Đang tải... (xem toàn văn)
Ắc 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….
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 – K57 Sinh viên thực hiện: Phạm Thái Bảo Võ Văn Chính Ngô Đức Công Vũ Mạnh Cường Giáo viên hướng dẫn: Cô Phạm Thị Hạnh Hà Nội 2013 I Giới thiệu chung ăc quy Khái niệm Ăc quy nguồn điện thứ cấp sản phẩm phóng điện hoàn nguyên lại chất hoạt động ban đầu cho dòng điện từ vào ngược chiều với trình phóng điện I.1 Lịch sử phát triển - Năm 1859, Plăngtê lần thử nghiệm ăc quy Năm 1860, ông phát minh ăc quy chì - Năm 1873, máy phát điện chiều đời giúp rút ngắn thời gian hóa thành ăc quy - Năm 1881, Phorơ dùng hỗn hợp cao chì trát lên cực chì Sau đó, người ta cải tiến dùng cao oxit chì trát lên sườn cực lưới chì Ăc quy chì có lịch sử 200 năm đến người ta chưa hiểu rõ trình hoạt động có nhiều nhà nghiên cứu đưa giả thuyết khác Việt Nam có nhà máy sản xuất ăc quy chì như: ăc quy Đồng Nai, ăc quy Tia Sáng, ăc quy Hải Phòng… I.3 Ứng dụng ăc quy - Làm nguồn điện (một chiều) cho 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… - Làm nguồn nuôi cho thiết bị dân dụng: xe đạp điện, trạm điện… - Làm nguồn dự trữ lượng (một chiều) để cung cấp điện nguồn điện lưới không ổn định I.4 Phân loại ăc quy Thường phân biệt thành hai loại ăc quy sử dụng dung dịch điện ly axit (gọi tắt ăc quy axit) ăc quy sử dụng điện ly kiềm (gọi tắt ăc quy kiềm) II Cấu tạo ắc quy chì – axit Cấu tạo ắc quy chì – axit mô tả hình Lá c ch Hình 1: Cấu tạo ăc quy chì – axit II.1 Vỏ bình ăc quy Vỏ ắc quy làm vật liệu cách điện, chịu axit cao su, ebônit, gỗ bọc trì, thủy tinh loại nhựa hóa học khác II.2.1 Sườn cực Sườn cực nơi để trát chất hoạt động ăc quy lên Sườn cực âm dương có cấu tạo giống nhau, chúng đúc từ chì nguyên chất 90 – 92% có pha thêm 8% ăngtimoan (Sb) làm tăng độ cứng độ dẫn điện, cải thiện tính đúc Sườn cực tạo hình mắt lưới II.2.2 Chất hoạt động Chất hoạt động cực dương PbO2 có màu nâu sẫm Chất hoạt động cực âm Pb có màu nâu xám Chùm cực - Chùm cực bao gồm nhiều cực dấu hàn với - Ở đầu cực có vấu, cực dương ăc quy đơn hàn với tạo thành chùm cực dương, cực âm hàn với thành chùm cực âm Hai nhóm cực âm dương ghép xen kẽ Nắp cầu nối - Nắp ắc quy có lỗ thông khí lỗ rót dung dịch nằm sát để thuận tiện cho việc điều chỉnh mức dung dịch bình ắc quy - Cầu nối thường làm chì, dùng để nối ngăn đơn với - Ăc quy cần điện áp định mức cao cần nhiều ngăn Lá cách Nhóm cực âm Hình 2: Nhóm cực ăc quy III Nguyên lí hoạt động - Khi phóng điện, xảy 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 mà PbO2 cực dương Pb cực âm hoàn toàn chuyển thành PbSO4 - Khi nạp điện cho ăc quy, phản ứng xảy theo chiều ngược với phóng Phản ứng tổng nạp là: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4 Kết thúc trình nạp: cực dương PbO2 , cực âm Pb IV Quy trình sản xuất ăc quy chì Sơ đồ quy trình Chì nguyên chất 99,99% Hợp kim: Pb-Sb, Pb-Ca, Sb 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 = Cực âm: Pb, Cực dương: PbO2 Chế tạo cao chì Bột chì -Bột chì sau nghiền trộn với phụ gia, nước cất 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 hóa học - Chất lượng, khả trát, hệ số hoạt động tiêu hao cao chì ảnh hưởng bởi: ● Độ oxy hóa, độ mịn bột chì ● Các bước thực thời gian trộn - Để tăng hiệu xuất hoạt động phóng điện => tăng độ xốp chất hoạt động cách: ● Thêm chất phụ gia ● Thay đổi lượng axit tỉ trọng axit trộn cao công nghệ trộn IV.3 Quá trình ủ, sấy cực - Mục đích: • Tăng độ oxy hóa cực làm khô chặt cưc sau trát cao • Giảm điện thời gian hóa thành - Trong trình ủ xảy phản ứng: 2Pb + O2 = 2PbO + Q - Quá trình sấy thực tiếp sau rình ủ để làm chặt khô cực sau ủ mang hóa thành IV.4 Quá trình hóa thành cực - Công đoạn hóa thành công đoạn điện phân cực sống dd axit sunfuric loãng với dòng điện chiều tạo PbO2 cực dương Pb xốp cực âm 10 - Việc lựa chọn chế độ ủ (nhiệt độ,độ ẩm,thời gian) phù hợp tiết kiệm điện thời gian công nghệ 2 Tại cực âm xảy phản ứng: 2PbSO4 +2e- = Pb + SO4 ⁻ Tại cực dương xảy 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 - Để tăng hiệu suất sử dụng dòng điện giảm thời gian hóa thành, nạp điện theo nhiều bậc với mật độ nạp giảm dần Các thông số kỹ thuật ăc quy a Sức điện động E (V) Mỗi ngăn acquy axít có sức điện động trung bình 2V 11 - Quá trình hóa thành có vai trò lớn đến chất lượng hóa cực tiêu tốn khoảng 45% lượng điện trình sản xuất b Nội trở Ro (Ω ) Nội trở điện trở acquy Nội trở acquy phụ thuộc vào tỷ trọng, cực lớn hay nhỏ, tính chất cách điện, khoảng cách hai cực…v.v Dung lượng lớn, nội trở nhỏ Nhiệt độ, tỷ trọng tăng nội trở nhỏ nên nạp điện nội trở giảm theo tỷ trọng nhiệt độ tăng Khi phóng điện nội trở tăng tỷ trọng nhiệt độ giảm Mỗi ngăn acquy axít có Ro = 0,001- 0,0015Ω nạp đầy Ro = 0,02Ω phóng điện đến điện áp ngừng phóng điện acquy 12 c Dung lượng Dung lượng khả tích lũy lượng ắc quy Kí hiệu: Q; đơn vị đo: Ah - Khi ăc quy phóng điện với dòng điện cố định dung lượng tích số dòng điện phóng thời gian phóng Q = If.tf (Ah) Trong đó: If dòng điện phóng (A) tf thời gian phóng - Nếu dòng điện phóng không cố định dung lượng tính theo công thức: t Q = ∫0 Ifdtf 13 d Hiệu suất Hiệu suất ắc quy tỷ số toàn điện phóng toàn điện nạp Ắc quy phóng toàn điện nạp tổn hao: - Do lúc cuối nạp, nước biến thành oxy hiđrô - Do rò rỉ điện phóng điện nội - Khi nạp điện ắc quy có nội trở nên tiêu hao hết phần lượng 14 V Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ Nhiệt độ / thời tiết: nhiệt độ thấp làm bình mau hết điện, nhiệt độ cao làm bình ăc quy mau hỏng Tiếp điểm cực bình điện không tốt: ảnh hưởng đến trình phóng / nạp điện, đồng thời gây tượng rò rỉ điện / chạm, mát Dung dịch điện ly: Sau thời gian sử dụng dung dịch axit bị loãng dần đồng thời sinh cặn, bám vào cực ăc quy lắng đáy bình làm tính chất lý hóa dung dịch axit thay đổi Nếu không vệ sinh, chăm sóc, thay dung dịch với nồng độ đảm bảo tuổi thọ bình điện bị giảm nhanh 15 VI Bảo quản, sử dụng ắc quy - Không để ắc quy gần nơi có nhiệt độ cao nhằm tránh nhiệt - Để ắc quy nơi thông thoáng, vững - Không để ăc quy gần nơi có hóa chất, ăn mòn - Kiểm tra vết nứt vỏ bình, khu vực quanh cọc bình – nơi thường chịu lực lớn tháo gẵn cáp bình, thay cần thiết - Kiểm tra cáp nối, thay cáp cần thiết - Kiểm tra mức dung dịch bình thường xuyên, đảm bảo mức nước nồng độ theo hướng dẫn nhà sản xuất - Chọn dòng sạc thích hợp cho ắc quy - Khi ắc quy đầy cần ngắt dòng sạc chuyển sang chế độ nạp trì khoảng thời gian để ắc quy thực đầy 16 Tài liệu tham khảo www.tailieu.vn www.ebook.com.vn 17 [...]... 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... 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 -... 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... 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.. .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... 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... 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... 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... 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... 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 ... điện ly kiềm (gọi tắt ăc quy kiềm) II Cấu tạo ắc quy chì – axit Cấu tạo ắc quy chì – axit mô tả hình Lá c ch Hình 1: Cấu tạo ăc quy chì – axit II.1 Vỏ bình ăc quy Vỏ ắc quy làm vật liệu cách điện,... ngăn acquy axít có Ro = 0,001- 0,0015Ω nạp đầy Ro = 0,02Ω phóng điện đến điện áp ngừng phóng điện acquy 12 c Dung lượng Dung lượng khả tích lũy lượng ắc quy Kí hiệu: Q; đơn vị đo: Ah - Khi ăc quy. .. ăc quy, phản ứng xảy theo chi u ngược với phóng Phản ứng tổng nạp là: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4 Kết thúc trình nạp: cực dương PbO2 , cực âm Pb IV Quy trình sản xuất ăc quy chì Sơ đồ quy