Ắc quy kiềm là gì? Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Ắc quy kiềm hay còn được gọi là ắc quy Ni-Cd hoặc Ni-MH, đây là một loại ắc quy tái nạp được ưa chuộng nhất hiện nay bởi nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với các loại ắc quy thông thường. Tuy nhiên nhiều chủ xe vẫn chưa hiểu rõ ắc quy kiềm là gì? Trong bài viết dưới đây, Dragon Auto sẽ đưa đến bạn thông tin chi tiết về loại ắc quy này.

Ắc quy kiềm là gì?

Ắc quy kiềm là một loại bình ắc quy hoạt động dựa trên nguyên lý lấy năng lượng từ phản ứng giữa kim loại kẽm và mangan dioxit.

So với các loại ắc quy thông thường như ắc quy kẽm - carbon hoặc ắc quy kẽm clorua thì ắc quy kiềm có dung lượng cao hơn. Đồng thời, ắc quy kiềm có thời giản sử dụng lâu hơn khi cung cấp mức điện áp nhất định.

Ắc quy kiềm dựa trên nguyên lý sử dụng chất điện phân kiềm là kali hydroxit. Nhiều loại pin khác cũn sử dụng chất điện phân là kiềm nhưng mỗi loại sẽ sử dụng vật liệu có hoạt tính khác nhau cho các điện cực của ắc quy.

Ắc quy kiềm có chứa kẽm, mangan dioxit, do đó, dung dịch axit có thể gây độc nếu ở nồng độ cao. Ở trạng thái bình thường, ắc quy kiềm so với các loại ắc quy khác sẽ có mức độ độc hại ở mức trung bình.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình ắc quy

Cấu tạo của ắc quy kiềm không quá khác biệt so với các loại ắc quy khác trên thị trường hiện nay. Dưới đây là thông tin chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình ắc quy.

Cấu tạo của ắc quy kiềm

Ắc quy kiềm có cấu tạo cơ bản gồm các bộ phận chính sau:

• Vỏ ắc quy: Thường được làm từ nhựa hoặc kim loại có chức năng bảo vệ các bộ phận trong ắc quy khỏi những tác động bên ngoài môi trường. Vỏ ắc quy có các ký hiệu về ắc loại ắc quy và dung lượng và điện áp ắc quy.
• Cực điện:
  - Gồm cực dương (+) và cực âm (-) được từ kim loại tăng hiệu quả dẫn điện.
  - Cực dương thường được làm từ Niken, cực âm được làm từ cadimi hoặc hợp kim niken-kim loại hidrua.
  - Cực điện được kết nối với nhau bằng các lõi điện để dẫn điện.
• Lõi điện:
  - Được làm từ chất liệu có khả năng dẫn điện, dẫn dòng điện từ cực này sang cực kia.
  - Lõi điện có thể được làm từ nhiều nguyên liệu khác nhau như niken, thép,…
  - Số lượng lõi điện sẽ ảnh hưởng đến dung lượng và hiệu suất hoạt động của ắc quy.
• Phân cách:
  - Phân cách là lớp vật liệu cách điện được đặt giữa các điện cực để ngăn chúng tiếp xúc với nhau gây đoản mạch.
  - Phân cách thường được làm từ những nguyên vật liệu như giấy, nhựa hoặc vải mỏng.

Nguyên lý hoạt động của ắc quy kiềm

Đối với ắc quy kiềm, sức điện động sẽ không phụ thuộc và nồng độ của dung dịch điện phân. Một số phản ứng diễn ra trong ắc quy kiềm sẽ hoạt động theo các phản ứng hóa học sau:

+) NiOOH │ KOH │ Cd (-)

• Các phản ứng tổng quát:

Cd + 2 NiOOH + 2H2O ↔ 2 Ni(OH)2 + Cd(OH)2

• Quá trình phóng nạp điện cực:

Ni(OH)2 +OH- ↔ NiOOH + H2O + e

Cd + 2OH- ↔ Cd (OH)2 + e

φ(+) = φo NiOOH/Ni(OH)2 - 0,059 lg [OH-]

φ(-) = φoCd(OH)2/Cd - 0,059 lg [OH-]

Trong đó, KOH chỉ đóng vai trò là một chất dẫn điện, không tham gia vào phản ứng.

Các loại ắc quy kiềm phổ biến

Trên thị trường hiện nay có 3 loại ắc quy kiềm phổ biến là ắc quy Ni-Cd, ắc quy Ni-Mh và ắc quy Li-ion. Dưới đây là thông tin chi tiết về 3 loại ắc quy này.

