Báo cáo bài tập 4 nhóm 8 hp phương pháp nghiên cứu và viết báo cáo khoa học

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC CẦN THƠTRƯỜNG BÁCH KHOAKHOA QUẢN LÝ CƠNG NGHIỆP</b>

<b>BÁO CÁO BÀI TẬP 4 NHĨM 8</b>

<b>HP: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ VIẾT BÁO CÁO KHOA HỌC</b>

<b>CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN</b>

PGS.TS Trần Nguyên Phương Lan Nguyễn Xuân Tiên B2003533 Phạm Mỹ Tiên B2109788

Phạm Trần Thái Thịnh B2101906 Huỳnh Trần Vĩnh Thái B2108999 Hàng Mạnh Tiến B2109003

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>1. Cơ sở lý thuyết1.1. Khái niệm</b>

Pin axit chì, hay cịn được gọi là ắc quy axit chì, là một loại pin sử dụng cơng nghệ axit chì để lưu trữ và cung cấp năng lượng điện. Được phát minh từ lâu và vẫn được sử dụng rộng rãi cho các thiết bị điện tử, xe máy, ô tô, hệ thống năng lượng dự phịng và nhiều ứng dụng khác, pin axit chì là một trong những công nghệ pin phổ biến nhất trên thị trường.

Pin axit chì bao gồm hai điện cực: một điện cực âm là bản chì và một điện cực dương là bản chì oxit. Bên trong pin, có một dung dịch axit sulfuric hoạt động như chất dẫn điện và giúp tạo ra dòng điện khi pin hoạt động. Q trình tạo ra điện năng diễn ra thơng qua các phản ứng hoá học giữa axit sulfuric và các chất hoạt động trên các điện cực.

Một ưu điểm của pin axit chì là giá thành thấp và khả năng cung cấp điện năng ổn định trong thời gian dài. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là có trọng lượng lớn, tuổi thọ không cao và yêu cầu bảo dưỡng định kỳ để duy trì hiệu suất tốt.

<b>1.2. Cấu tạo</b>

Pin axit chì (hay cịn được gọi là pin chì-acid hoặc pin chì-axit) có cấu tạo cơ bản gồm các thành phần chính sau:

 Ống ăn mòn (Container): Đây là thành phần ngoài cùng của pin, thường được làm bằng nhựa chịu axit hoặc kim loại chống ăn mòn như thép. Ống ăn mòn giữ chặt các thành phần bên trong và ngăn chặn sự rò rỉ của dung dịch axit.

 Tấm âm điện (Negative plate): Tấm âm điện trong pin axit chì được làm bằng chì (Pb). Thường có dạng tấm tạo ra các ổ cắm nhỏ để giữ axit sulfuric.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

 Tấm dương điện (Positive plate): Tấm dương điện được làm bằng chì ơxít (PbO2). Tấm này tạo điện áp và phản ứng hóa học trong q trình sạc và xả pin.

 Giấy bạc (Separator): Giấy bạc được đặt giữa các tấm âm và dương điện trong pin axit chì. Chức năng của giấy bạc là ngăn cách các tấm, ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp và ngăn chặn ngắn mạch trong pin.

 Dung dịch axit sulfuric (Sulfuric acid solution): Dung dịch axit sulfuric nằm trong ống ăn mòn và là chất mang điện trong quá trình hoạt động của pin. Axit sulfuric tác động với tấm âm và dương điện, tạo ra phản ứng hóa học để tạo ra dịng điện.

 Cái nắp (Vent): Một số loại pin axit chì có nắp vặn có thể mở để kiểm tra mức axit hoặc thay thế dung dịch axit sulfuric. Nắp cũng có chức năng cho phép thốt khí nếu áp suất bên trong pin tăng cao.

<b>1.3. Nguyên lý làm việc</b>

Nguyên lý hoạt động của pin axit chì dựa trên các quá trình oxi-hóa và khử xảy ra tại hai điện cực chính của pin, điện cực dương (anode) và điện cực âm (cathode), trong dung dịch elektrolyt.

Khi pin được kết nối vào một mạch điện, q trình oxi-hóa diễn ra tại điện cực dương và quá trình khử xảy ra tại điện cực âm. Cụ thể:

 Q trình Oxi-hóa tại Điện Cực Dương (Anode):

Tại điện cực dương, chì oxit (PbO2) được oxi-hóa để tạo ra ion chì dương (Pb2+) và electron.

Phản ứng hóa học: PbO2 + H2SO4 + -> PbSO4 + 2H2O +

2e-Trong đó, PbO2 chuyển thành PbSO4 và nước (H2O) được tạo ra trong quá trình này.

