Ắc quy là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các loại ắc quy

Ắc quy là một trong các thiết bị được sử dụng rất phổ biến trong các phương tiện giao thông hoặc các thiết bị lưu điện, phát điện. Tuy nhiên, một số người vẫn còn thắc mắc ắc quy là gì? Cấu tạo ắc quy như thế nào? Và có các loại ắc quy phổ biến nào? Bài viết sau đây, Bảo An sẽ giúp bạn hiểu được các kiến thức cơ bản về ắc quy. 

- Ắc quy là gì? Ắc quy (hay acquy) là một nguồn điện thứ cấp, hoạt động dựa trên quá trình chuyển đổi hóa năng thành điện năng. Ắc quy tạo ra một dòng điện duy trì hiệu điện thế giữa hai đầu mạch điện. Các loại ắc quy có tác dụng cấp điện cho các thiết bị sử dụng điện. Do đó ắc quy chính là tên của nguồn điện có thể nạp lại và sử dụng lại. 

- Nguồn điện trong ắc quy có thể được cung cấp bằng cách dùng bộ sạc ắc quy để có thể tiếp tục sử dụng và nâng cao tuổi thọ của ắc quy. Mỗi một thiết bị máy móc động cơ sẽ có một thiết bị sạc ắc quy khác nhau và phù hợp với từng loại nhất định. 

Hình 1: Ắc quy là gì?

Để hiểu thêm về ắc quy là gì? Hãy tìm hiểu ngay hình ảnh và thông số kỹ thuật của sản phẩm Bình ắc quy kín khí Phoenix TIBACO TS12750 được phân phối ở Bảo An tại đây. 

Cấu tạo ắc quy khá đơn giản. Về cơ bản, cấu tạo bên trong của các loại ắc quy bao gồm các bộ phận như sau: 2 cực âm và dương, chất điện phân và lớp chất cách điện
- Cực dương (anode): Trong cấu tạo ắc quy, cực dương là cực mà dòng điện đi ra khi ắc quy hoạt động. Các bản cực dương của ắc quy thường được chế tạo từ oxit chì (PbO₂) và được hàn nối lại với nhau tạo thành bộ chùm cực dương.
- Cực âm (cathode): Cực âm của các loại ắc quy là cực mà dòng điện đi vào khi ắc quy hoạt động. Các bản cực âm trong ắc quy thường làm từ chì nguyên chất (Pb) được gắn trên tấm khung hợp kim chì và được hàn lại với nhau tạo thành bộ trùm cực âm. 
- Chất điện phân (electrolyte): Một bộ phận khác trong cấu tạo ắc quy là lớp chất điện phân. Chất điện phân thường được sử dụng để cho phép dòng điện chuyển động giữa cực dương và cực âm. Chất điện phân thường là axit (phổ biến nhất là dung dịch H₂SO₄), chất điện phân trong ắc quy thường ở dạng lỏng, hoặc dạng gel.
- Lớp cách điện (separator): Lớp chất cách điện giữa cực dương và cực âm dùng để ngăn cách chúng để tránh gây hiện tượng ngắn mạch. Khi ắc quy hoạt động, các phản ứng hóa học xảy ra tại cực dương và cực âm, tạo ra dòng điện di chuyển qua mạch ngoài để cung cấp năng lượng. Trong quá trình sạc, phản ứng ngược lại xảy ra, tái tạo năng lượng lưu trữ trong ắc quy.

Hình 2: Cấu tạo ắc quy

Cấu tạo bên ngoài của các loại ắc quy là vỏ bình ắc quy, vỏ bình ắc quy thường làm từ nhựa polypropylene có khả năng chịu axit tốt, có độ bền cao.

Nguyên lý hoạt động của các loại ắc quy dựa trên các phản ứng hóa học xảy ra tại cực dương và cực âm khi nó hoạt động và khi được sạc lại. Dưới đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của một ắc quy:
- Khi có dòng điện nạp vào bình ắc quy: Khi có dòng điện được nạp vào ắc quy sẽ xảy ra quá trình nạp điện cho bình ắc quy dựa trên sự biến đổi điện năng thành hóa năng để tích trữ lại năng lượng cho bình. Năng lượng điện sẽ chuyển đổi PbSO₄ tại cực âm và cực dương tương ứng thành PbO₂ và Pb và phản ứng với vật liệu hoạt động trên các lưới để làm tăng trọng lượng riêng và phát ra một lực điện động. 

- Khi có thiết bị tiêu thụ điện được kết nối vào ắc quy: Khi một thiết bị được nối vào ắc quy thì khi này ắc quy sẽ xảy ra quá trình phóng điện. Các cực âm (PbO₂) và dương (Pb) sẽ bị chuyển đổi thành PbSO₄ (chất rắn) và axit sulfuric loãng (chất lỏng) phản ứng với vật liệu hoạt động trên lưới điện và chuyển thành nước có trọng lượng riêng thấp hơn.

