nước so với thể tích bằng nhau của nước. Trọng lượng riêng của nước nguyên chất không chứa ion là 1.
Pin axit-chì mang lại giá trị tốt nhất về điện năng và năng lượng trên mỗi kilowatt giờ có vòng đời dài nhất và lợi thế lớn về môi trường là chúng được tái chế với tốc độ cực cao. Không một hóa chất nào khác có thể chạm vào cơ sở hạ tầng tồn tại để thu gom, vận chuyển và tái chế pin axit-chì.
Cùng với bài viết này, pin Lithium ion được thảo luận với những ưu và nhược điểm của nó.
Hoạt động của pin Lithium - Ion
Pin Lithium –Ion hiện nay phổ biến trong hầu hết các thiết bị di động điện tử như Điện thoại di động, Máy tính xách tay, Máy ảnh kỹ thuật số, v.v. do hiệu quả sử dụng năng lượng lâu dài. Đây là những loại pin sạc phổ biến nhất với các ưu điểm như mật độ năng lượng tốt nhất, tổn thất điện tích không đáng kể và không có hiệu ứng bộ nhớ. Pin Li-Ion sử dụng các ion Lithium làm chất mang điện di chuyển từ điện cực âm sang điện cực dương trong quá trình phóng điện và trở lại khi sạc. Trong khi sạc, dòng điện bên ngoài từ bộ sạc gây ra quá điện áp so với dòng điện trong pin. Điều này buộc dòng điện đi theo chiều ngược lại từ điện cực dương sang điện cực âm, nơi các ion liti được nhúng vào vật liệu điện cực xốp thông qua một quá trình gọi là xen kẽ. Li-Ion đi qua chất điện phân không chứa nước và một màng ngăn cách. Vật liệu điện cực là hợp chất liti xen kẽ.
Điện cực âm của pin Li-Ion được tạo thành từ cacbon và điện cực dương là một oxit kim loại. Vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong điện cực âm là Graphit trong khi ở điện cực dương có thể là Lithium coban oxide, Lithium ion phosphate hoặc Lithium mangan oxide. Muối liti trong dung môi hữu cơ được dùng làm chất điện phân. Chất điện phân thường là một hỗn hợp của các muối cacbonat hữu cơ như Ethylene cacbonat hoặc Diethyl cacbonat có chứa các ion liti. Chất điện phân sử dụng các muối anion như Lithium hexa fluoro phosphate, Lithium hexa fluoro arsenate monohydrate, Lithium per chlorate, Lithium hexa fluoro borate, v.v. Tùy thuộc vào muối được sử dụng, điện áp, dung lượng và tuổi thọ của pin khác nhau. Liti nguyên chất phản ứng mạnh với nước để tạo thành các ion lithium hydroxit và hydro. Vì vậy chất điện phân được sử dụng là dung môi hữu cơ không chứa nước. Vai trò điện hóa của điện tích các điện cực giữa anốt và catốt phụ thuộc vào chiều của dòng điện.
Phản ứng pin Li Ion
Trong pin Li-Ion, cả hai điện cực đều có thể nhận và giải phóng các ion lithium. Trong quá trình xen kẽ, các ion liti di chuyển vào điện cực. Trong quá trình ngược lại được gọi là de intercalation, các ion liti di chuyển trở lại. Trong quá trình phóng điện, các ion lithium dương sẽ được chiết xuất từ các điện cực âm và đưa vào điện cực dương. Trong quá trình sạc, chuyển động ngược lại của các ion lithium diễn ra.
Ưu điểm của Pin Lithium - Ion:
Pin Lithium Ion hoạt động tốt hơn pin NiCd và các loại pin thứ cấp khác. Một số lợi thế là
- Trọng lượng nhẹ so với các loại pin khác cùng kích thước
- Có sẵn trong các hình dạng khác nhau bao gồm cả hình dạng phẳng
- Điện áp hở mạch cao làm tăng truyền tải điện ở dòng điện thấp
- Hiệu ứng giảm trí nhớ.
- Tỷ lệ tự xả rất thấp từ 5-10% mỗi tháng. Tự xả là khoảng 30% trong pin NiCd và NiMh.
- Pin thân thiện với môi trường không có kim loại lithium miễn phí
Nhưng cùng với những ưu điểm, giống như các loại pin khác, pin Li-Ion cũng mắc phải một số nhược điểm.
Nhược điểm của Pin Li-Ion:
- Các cặn bẩn bên trong chất điện phân theo thời gian sẽ ức chế dòng điện tích. Điều này làm tăng điện trở bên trong của pin và khả năng cung cấp dòng điện của tế bào giảm dần.
- Sạc cao và nhiệt độ cao có thể dẫn đến mất công suất
- Khi quá nóng, pin Li-Ion có thể bị thoát nhiệt và vỡ tế bào.
- Phóng điện sâu có thể làm ngắn mạch pin Li-Ion. Vì vậy, để ngăn chặn điều này, một số nhà sản xuất có mạch ngắt bên trong để tắt pin khi điện áp của nó trên mức an toàn từ 3 đến 4,2 volt. Trong trường hợp này, khi không sử dụng pin trong thời gian dài, mạch điện bên trong sẽ tiêu thụ điện năng và tiêu hao pin dưới điện áp ngắt. Vì vậy, để sạc pin như vậy bộ sạc bình thường không hữu ích.
