Công nghệ sản xuất ác quy chì axit

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
--------------

ĐỒ ÁN NHẬP MÔN
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĂC QUY CHÌ – AXIT
Học phần: Nhập môn Kỹ thuật Hóa học (CH2000)

Nhóm 9 – K57
Sinh viên thực hiện:

1. Phạm Thái Bảo
2. Võ Văn Chính
3. Ngô Đức Công
4. Vũ Mạnh Cường

Giáo viên hướng dẫn: Cô Phạm Thị Hạnh

Hà Nội 2013


I. Giới thiệu chung về ăc quy

Khái niệm
Ăc quy là nguồn điện thứ cấp trong đó sản phẩm phóng điện được hoàn nguyên
lại chất hoạt động ban đầu khi cho dòng điện từ ngoài vào ngược chiều với quá trình
phóng điện.

I.1 Lịch sử phát triển

- Năm 1859, Plăngtê lần đầu tiên thử nghiệm về ăc quy. Năm 1860, ông đã phát minh ra chiếc ăc quy chì đầu tiên.

- Năm 1873, máy phát điện một chiều ra đời giúp rút ngắn thời gian hóa thành của ăc quy.

1


- Năm 1881, Phorơ dùng hỗn hợp cao chì trát lên lá cực chì. Sau đó, người ta đã cải tiến dùng cao oxit chì trát lên sườn cực lưới
bằng chì.

Ăc quy chì đã có lịch sử hơn 200 năm nhưng đến nay người ta vẫn chưa hiểu rõ quá trình hoạt động của nó và đã có rất nhiều nhà
nghiên cứu đưa ra các giả thuyết khác nhau.

Việt Nam hiện có các nhà máy sản xuất ăc quy chì như: ăc quy Đồng Nai, ăc quy Tia Sáng, ăc quy Hải Phòng….

I.3. Ứng dụng của ăc quy

- Làm nguồn điện (một chiều) cho những nơi xa lưới điện: cho chiếu sáng, cho tivi, cho thiết bị thông tin liên lạc, điều khiển, đo
lường, giàn khoan, tín hiệu đèn đường…

2


- Làm nguồn nuôi cho các thiết bị dân dụng: xe đạp điện, các trạm điện…

- Làm nguồn dự trữ năng lượng (một chiều) để cung cấp điện khi nguồn điện lưới mất hoặc không ổn định.

I.4. Phân loại ăc quy

Thường phân biệt thành hai loại là ăc quy sử dụng dung dịch điện ly bằng axit (gọi tắt là ăc quy axit) và ăc quy sử dụng
điện ly bằng kiềm (gọi tắt là ăc quy kiềm).

3


II. Cấu tạo của ắc quy chì – axit
Cấu tạo của ắc quy chì – axit được mô tả như hình 1.

Lá c
á

ch

Hình 1: Cấu tạo ăc quy chì – axit

4


II.1. Vỏ bình ăc quy

Vỏ ắc quy làm bằng vật liệu cách điện, chịu được axit như cao su, ebônit, gỗ bọc trì, thủy tinh hoặc các loại nhựa hóa
học khác.

II.2.1 Sườn cực
Sườn cực là nơi để trát chất hoạt động của ăc quy lên nó.
Sườn cực của bản âm và bản dương có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì nguyên chất 90 – 92% và có pha thêm 5 8% ăngtimoan (Sb) làm tăng độ cứng và độ dẫn điện, cải thiện tính đúc. Sườn cực được tạo hình mắt lưới.

II.2.2. Chất hoạt động
Chất hoạt động của bản cực dương là PbO2 có màu nâu sẫm.
Chất hoạt động của bản cực âm là Pb có màu nâu xám.

5

Chùm cực

- Chùm cực bao gồm nhiều bản cực cùng dấu được hàn với nhau.
- Ở đầu của mỗi bản cực có vấu, các bản cực dương của mỗi ăc quy đơn được hàn với nhau tạo thành chùm cực dương, các
bản cực âm được hàn với nhau thành chùm cực âm. Hai nhóm bản cực âm và dương được ghép xen kẽ nhau.

