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

Ắc quy là một trong những thiết bị lưu trữ năng lượng điện phổ biến nhất hiện nay, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực từ phương tiện giao thông đến hệ thống năng lượng tái tạo. Vậy, ắc quy là gì? Chúng hoạt động như thế nào và có những loại nào? Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về ắc quy, từ định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động đến các loại ắc quy phổ biến và cách lựa chọn phù hợp với nhu cầu sử dụng.

1. Ắc quy là gì?

1.1. Định nghĩa ắc quy là gì

Ắc quy (hay còn gọi là acquy, bình accu) là thiết bị lưu trữ năng lượng điện dưới dạng hóa năng, cho phép nạp và xả điện nhiều lần. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử, phương tiện giao thông và hệ thống năng lượng tái tạo. 

Hình 1: Ắc quy là gì?

1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của ắc quy

Giai đoạn khám phá điện học (Thế kỷ 18)

• Luigi Galvani (1780s): Nhà khoa học người Ý phát hiện hiện tượng "điện động vật" khi quan sát cơ của ếch co giật khi tiếp xúc với kim loại.
• Alessandro Volta (1800): Phát minh ra "cột Volta" – thiết bị đầu tiên tạo ra dòng điện liên tục bằng cách xếp chồng các tấm kim loại (chì và kẽm) xen kẽ với các tấm vải thấm nước muối.

Sự ra đời của ắc quy có thể sạc (Thế kỷ 19)

• Gaston Planté (1859): Bác sĩ người Pháp phát minh ra ắc quy axit-chì đầu tiên có khả năng sạc lại, mở ra kỷ nguyên mới cho các thiết bị lưu trữ năng lượng.
• Camille Alphonse Faure (1881): Cải tiến ắc quy axit-chì bằng cách sử dụng lưới chì và phủ lớp oxit chì, tăng hiệu suất và độ bền của ắc quy.

Sự phát triển trong thế kỷ 20 và 21

• Sự ra đời của các loại ắc quy mới như ắc quy kín khí, ắc quy gel, và ắc quy lithium-ion đã cải thiện hiệu suất, độ bền và an toàn.
• Ắc quy ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như năng lượng tái tạo, ắc quy xe đạp điện, ắc quy xe nâng, xe ô tô, thiết bị điện tử và hệ thống lưu trữ năng lượng.

Tham khảo 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. 

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ắc quy

2.1. Cấu tạo ắc quy

• Cực dương (Anode): Là nơi dòng điện đi ra khỏi ắc quy khi xả điện.

• Cực âm (Cathode): Là nơi dòng điện đi vào ắc quy khi nạp điện.

• Chất điện phân (Electrolyte): Là môi trường dẫn điện giữa hai cực, cho phép các ion di chuyển và tạo ra dòng điện.

• Lớp cách điện (Separator): Ngăn cách giữa cực dương và cực âm để tránh hiện tượng ngắn mạch, đồng thời cho phép ion di chuyển qua lại. Lớp cách điện thường được làm từ vật liệu không dẫn điện và có khả năng thấm ướt tốt.

• Vỏ bình (Battery Case): Bảo vệ các thành phần bên trong khỏi tác động cơ học và môi trường bên ngoài. 

• Nắp bình và cọc điện (Terminal): Nắp bình giúp giữ kín dung dịch điện phân và ngăn ngừa rò rỉ. Cọc điện là nơi kết nối ắc quy với thiết bị tiêu thụ điện.

Hình 2: Cấu tạo ắc quy 

2.2. Nguyên lý hoạt động của ắc quy

Ắc quy hoạt động dựa trên phản ứng hóa học giữa các bản cực và chất điện phân:

Quá trình xả điện: Khi ắc quy cung cấp điện cho thiết bị, phản ứng hóa học ngược lại xảy ra, chuyển đổi hóa năng thành điện năng. Các ion di chuyển qua dung dịch điện phân, tạo ra dòng điện cung cấp cho thiết bị tiêu thụ. 

Quá trình này cho phép ắc quy được sử dụng nhiều lần thông qua các chu kỳ nạp và xả điện.

3. Các loại ắc quy

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

3.1. Phân loại ắc quy theo cấu tạo

Theo cấu tạo, có các loại ắc quy được sử dụng phổ biến như sau:

Ắc quy chì axit (Lead-Acid Battery): tên gọi thông dụng là ắc quy chì hay ắc quy nước. 