 Quá trình Khử tại Điện Cực Âm (Cathode):

Tại điện cực âm, chì sạch (Pb) nhận electron để tạo ra ion chì âm (Pb-) và nước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Phản ứng hóa học: Pb + SO4(2-) -> PbSO4 +

2e-Trong đó, PbSO4 được tạo ra từ ion chì âm và ion sulfate (SO4(2-)) có trong dung dịch elektrolyt.

 Dịng Điện và Dịng Ion:

Các electron được tạo ra từ q trình oxi-hóa tại điện cực dương chuyển qua mạch điện ngoài để cung cấp năng lượng.

Ion chì dương (Pb2+) và ion sulfate (SO4(2-)) được tạo ra từ q trình oxi-hóa và khử di chuyển trong dung dịch elektrolyt từ điện cực dương đến điện cực âm.

 Tạo Dịng Điện Liên Tục:

Q trình oxi-hóa và khử xảy ra liên tục, tạo ra một dòng điện liên tục trong mạch điện ngồi.

Điện tích được chuyển đổi thành năng lượng điện khi dòng điện chạy qua mạch, cung cấp nguồn năng lượng cho các thiết bị hoạt động bên ngồi.

Tóm lại, ngun lý hoạt động của pin axit chì dựa trên các q trình oxi-hóa và khử xảy ra tại hai điện cực chính của pin, tạo ra dòng điện liên tục để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử và ứng dụng khác.

<b>1.4. Quy trình sản xuất</b>

Quy trình sản xuất pin: quy trình sản xuất pin bao gồm các bước từ nguyên liệu đầu vào, quá trình chế biến và lắp ráp cho đến sản phẩm cuối cùng. Để sản xuất pin axit-chì, nguyên liệu đầu vào chủ yếu là axit sulfuric, chì và các chất hóa học khác để tạo thành cực âm và cực dương của pin. Quy trình sản xuất pin axit chì bao gồm các bước chính sau:

- Chuẩn bị nguyên liệu: Nguyên liệu chính để sản xuất pin axit chì là chì và axit sunfuric. Chì được cơ lập từ khai thác khống sản và được tinh chế thành dạng nguyên chất. Axit sulfuric cũng được sử dụng để tạo ra dung dịch elektrolyt cho pin.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

- Tiền xử lý chì: Chì được đưa qua quá trình tiền xử lý để loại bỏ tạp chất và tinh chế. Quá trình này bao gồm nung chảy chì tinh chế và kiểm tra chất lượng của chì.

- Sản xuất điện cực: Chì được chế biến thành điện cực cho pin. Chì được đúc thành hình trụ hoặc phơi và sau đó được mạ một lớp oxit chì để tăng khả năng dẫn điện.

- Lắp ráp: Các bộ phận của pin bao gồm điện cực âm, điện cực dương và dung dịch elektrolyt được lắp ráp cẩn thận để tạo thành pin hồn chỉnh.

- Kiểm tra chất lượng: Pin axit chì sau khi sản xuất sẽ được kiểm tra chất lượng bằng cách thử nghiệm và kiểm tra hiệu suất cũng như tuổi thọ của pin.

- Đóng gói và xuất xưởng: Sau khi pin đã qua kiểm tra chất lượng, chúng sẽ được đóng gói và chuẩn bị cho việc xuất khẩu hoặc tiêu thụ trên thị trường.

Quy trình sản xuất pin axit chì địi hỏi sự chính xác và kỹ thuật cao để đảm bảo chất lượng và hiệu suất sản phẩm cuối cùng.- Công nghệ sản xuất pin axit-chì: cơng nghệ sản xuất pin axit-chì được phát triển và cải tiến liên tục để tăng hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm. Các phương pháp sản xuất bao gồm phương pháp dẫn điện, phương pháp hấp thụ và phương pháp hóa học.

<b>1.5. Ưu – nhược điểm </b>

 Giá thành thấp: Pin axit chì có giá thành thấp hơn so với nhiều công nghệ pin khác, là một lợi thế đáng kể đối với nhiều người tiêu dùng.

 Khả năng cung cấp công suất lớn: Pin axit chì có khả năng cung cấp cơng suất cao, đặc biệt trong khoảng thời gian ngắn. Điều này làm cho pin axit chì phù hợp với các thiết bị yêu cầu năng lượng lớn như ô tô, xe máy và hệ thống dự phòng.

 Hiệu suất tốt ở nhiệt độ thấp: Pin axit-chì thường hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp hơn so với một số loại pin khác, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng ngồi trời và trong mơi trường lạnh.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

 Dễ sử dụng và bảo dưỡng: Pin axit chì khơng địi hỏi quy trình sạc phức tạp và dễ dàng bảo dưỡng. Việc kiểm tra và thay thế dung dịch axit sulfuric cũng khá đơn giản.

