BÀI tập lớn môn THÍ NGHIỆM CHẾ tạo các hệ NĂNG LƯỢNG đề tài báo cáo THÍ NGHIỆM PIN ZINC CARBON

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


BÀI TẬP LỚN
MƠN THÍ NGHIỆM CHẾ TẠO CÁC HỆ NĂNG LƯỢNG
ĐỀ TÀI
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM PIN ZINC CARBON
LỚP: Nhóm 4 - L01 - HK212
NGÀY NỘP: 10/03/2022
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Bùi Thị Thảo Nguyên

Thành phố Hồ Chí Minh – 2022
1

TIEU LUAN MOI download :


MỤC LỤC
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................................

1.1.Lịch sử phát triển....................................

1.2.Cấu tạo pin, vai trò của các thành phần..

1.2.
1.2.2. Vai trò của các thành phần:.........................................................

1.3.Nguyên lý hoạt động..............................

1.4.Ứng dụng và các loại pin trên thị trường

1.5.Ưu điểm và những hạn chế của pin........

1.5.

1.5.
II. THỰC NGHIỆM...........................................................................................

2.1.Vật tư và hóa chất...................................

2.2.Quy trình thí nghiệm..............................
2.2.1. Các bước của q trình thí nghiệm:............................................
2.2.2. Sơ đồ khối q trình thí nghiệm..................................................

2.3.Thiết kế sản phẩm..................................
2.3.1. Hình ảnh bên trong pin.............................................................
2.3.2. Hình ảnh bên ngồi pin.............................................................
III. TRẢ LỜI CÂU HỎI...................................................................................
IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................

2

TIEU LUAN MOI download :


I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.

Lịch sử phát triển

Đến năm 1876, tế bào Leclanché ướt được tạo ra bằng một khối
mangan đioxit nén. Năm 1886, Carl Gassner đã được cấp bằng sáng chế cho
một phiên bản "khô" bằng cách sử dụng vỏ làm từ kim loại tấm kẽm làm cực
dương và một lớp thạch cao của Paris (và sau đó là bột than chì ). 
Năm 1898, Conrad Hubert sử dụng pin tiêu dùng do WH Lawrence sản xuất
để cung cấp năng lượng cho chiếc đèn pin đầu tiên , và sau đó cả hai thành lập
Cơng ty Pin Eveready . Năm 1900, Gassner đã trình diễn các tế bào khơ để chiếu
sáng di động tại Hội chợ Thế giới ở Paris . Những cải tiến liên tục đã được thực
hiện đối với sự ổn định và khả năng của các tế bào kẽm-carbon trong suốt thế kỷ
20; vào cuối thế kỷ này, công suất đã tăng gấp bốn lần so với mức tương đương
năm 1910. Các cải tiến bao gồm việc sử dụng các loại mangan điơxít tinh khiết
hơn, bổ sung bột than chì vào điơxít mangan để giảm điện trở bên trong , niêm
phong tốt hơn và kẽm tinh khiết hơn cho điện cực âm.Tế bào kẽm clorua (thường
được bán trên thị trường là pin "hạng nặng") sử dụng nồng độ anot cao hơn (hoặc
chất điện phân anot) chủ yếu bao gồm clorua kẽm, có thể tạo ra điện áp đầu ra ổn
định hơn trong các ứng dụng thoát nước cao.
Phản ứng phụ giữa các tạp chất trong cực dương kim loại kẽm / kẽm
clorua và chất điện phân amoni clorua có thể làm tăng tốc độ tự phóng điện
và thúc đẩy sự ăn mòn của tế bào. Trước đây, kẽm được phủ một lớp thủy
ngân (Hg) để tạo thành hỗn hống , bảo vệ nó. Cho rằng đây là một mối nguy
hại đối với môi trường, các loại pin sản xuất hiện nay khơng cịn sử dụng thủy
ngân. Các nhà sản xuất hiện phải sử dụng nhiều kẽm có độ tinh khiết cao hơn
để ngăn chặn hoạt động cục bộ và tự phóng điện.
Tính đến năm 2011, pin kẽm-carbon chiếm 20% tổng số pin di động ở
Vương quốc Anh và 18% ở EU. Tại Nhật, họ chiếm 6% doanh số bán pin sơ
cấp.
1.2. Cấu tạo pin, vai trò của các thành phần
1.2.1. Cấu tạo pin