- Khi ắc quy tự phóng điện: Hiện tượng tự phóng điện của các loại ắc quy là hiện tượng giảm điện áp tự nhiên, trọng lượng riêng và năng lượng điện sau một khoảng thời gian nhất định mà không có sự tác động của một mạch điện bên ngoài. Các bình ắc quy nếu như bảo quản không đúng cách cũng tự giảm điện năng hay còn gọi là tự phóng điện. Nhiệt độ ở những nơi bảo quản bình ắc quy quá cao sẽ làm bình ắc quy tự phóng điện nhanh hơn vì thế nên để bình ắc quy ở nơi thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp chiếu vào bình.

Có nhiều cách phân loại các loại ắc quy dựa trên các tiêu chí khác nhau, bao gồm cấu tạo, theo ứng dụng và theo cách hoạt động. Dưới đây là các loại ắc quy phổ biến

Theo cấu tạo, có các loại ắc quy được sử dụng phổ biến như sau:
- Ắc quy chì axit (Lead-Acid Battery): Đây là loại ắc quy sử dụng chất điện phân của chì (Pb) và dung dịch acid sulfuric (H₂SO₄)
- Ắc quy Li-ion (Lithium-ion Battery): Loại ắc quy này sử dụng ion lithium di chuyển giữa cực dương và cực âm của ắc quy.
- Ắc quy niket-cadmium (Nickel-Cadmium Battery): Sử dụng niken và cadmium trong các cực của ắc quy.

Theo ứng dụng, có các loại ắc quy phổ biến như sau:
- Ắc quy xe đạp điện: Là loại ắc quy được thiết kế đặc biệt cho việc sử dụng trong xe đạp điện hoặc phương tiện điện tử khác.
- Ắc quy xe máy: Đây là loại ắc quy được thiết kế cho xe máy, thường sử dụng là ắc quy chì axit. 

Phân loại theo cách hoạt động, có hai loại ắc quy chính như sau: 
- Ắc quy có thể sạc lại (Rechargeable Battery): Loại ắc quy này có thể sạc lại và tái sử dụng
- Ắc quy không thể sạc lại (Non-Rechargeable Battery): Loại ắc quy này chỉ sử dụng một lần và sau đó phải thay thế.

Ắc quy là một thiết bị rất quan trọng và đa dạng, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của ắc quy:
- Sử dụng khi mất điện: Trong các trường hợp ở văn phòng, nhà ở mất điện đột ngột làm ảnh hưởng đến các hệ thống bào cháy, chống trộm, thắp sáng. Khi này, các loại ắc quy được dùng để cung cấp điện cho các hệ thống hoạt động bình thường.

- Sử dụng trong xe điện: Các loại ắc quy được sử dụng trong xe điện nhằm cung cấp năng lượng cho xe điện để di chuyển.

- Sử dụng để khởi động động cơ: Ứng dụng dùng để khởi động động cơ xe máy, ô tô, máy phát điện, xe moto của ắc quy rất phổ biến. Nếu máy móc của bạn đột nhiên không đề nổ được, rất có thể nó đã hết điện. Ắc quy lúc này có thể cung cấp nguồn điện cho máy để máy có thể khởi động bình thường. Trong trường hợp, bạn sử dụng bình ắc quy xe mô tô để khởi động động cơ thì cần chọn ắc quy có kích thước lớn và dung lượng lớn do xe mô tô phân khối lớn thường dùng dòng phóng cao hơn các xe máy thông thường.

Hình 3: Ứng dụng của ắc quy

Khi lựa chọn ắc quy cho một ứng dụng cụ thể, có một số yếu tố quan trọng cần xem xét để đảm bảo rằng bạn chọn đúng loại ắc quy phù hợp với nhu cầu của mình. Dưới đây là một số yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn ắc quy:
- Công suất: Xác định nhu cầu về công suất của ứng dụng của bạn để chọn ắc quy có dung lượng phù hợp. Dung lượng được đo bằng ampere-giờ (Ah) hoặc watt-giờ (Wh).
- Điện áp: Cần xác định điện áp cần thiết cho ứng dụng của bạn. Điện áp của ắc quy thường được tính bằng volt (V).
- Loại ắc quy: Chọn loại ắc quy phù hợp với nhu cầu của bạn, như ắc quy chì, ắc quy lithium-ion, ắc quy nikel-cadmium,...
- Tuổi thọ: Cần chú ý đến tuổi thọ của các loại ắc quy để đảm bảo rằng nó sẽ phục vụ được trong thời gian dài mà không cần thay thế quá thường xuyên.
- Hiệu suất: Đánh giá hiệu suất của ắc quy để chọn loại có hiệu suất cao và hao hụt năng lượng ít trong quá trình sử dụng.
- Điều kiện môi trường: Cần xem xét điều kiện môi trường mà ắc quy sẽ hoạt động để chọn loại có khả năng chịu nhiệt, chống sốc, chống nước phù hợp.
- Kích thước và trọng lượng: Cần xác định kích thước và trọng lượng phù hợp với không gian và yêu cầu sử dụng của ứng dụng.

Kết luận: Qua bài viết trên, Bảo An đã giúp bạn hiểu được về ắc quy là gì? Cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của ắc quy cũng như các loại ắc quy phổ biến. Hy vọng bài viết giúp ích cho công việc của bạn.