Nắp và cầu nối

- Nắp ắc quy có lỗ thông khí và lỗ rót dung dịch nằm sát nhau để thuận tiện cho việc điều chỉnh mức dung dịch trong
bình ắc quy.
- Cầu nối thường làm bằng chì, dùng để nối các ngăn đơn với nhau.
- Ăc quy cần điện áp định mức càng cao thì cần càng nhiều ngăn.

6


Lá cách
Nhóm cực âm

Hình 2: Nhóm bản cực của ăc quy

7


III. Nguyên lí hoạt động
- Khi phóng điện, xảy ra phản ứng hóa học sau:
Tại cực dương: 2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2
Tại cực âm: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2

Phản ứng tổng:
Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

Quá trình phóng điện kết thúc khi mà PbO2 ở cực dương và Pb ở cực âm hoàn toàn chuyển thành PbSO4.

- Khi nạp điện cho ăc quy, phản ứng xảy ra theo chiều ngược với khi phóng. Phản ứng tổng khi nạp là:
2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4
Kết thúc quá trình nạp: cực dương là PbO2 , cực âm là Pb.

7


IV. Quy trình sản xuất ăc quy chì
Sơ đồ quy trình

8


Chì nguyên chất 99,99%

Hợp kim: Pb-Sb, Pb-Ca, Sb và Ca
5-10%

Nấu chảy

Nấu chảy

Phụ gia

Đúc bi

dd H2SO4: d=1,3
Nghiền bột

Đúc sườn cực

Trộn cao: cao âm, cao dương

Trát cao

Ủ: 45 - 50◦C, 24h, độ ẩm 90 - 95%

Sấy: 60-70◦C, 12h
dd H2SO4:d=1,0

Hóa thành
Lắp vào
hộp

Sấy

Rửa, dd pH = 7

Cực âm: Pb,
Cực dương: PbO2

8


1. Chế tạo cao chì
Bột chì

-Bột chì sau khi nghiền được trộn với các phụ gia, nước
cất và dung dịch axit tạo thành cao chì.

-Thành phần cao âm: bột chì, axit, nước cất, BaSO4, bột
cacbon (dẫn điện), chất ức chế…
- Thành phần cao dương: bột chì, axit, nước cất và bông
hóa học.

9


- Chất lượng, khả năng trát, hệ số hoạt động và tiêu hao của cao chì ảnh hưởng bởi:

● Độ oxy hóa, độ mịn bột chì.
● Các bước thực hiện và thời gian trộn.

- Để tăng hiệu xuất hoạt động và phóng điện => tăng độ xốp của chất hoạt động bằng cách:

● Thêm các chất phụ gia.

● Thay đổi lượng axit và tỉ trọng axit trộn cao và công nghệ trộn.


IV.3 Quá trình ủ, sấy lá cực

- Mục đích:

• Tăng độ oxy hóa của lá cực và làm khô chặt lá cưc sau trát cao.

• Giảm điện năng và thời gian hóa thành.

- Trong quá trình ủ xảy ra phản ứng: 2Pb + O2 = 2PbO + Q

- Quá trình sấy được thực hiện tiếp sau quá rình ủ để làm chặt và khô lá cực sau ủ rồi mang đi hóa thành.

IV.4 Quá trình hóa thành lá cực

- Công đoạn hóa thành là công đoạn điện phân lá cực sống trong dd axit sunfuric loãng với dòng điện một chiều tạo ra
PbO2 ở cực dương và Pb xốp ở cực âm.

10


- Việc lựa chọn chế độ ủ (nhiệt độ,độ ẩm,thời gian) phù hợp sẽ tiết kiệm điện năng và thời gian công nghệ.


2
Tại cực âm xảy ra phản ứng: 2PbSO4 +2e- = Pb + SO4 ⁻
Tại cực dương xảy ra phản ứng: 2PbSO4 + 2H2O = PbO2 + H2SO4 + 2H⁺
Quá trình tổng: 2PbSO4 + 2H2O = PbO2 + Pb + 2H2SO4

- Quá trình hóa thành sử dụng phương pháp nạp dòng điện không đổi với nhiều giai đoạn nạp có cường độ dòng khác nhau.
- Để tăng hiệu suất sử dụng dòng điện và giảm thời gian hóa thành, nạp điện theo nhiều bậc với mật độ nạp giảm dần.