Ắc quy Ni-Cd

Ắc quy Ni-Cd (Niken-Cadimi) là môt loại ắc quy tái nạp, sử dụng phản ứng hóa học giữa niken (cực dương) và cadimi (cực âm) để tạo điện năng. Đây là một trong những loại ắc quy phổ biến nhất hiện nay, sử dụng trong các thiết bị gia dụng, thiết bị công nghiệp,…

Ưu điểm

• Có mật độ năng lượng cao: Cung cấp năng lượng nhiều hơn, giúp các thiết bị điện hoạt động ổn định và lâu dài.
• Tuổi thọ cao: Có thể sử dụng nhiều lần và nạp lại nhiều lần trước khi cần thay thế bình ắc quy khác.
• Hiệu suất hoạt động ổn định: Giữ cho mức điện năng cao trong khoảng thời gian dài sử dụng, đảm bảo hiệu quả hoạt động tốt.
• Hạn chế quá trình tự xả: Ắc quy kiềm này ít bị mất điện năng khi ắc quy không sử dụng, giúp bảo quản ắc quy tốt hơn.
• Hoạt động tốt trong môi trường có nhiệt độ cao, khoảng -40 độ C đến 65 độ C.

Nhược điểm

• Không an toàn và thân thiện với môi trường: Chất Cadimi là một kim loại độc hại, có thể gây ô nhiêm môi trường nếu như không xử lý đúng cách khi ắc quy không sử dụng nữa.
• Hiệu suất hoạt động giảm theo thời gian: Sau nhiều lần nạp và xả ắc quy, hiệu suất hoạt động của ắc quy sẽ giảm dần.

Ắc quy Ni-MH

Ắc quy Ni-MH (Niken-Kim loại hidrua) là một loại ắc quy tái nạp, sử dụng phản ứng hóa học giữa niken (Cực dương) và hợp kim niken-kim loại hidrua (cực âm) để tạo ra điện năng. Loại ắc quy này đang là một trong những loại ắc quy phổ biến nhất trên nhiều dòng xe hạng sang hiện nay.

Ưu điểm

• Hiệu suất hoạt động cao, có thể cung cấp năng lượng liên tục cho các thiết bị trong thời gian dài mà không cần nạp.
• Tuổi thọ bền: Có thể sử dụng và sạc lại nhiều lần cho đến khi cần thay mới.
• Khi không sử dụng ắc quy sẽ không có tình trạng tự xả, ít mất điện năng.
• Hiệu ứng nhớ thấp: Không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng so với các loại ắc quy khác trên thị trường.
• Có thể hoạt động ổn định trong môi trường có điều kiện thời tiết khắc nghiệt: Từ -20 độ C đến 50 độ C.

Nhược điểm

• Giá thành cao hơn so với các loại bình ắc quy khác trên thị trường.
• Khả năng chịu tải thấp, không thể cung cấp dòng điện cao trong thời gian dài.
• Hiệu suất hoạt động giảm dần theo thời gian, sau nhiều lần nạp và xả.

Ắc quy Li-ion

Ắc quy Li-ion (Lithium-ion) là một loại ắc quy tái nạp sử dụng phản ứng hóa học giữa niken coban mangan (cực dương) và than chì (Cực âm) để tạo ra điện năng. Điều này tạo ra dòng điện cho các thiết bị và cung cấp năng lượng cần thiết. Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động, máy tính bảng, ô tô và nhiều ứng dụng khác.

Ưu điểm

• Dung lượng cao hơn so với các loại ắc quy khác cùng kích thước .
• Trọng lượng nhẹ hơn, giúp giảm trọng lượng tổng cho thiết bị điện.
• Không có bộ nhớ hiện tại, không cần sạc đầy hoặc xả trước khi sạc lại.
• Không có hiện tượng mất dung lượng dự phòng như một số loại ắc quy khác.
• Tuổi thọ cao, có thể sạc và xả nhiều lần trước khi phải thay ắc quy mới.

Nhược điểm

• Giá thành cao hơn so với các loại ắc quy thông thường.
• Nếu sạc và sử dụng không đúng cách có thể gây ra hiện tượng đoản mạch hoặc cháy nổ ắc quy.
• Tuổi thọ giảm dần theo thời gian sử dụng.
• Hiệu suất hoạt động bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của môi trường xung quanh.

Ứng dụng ắc quy kiềm trong đời sống

Ắc quy kiềm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống nhờ nhiều ưu điểm vượt trội. Dưới đây là một số ứng dụng của ắc quy kiềm.

Ứng dụng trong thiết bị điện tử tiêu dùng

• Điều khiển từ xa cho các thiết bị điện như: Tivi, quạt, điều hòa,..Kích thước nhỏ gọi, cung cấp nguồn năng lượng lâu dài, hiệu suất hoạt động ổn định.
• Đèn pin như: đèn pin cầm tay, đèn pin EDC,… Cung cấp năng lượng mạnh mẽ, hoạt động ổn định, tuổi thọ cao và an toàn khi sử dụng.
• Các thiết bị đồ chơi điện tử như: Xe điều khiển từ xa, trò chơi điện tử điều khiển từ xa,…Cung cấp nguồn năng lượng ổn định, trải nghiệm tốt hơn cho người dùng, tuổi thọ cao, an toàn và thân thiện với môi trường xung quanh.