<b>-Nhược điểm:</b>

 Trọng lượng lớn: Pin axit chì có trọng lượng nặng so với nhiều công nghệ pin khác. Điều này tạo ra hạn chế trong việc di chuyển và lắp đặt, đặc biệt đối với các thiết bị di động như điện thoại di động.

 Tuổi thọ hạn chế: Pin axit chì có tuổi thọ không cao so với các công nghệ pin tiên tiến khác như pin lithium-ion. Điều này yêu cầu việc thay thế pin thường xuyên và làm tăng chi phí dài hạn.

 Yêu cầu bảo dưỡng định kỳ: Pin axit chì cần được bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ tối ưu. Việc kiểm tra dung dịch axit, kiểm tra và thay thế các thành phần bị hỏng là cần thiết.

<b>2. Sơ lược tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước2.1. Trong nước</b>

Đã có nhiều nghiên cứu về quy trình sản xuất pin aicd chì và ứng dụng

<b>trong xe ơ tơ. Tác giả Nguyễn Hùng Mạnh đã đưa ra nghiên cứu “Phân tích và</b>

<b>so sánh các loại pin sử dụng cho ô tô điện”. Nghiên cứu đã chứng minh rằng</b>

Tuỳ thuộc vào chức năng, đặc điểm cũng như yêu cầu với các loại ô tô điện khác nhau mà các nhà sản xuất sử dụng loại pin phù hợp. Loại Pin Axít-Chì thơng thường được sử dụng là nguồn năng lượng thứ yếu điện áp thấp (12V), cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống điện thân xenhư ô tô dùng động cơ đốt trong thơng thường [1].

Trước đó vào năm 2015 Đoàn Anh Tuấn và Nguyễn Dương Tuấn đã đưa

<b>ra nghiên cứu “Giải pháp ứng dụng hệ thống giám sát và điều khiển trong</b>

<b>quy trình phục hồi ắc quy axit chì”. Nghiên cứu đã chỉ ra việc ứng dụng hệ</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

thống quản lý giám sát quá trình phục hồi ắc quy đã góp phần lớn trong việc cải thiện hiệu suất công việc và giảm thời gian lao động [2].

Năm 2023 Nguyễn Phi Cường Anh và các cộng sự đã đưa ra nghiên cứu

<b>“Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình làm việc của pin xe điệnpanasonic ncr-18650b” Với công cụ mô phỏng Matlab Simulink, nhóm nghiên</b>

cứu đã xem xét các ảnh hưởng liên quan tới quá trình sạc/xả pin xe điện như điện áp, dòng điện, chỉ số trạng thái sạc (SOC - State of charge) ở các mức nhiệt độ khác nhau 0ºC, 25ºC, 50ºC. Kết quả nghiên cứu góp phần vào việc tối ưu hố q trình sử dụng pin, từ đó giảm thiểu tác động của pin tới mơi trường, góp phần phát triển cho ngành công nghiệp xe ô tô điện hiện nay [3].

Vào năm 2021 Phạm Văn Sang và các đồng dội đã đưa ra nghiên cứu

<b>“Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian phóng điệncủa ắc quy ơ tô điện”</b>

nghiên cứu tới sự ảnh hưởng của nhiệt độđến thời gian phóng điện của ắc quy chì axit trên ô tô điện. Mô hình một ngăn ắc quy được cấu thành từ2 nhánh. Nhánh chính mơ tả cho hoạt động chính của ắc quy, nhánh kí sinh mô tảphản ứng của ắc quy tại thời điểm điện thếắc quy cao. Mơ hình mơ phỏng sẽđánh giá quan hệ giữa nhiệt độ, dịng điện phóng, dung lượng ắc quy, điện áp. Kết quả mô phỏng cho thấy mối quan hệcủa nhiệt độvà dịng điện phóng với thời gian phóng điện, chỉra rằng khoảng nhiệt độ mà thời gian phóng của ắc quy đạt giá trị cao nhất là trong khoảng 40-50 C [4].⁰C [4].

<b>2.2. Ngoài nước</b>

<b>Vào năm 2009 A.J. Li và các cộng sự đã đưa ra nghiên cứu “The lead and</b>

<b>lead-acid battery industries during 2002 and 2007 in China” nghiên cứu đã</b>

chứng minh rằng các doanh nghiệp sản xuất pin axit chì khơng hề giảm do công nghệ và thiết bị sản xuất của họ tương đương với các nước công nghiệp tiên tiến khác. Ở Trung Quốc, sự phát triển mạnh mẽ của xe đạp điện, xe ba bánh điện và hệ thống năng lượng quang điện sẽ mang lại cơ hội liên tục cho ngành cơng nghiệp pin axit chì [5]

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Gần đây nhất Aicha Degla cùng các cộng sự đa đưa ra nghiên cứu

<b>“Experimental Investigation of a Lead-Acid Battery RegenerationTechnique for Improved Energy Efficiency” cụ thể vào năm 2023 họ đã tiến</b>

hành các thử nghiệm kỹ thuật tái tạo pin acid chì qua đó nghiên cứu nhấn mạnh tiềm năng tái tạo xung điện như một phương pháp hiệu quả để kéo dài tuổi thọ và tối ưu hóa hiệu suất của pin acid chì [6].