3

TIEU LUAN MOI download :


+ Cực dương (+): Cacbon
+ Cực âm (-): Zn

1.2.2. Vai trò của các thành phần:
Pin hoạt động bằng phản ứng điện hóa giữa kẽm và Mangan dioxit, chất
điện phân được dùng ở đây là bột Amoni clorua
Chất điện li là amoni chloride dưới dạng một hỗn hợp bên cạnh anode
bằng kẽm. Khoảng trống còn lại giữa chất điện phân và cathode carbon được
lấp bằng một hỗn hợp thứ hai gồm amoni chloride và mangan dioxide, chất này
dùng làm chất phân cực
Một tế bào hoặc pin khơ kẽm-cacbon được đóng gói trong một lon kẽm
đóng vai trị như một vật chứa và cực âm (cực dương). Cực dương là một thanh
cacbon được bao quanh bởi hỗn hợp mangan đioxit và bột cacbon. Chất điện
phân được sử dụng là một hỗn hợp kẽm clorua và amoni clorua hòa tan trong
nước. Thanh cacbon (than chì) là thứ thu thập các điện tử đi từ phần cực dương
của pin để quay trở lại phần cực âm của pin. Carbon là vật liệu dẫn điện thực tế
duy nhất vì mọi kim loại thơng thường sẽ nhanh chóng bị ăn mịn ở điện cực
dương trong chất điện phân có muối.

1.3.

Nguyên lý hoạt động

4

TIEU LUAN MOI download :

Kẽm bị oxi hóa theo nửa phương trình sau.
Zn (s) -> Zn2 + (aq) + 2 e- [e ° = -1,04 vôn]

Mangan đioxit được trộn với bột cacbon để tăng độ dẫn điện. Phản
ứng xảy ra như sau:
2MnO2 (s) + 2 e- + 2NH4Cl (aq) -> Mn2O3 (s) + 2NH3 (aq) + H2O
(aq) + 2 Cl- [e ° ˜ +.5 v] và Cl kết hợp với Zn2 +.
Trong nửa phản ứng này, mangan bị khử từ trạng thái oxy hóa (+4) thành
(+3). Có thể có các phản ứng phụ khác, nhưng phản ứng tổng thể trong tế bào
kẽm-cacbon có thể được biểu diễn như sau:
Zn (s) + 2MnO2 (s) + 2NH4Cl (aq) —> Mn2O3 (s) + Zn (NH3)
2Cl2 (aq) + H2O (l)
Pin có emf khoảng 1,5 V.
Khi tải được nối với 2 cực , pin sản xuất điện thông qua một loạt các
phản ứng điện từ giữa cực dương và cực âm và điện phân. Ở anode xảy ra
phản ứng oxi hóa trong đó hai hoặc nhiều ion từ chất điện phân kết hợp với
anode, tạo ra một hợp chất và giải phóng một hoặc nhiều electron. Đồng thời,
ở cathode xảy ra phản ứng khử, trong đó chất làm cathode, các ion và electron
tự do cũng kết hợp để tạo thành hợp chất.
Phản ứng ở cực âm (anode) tạo ra các electron điện tử, và các phản ứng
trong cực dương (cathode) sẽ hấp thụ những electron đó. Kết quả là ta có
dịng điện. Các pin sẽ sản xuất điện liên tục cho đến khi một hoặc cả hai điện
cực bị ăn mịn hết khiến các phản ứng hóa học trên không thể xảy ra.

1.4.

Ứng dụng và các loại pin trên thị trường

Ứng dụng: Pin Zinc-Carbon là loại pin có giá thành rẻ, thường được sử
dụng nhiều trong các thiết bị hàng ngày ít tiêu thụ điện năng và các thiết bị
sử dụng không đều hoặc không liên tục như đèn pin, đồ chơi, máy ảnh, đồng
hồ, điều khiển từ xa… và hiện nay pin còn được sử dụng làm nguồn năng
lượng cho máy trợ thính, tính hiệu đường sắt.

