Tổng quát về việc phục hồi ắc quy axit chì

Chì là một nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn hóa học Mendeleev viết tắt là Pb (theo tiếng La Tinh Plumbum) và có hoá trị 82.

  1. Cấu tạo của Ắc quy chì – A xít

Ắc quy chì – a xít gồm có các bản cực bằng chì và ô xít chì ngâm trong dung dịch acid sulfuric. Các bản cực thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới, làm bằng hợp kim chì antimon, có nhồi các hạt hóa chất tích cực có bản chất chì (premium chì). Các hóa chất này khi được nạp đầy là diocid chì ở anod (cực dương), và chì nguyên chất ở cathod (cực âm). Các bản cực được nối với nhau bằng những thanh chì, bản cực dương nối với bản cực dương, bản cực âm nối với bản cực âm. Chiều dài, chiều ngang, chiều dầy và số lượng các bản cực sẽ xác định dung lượng của bình ắc quy. Thông thường, các bản cực âm được đặt ở bên ngoài, do đó số lượng các bản cực âm nhiều hơn bản cực dương. Các bản cực âm ngoài cùng thường mỏng hơn, vì chúng sử dụng diện tích tiếp xúc ít hơn.

Các phản ứng hóa học diễn ra trong ắc quy bao gồm :

Anode: Pb(s) + SO42–(aq) → PbSO4(s) + 2 e–

Cathode: PbO2(s) + 4 H+(aq) + SO42–(aq) + 2 e– → PbSO4(s) + 2 H2O(l)

Phản ứng : Pb(s) + PbO2(s) + 4 H+(aq) + 2 SO42–(aq) → 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l)

Các phiên bản kĩ thuật khác của ắc quy chì – acid là :

– Ắc quy Lead – Acid (LA) là ắc quy chì công nghệ kín khí AGM – VRLA
– Ắc quy Lead – Carbone (LC / LCA)
– Ắc quy Gel (LG hay ắc qu ychì công nghệ GEL / OPzV) không sinh khí trong quá trình nạp và phóng điện, thường được gọi là ắc quy khô.

Trong số đó thì ắc quy Gel OPzV có hiệu quả và chất lượng tốt nhất.
Dung môi dùng trong bình ắc quy này là dung dịch a xít sulfuric hay Gel – acid sulfuric. Nồng độ của dung dịch biểu trưng bằng tỉ trọng đo được, tùy thuộc vào loại bình ắc quy, và tình trạng phóng nạp của bình.

Trị số tỷ trọng của dung dịch xít sulfuric trong bình ắc quy khi được nạp đầy được quy ra ở 25 ºC (77ºF) được cho ở bảng sau:

Loại bình ắc quy

Tỷ trọng chất điện phân

Bình ắc quy làm việc ở chế độ tải nặng, thí dụ các xe tải điện công nghiệp lớn.

1,275

Bình ắc quy dùng cho xe ôtô, phi cơ.

1,260

Bình ắc quy dùng cho tải không nặng lắm: thí dụ như chiếu sáng tàu điện, hoặc khởi động các động cơ lớn…

1,245

Bình ắc quy tĩnh, hoặc dùng cho các ứng dụng dự phòng

1,215


Dung lượng của bình ắc quy thường được tính bằng Ampe giờ (Ah). Ah đơn giản chỉ là tích số giữa dòng điện phóng với thời gian phóng điện. Dung lượng này thay đổi tuỳ theo nhiều điều kiện như dòng điện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỷ trọng của dung dịch, và điện thế cuối cùng sau khi phóng. Các biến đổi của thông số của bình ắc quy được cho trên các biểu đồ

Dung lượng bình ắc quy mà nhà sản xuất in trên bình thường là tích số của dòng điện phóng không đổi tối đa mà ắc quy có thể giải phóng được trong vòng 20h dưới nhiệt độ 68 F° (20 C°), cho tới khi điện áp mỗi một ngăn về tới ngưỡng phóng dưới. Một bình ắc quy dung lượng 100Ah có thể giải phóng dòng điện 5A trong khoảng thời gian 20h dưới nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, nếu phóng ở dòng 50A, bình ắc quy này sẽ có công suất biểu kiến thấp hơn.