Các thông số kỹ thuật của ăc quy
a. Sức điện động E (V)
Mỗi ngăn acquy axít có sức điện động trung bình là 2V

11

- Quá trình hóa thành có vai trò rất lớn đến chất lượng hóa cực và tiêu tốn khoảng 45% lượng điện năng quá trình sản xuất.


b. Nội trở Ro (Ω )

Nội trở là điện trở trong của acquy
Nội trở của acquy phụ thuộc vào tỷ trọng, bản cực lớn hay nhỏ, tính chất tấm cách điện, khoảng cách giữa hai bản cực…v.v
Dung lượng càng lớn, nội trở càng nhỏ. Nhiệt độ, tỷ trọng càng tăng nội trở càng nhỏ vì vậy nên khi nạp điện nội trở giảm theo tỷ
trọng và nhiệt độ tăng. Khi phóng điện nội trở tăng vì tỷ trọng và nhiệt độ giảm.
Mỗi ngăn acquy axít có Ro = 0,001- 0,0015Ω khi nạp đầy và Ro = 0,02Ω khi phóng điện đến điện áp ngừng phóng điện của acquy.

12


c. Dung lượng
Dung lượng là khả năng tích lũy năng lượng của ắc quy.
Kí hiệu: Q; đơn vị đo: Ah

- Khi ăc quy phóng điện với dòng điện cố định thì dung lượng bằng tích số của dòng điện phóng và thời gian phóng.
Q = If.tf (Ah)
Trong đó: If là dòng điện phóng (A)
tf là thời gian phóng
- Nếu dòng điện phóng không cố định thì dung lượng tính theo công thức:
t
Q = ∫0 Ifdtf

13

d. Hiệu suất
Hiệu suất của ắc quy là tỷ số giữa toàn bộ điện năng phóng và toàn bộ điện năng nạp.
Ắc quy không thể phóng ra toàn bộ điện năng đã nạp được do các tổn hao:
- Do lúc cuối khi nạp, nước biến thành oxy và hiđrô.
- Do rò rỉ điện và phóng điện nội bộ.
- Khi nạp điện ắc quy có nội trở nên tiêu hao hết một phần năng lượng.

14


V. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ
1. Nhiệt độ / thời tiết: nhiệt độ thấp làm bình mau hết điện, nhiệt độ cao quá làm bình ăc quy mau hỏng.

2. Tiếp điểm các cực của bình điện không tốt: ảnh hưởng đến quá trình phóng / nạp điện, đồng thời có thể gây ra hiện tượng rò
rỉ điện / chạm, mát.

3. Dung dịch điện ly: Sau một thời gian sử dụng dung dịch axit bị loãng dần đồng thời sinh cặn, bám vào các lá cực ăc quy hoặc
lắng dưới đáy bình làm tính chất lý hóa của dung dịch axit thay đổi. Nếu không được vệ sinh, chăm sóc, thay dung dịch với
nồng độ đảm bảo thì tuổi thọ của bình điện bị giảm nhanh.

15


VI. Bảo quản, sử dụng ắc quy

- Không để ắc quy ở gần nơi có nhiệt độ cao nhằm tránh sự quá nhiệt.
- Để ắc quy nơi thông thoáng, vững chắc.
- Không để ăc quy gần nơi có hóa chất, ăn mòn.
- Kiểm tra các vết nứt trên vỏ bình, nhất là khu vực quanh cọc bình – nơi thường chịu lực lớn khi tháo hoặc gẵn cáp bình,

thay khi cần thiết.
- Kiểm tra cáp nối, thay cáp khi cần thiết.
- Kiểm tra mức dung dịch trong bình thường xuyên, đảm bảo mức nước và nồng độ theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Chọn dòng sạc thích hợp cho ắc quy.
- Khi ắc quy đầy cần ngắt dòng sạc hoặc chuyển sang chế độ nạp duy trì trong khoảng thời gian tiếp theo để ắc quy thực sự
đầy.

16


Tài liệu tham khảo
www.tailieu.vn
www.ebook.com.vn

17