Hình 1. Pin Zinc Carbon được ứng dụng trong điều khiển từ xa và
đồng hồ đèo tay
5

TIEU LUAN MOI download :


Một số loại pin Zinc- Carbon trên thị trường
Pin Con thỏ

Pin con Ó

Pin Toshiba

Một số loại pin Zinc Carbon khác thông dụng trên thị trường như: Pin
con én, Maxell, Sony, Panasonic,…
1.5. Ưu điểm và những hạn chế của pin
1.5.1. Ưu điểm:
+ Giá thành trên thị trường rẻ vì pin được chế tạo từ kẽm và oxy

trong khơng khí, mà trong tự nhiên kẽm chiếm tỉ trọng lớn.
+ Pin có khả năng sạc lại nhiều lần khá rẻ
+ Kẽm là một kim loại thân thiện với mơi trường cũng như ít nguy

hiểm tủi ro hơn các loại pin khác
+ Pin được dùng trên nhiều thiết bị phục vụ cuộc sống thường ngày của
chúng ta như đèn pin, remote, … và một số thiết bị dùng trong nhiều lĩnh vực.
6

TIEU LUAN MOI download :


1.5.2. Hạn chế:
+ Loại pin này đang bị cản trở vấn đề sạc vì để sạc được cần thêm chất

xúc tác trong quá trình sản xuất và chất xúc tác này lại có giá khá cao
+ Độ bền kém vì kẽm bị amoni clorua tấn cơng vì kim loại kẽm bị oxi
hóa thành ion kẽm và đến thời gian nào đó kẽm clorrua rị rỉ qua các lỗ trên
hộp kẽm.
+ Yêu cầu sử dụng quá lớn nên hàng năm có hàng nghìn tấn pin kẽm
carbon bị loại bỏ hàng năm trên khắp thế giới, thường không được tái chế.
+ Không trữ được nhiều năng lượng và thời gian dùng ngắn
+ Khơng bảo quản đúng cách có thể dẫn đến cháy nổ, rủi ro đến thiết

bị và sức khỏe người dùng.
AI.

THỰC NGHIỆM

2.1.

Vật tư và hóa chất
Bảng nguyên liệu và đơn pha chế:

7

TIEU LUAN MOI download :


Ảnh vật liệu và dụng cụ
Lọ MnO2 (1g)
Lọ Carbon (1g)
Lọ NH4Cl (5ml, 5M)
Lọ Zn (5g)
2 cốc nhựa, 2 ống nhựa
2 bộ lọc bơng gịn
2 vít
1 thìa đo
1 thanh nhựa dài
1 lọ nhựa
1 cốc nắp màu
1 đĩa gỗ
Đèn LED
Giá đỡ pin

2.2.

Quy trình thí nghiệm

2.2.1. Các bước của q trình thí nghiệm:
1. Đổ oxit mangan (1 g) từ chai vào một lọ nhựa rỗng.
2. Thêm than chì (1 g) từ chai.
3. Nhúng đầu ống nhựa vào hỗn hợp đã chuẩn bị. Lặp lại cho ống thứ hai.
4. Đậy các ống bằng nắp

5. Đậy nắp lọ và lắc trong 10 giây.
6. Chèn một viên chì bằng than chì vào một lỗ hở trên nắp.

8

TIEU LUAN MOI download :


7. Bây giờ, hãy làm một hộp đựng pin: lắp nắp màu được đóng gói

riêng (khơng có màng) vào một chiếc cốc nhỏ trong suốt
8. Đặt vào một trong các ống đã chuẩn bị
9. Nhỏ 10 giọt dung dịch amoniac clorua NH4Cl 5M vào hộp đựng pin.
10. Thêm 2 (mức) thìa nhỏ hỗn hợp than chì và oxit mangan MnO2.
11. Đóng lọ.
12. Chèn bộ lọc bơng gịn vào hộp đựng pin.
13. Sử dụng một thanh nhựa, ấn bộ lọc vào hết cỡ.
14. Thêm vào bên trên 1 thìa nhỏ bột kẽm Zn vào trong hộp đựng.
15. Thêm 3 giọt dung dịch amoniac clorua NH4Cl 5M.
16. Lấy một con vít và lắp chặt và chắc chắn vào hộp đựng pin.
17. Lật ngược hộp và trượt một đĩa gỗ lên dây dẫn.
18. Bây giờ, nhấn dây dẫn vào pin, cho đến khi nó ngang bằng với đĩa gỗ.
19. Lặp lại các bước từ 8 đến 18 để lắp ráp thêm một pin.
20. Lắp pin vào ngăn chứa pin, như hình minh họa. Lưu ý các cực: vít