  1. Nguyên nhân phải phục hồi bình ắc quy :
  • Sau khi sử dụng ắc quy một thời gian, nếu dung môi (nước châm bình) không thuần chất hoặc do quá trình nạp và bảo dưỡng ắc quy chưa hoàn chỉnh sẽ có nhiều kết tủa rắn màu trắng xám trên bề mặt bản cực. Thành phần chủ yếu của kết tủa rắn này (thường chiếm đến 98%) là sulfat chì (PbSO4)
    • Sự hiện diện quá nhiều của sulfat chì trên bề mặt bản cực ngăn cản quá trình điện hoá, suy giảm nghiêm trọng dung lượn, tăng nội trở của ắc quy. Một phần vật chất của bản cực dương mau chóng bị tan rã thành một đám bùn màu nâu đen đọng dưới đáy bình và tạo dòng điện rò bên trong. Điều này đưa đến hệ quả là ắc quy không thể nạp đầy, công suất cực đại giảm và có khả năng không thể sử dụng được nữa.
    • Trong đa số các trường hợp đó, các ắc quy được xác định là hư hỏng và cần phải thay mới. Chi phí thay mới thường là rất cao và là gánh nặng cho người sử dụng. Do đó mà ở các nước tiên tiến Âu, Mỹ người ta tìm nhiều cách để phục hồi khả năng sử dụng để kéo dài tuổi thọ ắc quy.

III. Xác định cấu trúc ắc quy và cấp độ hư hỏng :
Trong 2 nhóm ắc quy (hở và kín) có 3 loại cấu trúc chính.

1- Loại PLAQUE bản cực dày: có khả năng cung cấp dòng tức thời lớn hàng trăm đến hàng nghìn Ampere trong thời gian ngắn (ngắt quãng); hay dùng làm nguồn ắc quy khởi động ô tô – máy kéo v.v… Đặc điểm ngoại hình là đầu cực to (thường có hình trụ tròn) và các cầu nối “hộc” lớn.

Cấu trúc bên trong là các tấm bản cực âm và dương xen kẽ, mỗi tấm dày 2mm đến 3 mm. Các tấm cách giữa các bản cực dày, gồm nhiều lớp gỗ cán (hay giấy) mỏng 0,5 mm xử lý đặc biệt và nhựa tấm dày 1mm có lỗ thông; loại chất lượng cao có thể có cả lớp sợi thuỷ tinh (người Việt hay gọi là “lông mèo”). Dung dịch là Sulfuric acide 23% --> 25%.

2- Loại PLAQUE bản cực sợi : cung cấp dòng trung bình 50A đến 100A, thời gian phóng điện dài và liên tục; hay dùng cho xe nâng điện, ô tô điện hay super UPS cỡ lớn.

Cấu trúc bản cực dương gồm các ống sợi thuỷ tinh d = 8 mm --> 10 mm chứa premium chì, bên trong có có cốt sợi chì; mổi bản cực ghép song song vài chục sợi. Bản cực âm vẫn là bản cực dạng tấm. Tấm cách giữa các bản cực thướng là một lớp giấy Crilis chuyên dùng cho ắc quy kín; loại cao cấp có thể cách bằng tấm nhựa xốp xử lý đặc biệt.
Dung dịch là Sulfuric acide 21% --> 22% .

3- Loại PLAQUE bản cực mỏng : Tương tự loại (2), nhưng các tấm bản cực mỏng hơn nhiều (< 1 mm). Cách điện là một lớp giấy Crilis.
Dung dịch là Sulfuric acide 20% hay hỗn hợp Silicon Sulfuric acide 20% dạng nhũ tương hay dạng Gel.

Cấp độ hư hỏng : Chia làm 4 cấp.

