Nguyên Lý Hoạt Động Của Ắc Quy
Ắc quy, hay bình ắc quy, là thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa học, cho phép chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện và ngược lại. Nguyên lý hoạt động của ắc quy dựa trên phản ứng oxy hóa-khử xảy ra giữa hai điện cực (cực dương và cực âm) nhúng trong dung dịch điện phân. Quá trình này tạo ra dòng điện khi ắc quy được sử dụng và đảo ngược khi ắc quy được sạc.
Cấu tạo cơ bản của một ắc quy bao gồm:
* **Cực dương (Cathode):** Là điện cực có điện thế dương, nơi xảy ra phản ứng khử (thu electron). Chất liệu của cực dương phụ thuộc vào loại ắc quy, ví dụ như oxit chì (PbO2) trong ắc quy chì axit.
* **Cực âm (Anode):** Là điện cực có điện thế âm, nơi xảy ra phản ứng oxy hóa (nhả electron). Ví dụ, trong ắc quy chì axit, cực âm là chì (Pb).
* **Dung dịch điện phân:** Là chất dẫn điện, cho phép ion di chuyển giữa hai điện cực, hoàn thành mạch điện. Trong ắc quy chì axit, dung dịch điện phân là dung dịch axit sulfuric (H2SO4).
Khi ắc quy phóng điện (đang sử dụng), các phản ứng oxy hóa-khử xảy ra:
* Tại cực âm (Pb): chì bị oxy hóa, nhả electron và tạo thành ion chì (Pb2+). Phản ứng này có thể được biểu diễn đơn giản như: Pb → Pb2+ + 2e-
* Tại cực dương (PbO2): ion chì (Pb4+) trong oxit chì nhận electron từ mạch ngoài và kết hợp với ion sunfat (SO42-) trong dung dịch điện phân để tạo thành chì sunfat (PbSO4). Phản ứng này có thể được biểu diễn đơn giản như: PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- → PbSO4 + 2H2O
Các electron được giải phóng từ cực âm di chuyển qua mạch ngoài, cung cấp năng lượng cho thiết bị, sau đó trở lại cực dương. Đồng thời, ion chì (Pb2+) và ion sunfat (SO42-) di chuyển trong dung dịch điện phân để cân bằng điện tích.
Quá trình sạc ắc quy là quá trình đảo ngược của quá trình phóng điện. Một nguồn điện ngoài cung cấp năng lượng, đẩy electron từ cực dương sang cực âm, làm cho các phản ứng oxy hóa-khử diễn ra theo chiều ngược lại. Chì sunfat (PbSO4) trên cả hai điện cực sẽ được chuyển đổi trở lại thành chì (Pb) ở cực âm và oxit chì (PbO2) ở cực dương, khôi phục lại trạng thái ban đầu của ắc quy.
Tóm lại, hoạt động của ắc quy dựa trên sự chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện thông qua phản ứng oxy hóa-khử giữa hai điện cực trong dung dịch điện phân. Hiệu quả và tuổi thọ của ắc quy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chất liệu điện cực, dung dịch điện phân, và điều kiện sử dụng.