Ứng dụng trong công nghiệp

• Hệ thống lưu trữ năng lượng như: năng lượng mặt trời, hệ thống UPS, xe điện công nghiệp: Cung cấp năng lượng dự phòng cho các thiết bị công nghiệp khi xảy ra hiện tượng mất điện đột ngột, tránh gián đoạn hoạt động của các thiết bị.
• Thiết bị công nghiệp như: Máy móc tự động hóa, dụng cụ điện cầm tay và thiết bị đo lường và kiểm soát: Cung cấp năng lượng cho các thiết bị hoạt động hiệu quả cao và nâng cao năng suất.
• Hệ thống thông tin liên lạc: Như thiết bị truyền thông, hệ thống giám sát và thiết bị định vị. Cung cấp nnawg lượng cho các thiết bị trên, duy trì liên lạc trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Lợi ích và nhược điểm của ắc quy kiềm

Ắc quy kiềm là một loại tái nạp phổ biến có nhiều ưu điểm vượt trội với các loại ắc quy khác trên thị trường, tuy nhiên vẫn còn tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý dưới đây.

Ưu điểm

• Giá thành ắc quy kiềm thấp hơn so với các loại ắc quy khác trên thị trường hiện nay.
• Hạn chế ô nhiễm môi trường vì ắc quy không chứa các chất như chì, thủy ngân hoặc cadimi,..
• Mật độ năng lượng trong ắc quy kiềm cao, tuổi thọ cao hơn so với các loại ắc quy khác trên thị trường.
• Sạc điện ắc quy kiềm dễ dàng, không đòi hỏi về trị số dòng điện. Dòng điện nạp ắc quy có thể cao hơn 3 lần so với mức quy định trên bình ắc quy.

Nhược điểm

• Kích thước của ắc quy kiềm thường khá lớn, khó bảo quản và lắp đặt.
• Một số loại ắc quy kiềm có giá thành cao hơn so với các loại bình ắc quy axit.

Hướng dẫn bảo dưỡng và sử dụng ắc quy kiềm hiệu quả

Để đảm bảo ắc quy kiềm hoạt động hiệu quả và kéo dài tuổi thọ sử dụng, bạn cần biết cách bảo dưỡng và sử dụng đúng cách ắc quy. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết các cách bảo dưỡng và sử dụng ắc quy đúng cách.

• Sử dụng đúng loại ắc quy: Lựa chọn loại ắc quy phù hợp với thiết bị đang sử dụng, dung lượng và điện áp phải đảm bảo tương thích.
• Nạp ắc quy đúng cách: Sử dụng bộ sạc chuyên dụng, tránh nạp ắc quy quá mức và tháo khi sạc đã đầy.
• Bảo quả ắc quy đúng nơi quy định: Bảo quản ở nơi khô thoáng, tránh ánh nắng trực tiếp và nhiệt độ cao, không để ắc quy tiếp xúc với các chất hóa học hoặc dung môi, tránh hiện tượng đoản mạch.

Một số mẹo sử dụng ắc quy kiềm hiệu quả

• Lựa chọn ắc quy có dung lượng cao hơn nếu thường xuyên sử dụng các thiết bị.
• Tắt các thiết bị điện tử khi không sử dụng để tiết kiệm pin.
• Giảm độ sáng màn hình và các cài đặt khác.
• Tháo ắc quy khỏi thiết bị nếu không sử dụng trong thời gian dài.

FAQ - Các câu hỏi thường gặp về ắc quy kiềm

Dưới đây là giải đáp cho một số câu hỏi thường gặp về ắc quy kiềm.

Ắc quy kiềm có thể sạc lại được không?

Ắc quy kiềm thường không thể sạc lại được, thường được thiết kế để sử dụng một lần và cung cấp ổn định cho đến khi hết điện năng.

Làm sao để bảo quản ắc quy kiềm khi không sử dụng?

• Bảo quản nơi khô ráo thoáng mát, nhiệt độ thích hợp từ 10 độ C đến 20 độ C.
• Tháo ắc quy kiềm khỏi thiết bị.
• Giữ ắc quy kiềm trong bao bì của nhà sản xuất.
• Thường xuyên kiểm tra thường xuyên tình trạng của ắc quy.
• Tái chế ắc quy kiềm.

Bài viết trên đây đã cung cấp các thông tin về ắc quy kiềm, các loại ắc quy kiềm phổ biến hiện nay, ưu điểm và nhược điểm của ắc quy kiềm. Việc có nên sử dụng ắc quy kiềm không tùy thuộc và nhu cầu của bản thân, độ thích hợp và cần thiết của các thiết bị điện. Hãy lựa chọn đúng loại ắc quy kiềm để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động tốt hơn.