trong cả hai pin phải chạm vào lò xo trong giá đỡ. Bây giờ, sử dụng kẹp cá
sấu để kết nối dây màu đỏ với chân dài của đèn LED và dây đen - với chân
ngắn. Đèn LED sáng lên, có nghĩa là pin của bạn đang hoạt động!
21. Lưu hỗn hợp để làm lại thí nghiệm.
2.2.2. Sơ đồ khối q trình thí nghiệm

Hỗn hợp MnO2 + Carbon
Nhúng 2 đầu ống nhựa vào hỗn hợp, đậy
kín bằng nút nhựa
Đậy ống hỗn hợp và lắc đều
Chèn một viên chì bằng than chì vào một lỗ
hở trên nắp ống nhựa
Lắp nắp màu (khơng có màng) vào
một chiếc cốc nhỏ trong suốt và đặt vào
trong ống nhựa
Nhỏ 10 giọt NH4Cl vào ống + 2 thìa từ hỗn hợp (MnO2 + Carbon)
Chèn bộ lọc bơng gịn vào hộp đựng pin.
Sử dụng một thanh nhựa, ấn bộ lọc vào hết cỡ.
9

TIEU LUAN MOI download :


1 thìa Zn + 3 giọt dung dịch NH4Cl vào hộp đựng pin
Lật ngược hộp và trượt một đĩa gỗ lên dây dẫn.
Nhấn dây dẫn vào pin, cho đến khi nó ngang bằng với đĩa gỗ
Lặp lại các bước từ 8 đến 18 để lắp ráp thêm một pin.
Lắp pin vào ngăn chứa pin
Kết nối dây điện vào 2 đầu điện cực, ta được pin

*video chế tạo pin tham khảo “Zinc carbon battery“ from the “Zinc
carbon battery“ set />v=K0qx9VGu7Qc&t=106s

2.3.

Thiết kế sản phẩm

2.3.1. Hình ảnh bên trong pin

10

TIEU LUAN MOI download :


2.3.2. Hình ảnh bên ngồi pin

BI.

TRẢ LỜI CÂU HỎI
1. Lớp bơng cách được đặt trong pin Zn – C có tác dụng gì? Nếu khơng có

thì pin có hoạt động khơng? Nếu hoạt động thì sẽ hoạt động như thế
nào?
2. Đề nghị các giải pháp nhầm cải thiện tính năng của pin?
Trả lời:
1. Lớp bông cách được đặt ở giữa trong pin Zn – C có tác dụng là một lớp

cách điện . Lớp cách điện là một màng thấm được đặt giữa cực dương và cực
âm của pin. Chức năng chính của bộ phân tách là giữ cho hai điện cực cách xa
nhau để ngăn ngừa đoản mạch điện đồng thời cho phép vận chuyển các hạt ion
cần thiết để đóng mạch trong q trình dịng điện chạy qua trong tế bào điện
hóa.
2. Một số phương pháp cải tiến:
Sử dụng hóa chất nguyên chất hơn (gồm MnO2 và Zn) nhờ sử dụng chất
bơi trơn và q trình tạo hình hiện đại
Sử dụng ZnCl2 thay thế 1 phần hay hoàn toàn NH4Cl

11

TIEU LUAN MOI download :


IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguồn 12/01/2022, vi.wikipedia.org/wiki/Pin_k%E1%BA%BDm-

carbon />2. Nguồn testostore.vn (2022), testostore.vn/pin-hoat-dong-nhu-the-nao,
/>3. Nguồn
howstuffwork, genk.vn/cung-tim-hieu-ve-cac-loai-pin-dungtrong-cong-nghe-20120816012112419.chn, />4. “Zinc carbon battery“ from the “Zinc carbon battery“ set
/>
12

TIEU LUAN MOI download :