Bên cạnh đó, Arunachala Nadar M. Kannan và các đồng đội đã đứa ra nghiên

<b>cứu “Failure analysis of lead-acid batteries at extreme operating</b>

<b>temperatures” cụ thể vào tháng 2 năm 2023 nhóm nghiên cứu đã sử dụng</b>

phương pháp EIS để đánh giá điện trở trong (ohmic và truyền điện tích) nhằm giải thích cơ chế phân hủy của pin, qua đó nghiên cứu chứng minh rằng nhiệt độ hoạt động đóng vai trị quan trọng trong việc dự đốn SOH của pin SLA [7].

Trước đó vào năm 2022 Anindita Roy và các đồng đội đã đưa ra nghiên cứu

<b>“The effect of fast charging and equalization on the reliability and cycle lifeof the lead acid batteries” cụ thể vào tháng 10 năm 2022 đã đề xuất một quy</b>

trình sạc nhanh mới cùng với việc cân bằng định kỳ. Bộ sạc nhanh dịng điện khơng đổi nhiều tầng có xung khử cực được sử dụng để sạc bộ pin xe kéo điện 48 V trong 3 giờ 37 phút từ trạng thái sạc 20% đến 80%. Tuổi thọ dự kiến của pin được sạc nhanh và sạc cân bằng như vậy được dự đoán là 1296 chu kỳ, gấp khoảng 2 lần tuổi thọ hiện tại của pin. Do đó, bộ sạc nhanh được đề xuất cùng với việc cân bằng định kỳ là một lựa chọn đầy hứa hẹn và bền vững để sạc pin acid chì [8].

Vào năm 2003, Paul Ruetschi một nhà nghiên cứu người Thủy Sĩ đã đưa ra

<b>nghiên cứu về “Aging mechanisms and service life of lead–acid batteries” cụ</b>

thể nghiên cứu đã chứng minh rằng nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình lão hóa. Tốc độ ăn mịn lưới điện và tốc độ mất nước do bay hơi của pin acid chì [9]

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO</b>

[1 Nguyen Hung Manh. “Phân tích và so sánh các loại pin sử dụng cho ơ tơ điện”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM, vol 59, số p.h 3, Tháng Sáu 2023, tr 112-117, Doan Anh Tuan*; Nguyen Duong Tuan. “Giải pháp ứng dụng hệ thống giám sát Và điều khiển Trong Quy trình phục hồi Ắc Quy Axit Chì”. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, vol 7, số p.h 92, Tháng Bảy 2015, tr 51-55,

[3] Nguyễn Phi Cường Anh, and Lương Ngọc Minh Lê Đức Hiếu. "Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình làm việc của pin xe điện panasonic NCR-18650B." Vinh University Journal of Science (2023).

[4] PHẠM VĂN, S., ĐÀM HOÀNG, P., TRẦN MINH, C., LÊ VĂN, T., & ĐỖ ĐÌNH QUANG, A. (2022). ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN THỜI GIAN PHÓNG ĐIỆN CỦA ẮC QUY Ơ TƠ ĐIỆN. Tạp Chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, 10(10), 377–382.

[5] H.Y. Chen, A.J. Li, D.E. Finlow, The lead and lead-acid battery industries during 2002 and 2007 in China, Journal of Power Sources, Volume 191, Issue 1, 2009, Pages 22-27, ISSN 0378-7753, Degla, Aicha & Aoudjit, Mounir & Guemraoui, Kamel & Guemraoui, Adel. (2023). Experimental Investigation of a Lead-Acid Battery Regeneration Technique for Improved Energy Efficiency. Journal of The Electrochemical Society. 170. 10.1149/1945-7111/ad129c.

[7] Prasad, Umesh & Prakash, Jyoti & Kannan, A. & Kamavaram, Venkat & Arumugam, Ganesh. (2023). Failure analysis of lead-acid batteries at extreme operating temperatures. Battery Energy. 2. 10.1002/bte2.20230008.

[8] Roy, Anindita & Patil, Rajkumar & Sen, Rajarshi. (2022). The effect of fast charging and equalization on the reliability and cycle life of the lead acid batteries. The Journal of Energy Storage. 55. 105841. 10.1016/j.est.2022.105841.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

[9] Paul Ruetschi, Aging mechanisms and service life of lead–acid batteries, Journal of Power Sources, Volume 127, Issues 1–2, 2004, Pages 33-44, ISSN 0378-7753,