• Cực dương thường được làm từ oxit chì (PbO₂).
• Cực âm trong ắc quy axit-chì thường làm từ chì nguyên chất (Pb).
• Chất điện phân của chì (Pb) và dung dịch acid sulfuric (H₂SO₄)

• Cực dương (Anode) thường làm từ hợp chất lithium như lithium cobalt oxide (LiCoO₂). 
• Cực âm (Cathode) thường sử dụng graphite (than chì). 
• Chất điện phân là dung dịch muối lithium trong dung môi hữu cơ.

• Cực dương: Sử dụng niken (Ni).
• Cực âm: Cadmium (Cd).
• Chất điện phân: Dung dịch kiềm (thường là kali hydroxit - KOH).

3.2. Phân loại ắc quy theo ứng dụng

Việc phân loại ắc quy theo ứng dụng giúp người dùng lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu cụ thể. Dưới đây là các loại ắc quy phổ biến dựa trên mục đích sử dụng:

a) Ắc quy khởi động

• Chức năng: Cung cấp dòng điện lớn trong thời gian ngắn để khởi động động cơ.
• Ứng dụng: Ô tô, xe máy, máy phát điện, máy nổ.
• Đặc điểm: Thiết kế để xả điện nhanh, không thích hợp cho việc xả sâu.

b) Ắc quy viễn thông, dự phòng

4. Cách chọn ắc quy

Việc lựa chọn ắc quy phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu suất, độ bền và an toàn cho thiết bị hoặc phương tiện của bạn. Các yếu tố quan trọng khi chọn ắc quy như sau:

4.1. Xác định mục đích sử dụng

• Khởi động (Starting): Dùng cho ô tô, xe máy – cần dòng khởi động cao trong thời gian ngắn.
• Xả sâu (Deep Cycle): Dùng cho xe điện, hệ thống năng lượng mặt trời – cần xả điện ổn định trong thời gian dài.
• Dự phòng (Standby/UPS): Dùng cho bộ lưu điện (UPS), viễn thông – yêu cầu độ ổn định và tuổi thọ cao.

4.2. Chọn điện áp và dung lượng phù hợp

• Xe máy: 3Ah – 9Ah.
• Ô tô: 35Ah – 100Ah.
• UPS: 7Ah – 200Ah.
• Năng lượng mặt trời: 100Ah – 250Ah.

4.3. Cấu tạo và công nghệ ắc quy

• Ắc quy axit-chì (Flooded): Giá rẻ, cần bảo dưỡng định kỳ.
• Ắc quy kín khí (VRLA): Không cần bảo dưỡng, an toàn hơn.
• Ắc quy Gel: Chịu nhiệt tốt, tuổi thọ cao, dùng cho UPS và năng lượng mặt trời.
• Ắc quy Lithium-ion: Nhẹ, sạc nhanh, tuổi thọ cao, dùng cho xe điện và thiết bị di động.
• Ắc quy kiềm: Dung lượng cao, tuổi thọ dài, hiệu suất ổn định, an toàn và thân thiện với môi trường.

4.4. Kích thước và vị trí cọc điện

4.5. Thương hiệu và nguồn gốc

Kết luận: Hiểu rõ về ắc quy không chỉ giúp bạn sử dụng thiết bị một cách hiệu quả mà còn đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ cho hệ thống điện của mình. Từ việc nắm bắt cấu tạo, nguyên lý hoạt động đến phân loại và ứng dụng thực tế, bạn sẽ có cơ sở vững chắc để lựa chọn loại ắc quy phù hợp nhất. Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp năng lượng ổn định và bền vững, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi để được tư vấn chi tiết và hỗ trợ tốt nhất.

Câu hỏi thường gặp về ắc quy (FAQ)

1. Ắc quy axit-chì và ắc quy lithium-ion khác nhau như thế nào?

2. Ắc quy khởi động là gì và có thể dùng cho xe điện được không?

3. Ắc quy năng lượng mặt trời có gì đặc biệt?

4. Khi nào cần thay ắc quy?

5. Nên chọn loại ắc quy nào cho UPS và hệ thống dự phòng điện?