Giảm dung lượng : Là cấp độ hư hỏng nhẹ và thường gặp nhất.
Nguyên nhân giảm dung lượng là do sử dụng trong điều kiện bảo dưỡng không tốt, hoặc để lâu không sử dụng. Bảo dưỡng không tốt chủ yếu là do châm nước không tinh khiết, lẫn khoáng nặng và tạp chất, tạo các kết tua trong hỗn hống chì của bản cực gây tăng nội trở ắc quy --> dòng phóng điện thấp và dung lượng suy giảm “ảo”. Để lâu không sử dụng thì tác dụng hoá học giữa PLAQUE chì và sulfuric acid tạo nên kết tủa sulfat chì trong placque, gây tác dụng xấu tương tự như bảo dưỡng.
Biểu hiện : (sau khi nạp 10 giờ với dòng In = 1/8 dung lượng).
        – Điện áp bình vẫn bằng điện áp định mức
        – Ắc quy không dùng khởi động máy (đề) được hoặc thời gian sử dụng ngắn đã cạn bình.  
        –  Đo dung lượng ghi nhận mức độ sụt giảm mất khoảng 30% --> 40%.

Ắc quy bị lão hoá : rất phổ biến.
Dù sử dụng đúng chế độ và bảo dưỡng tốt trong khoảng thời gian lâu dài thì các tấm bản cực vẫn bị hao mòn do bột premium chì tan rã dần và rời khỏi tấm cực, đọng thành lớp bùn nâu dưới đáy bình. Dung lượng do đó cũng giảm sút. Dòng nạp bình thường trở nên quá lớn (ví dụ ắc quy dung lượng 100 Ah nạp dòng bình thường 14A trong 8 giờ, nay chỉ còn dung lượng 50 Ah thì dòng nạp phải là 7A) càng tăng nhanh quá trình phân hoại PLAQUE (gọi là “rã lắc”).
Biểu hiện :

– Các tấm PLAQUE mềm hoặc nhũn ra, hỗn hống chì sẵn sàng rã thành bột nhão nếu có tác động vật lý. Bùn nâu lắng nhiều dưới đáy bình.
– Đủ điện áp qui ước hoặc có giảm chút ít.
– Đo dung lượng thấy giảm nhiều (đến 50%). Bình không dùng đúng và đủ tính năng như trước.
– Có Sulfat chì trên đầu cực âm. Màu cực âm và cực dương phân hoá rõ rệt (cực dương đen, cực âm xỉn màu và có dấu loang lổ).

Ắc quy phân hoại :
Là ắc quy ở các tình trạng hư hỏng không được phục hồi và bảo dưỡng ngay mà để quá lâu. Ngoài ra còn do sử dụng ắc quy đến cạn kiệt làm cho liên kết vật lý giữa các hạt chì premium bị phá hoại --> PLAQUE rã thành bột nhão chỉ còn trơ lại khung hợp kim chì – antimoan. Còn có một nguyên nhân chủ quan là nạp ắc quy ngược cực. Tình trạng đảo cực diễn ra làm phân hoá kết cấu vật lý của tấm placque.
Biểu hiện :

– Điện áp dưới ngưỡng 1V / cell (6V/bình 12V).
– Lớp bùn nâu dày đặc, có thể nối tắt các tấm placque.
– Đo không phát hiện được dung lượng. Không còn khả năng sử dụng.
– Biểu hiện ngoại quan tương tự (2BI) nhưng trầm trọng hơn.

Hư hỏng hỗn hợp và hư hỏng khác.
Có thể một ắc quy bị hỏng kết hợp cả các trường hợp đã đề cập ở trên. Ngoài ra còn có thể bị “rớt” cọc (đứt đầu cọc hoặc đứt cầu nối các cell) làm cho việc thông mạch nội trở bị gián đoạn.

  1. Hoá chất và phương pháp bảo dưỡng, phục hồi và sửa chữa.
    Bảo dưỡng và phục hồi ắc quy dựa vào cơ chế hoá học và điện hoá. Sửa chữa là can thiệp bằng các biện pháp vật lý + hoá học + điện hoá.
    Bảo dưỡng, phục hồi và sửa chữa đều nhằm mục tiêu khôi phục tính năng và dung lượng accu.

Hoá chất : Hoá chất được sử dụng để phục hồi là Power Battery Plus® sản xuất bởi BATTERY GURUS ở Slovakia có tác dụng :

– Làm cứng placque, có khả năng định hình PLAQUE đang phân rã và kết hợp với bùn nâu tạo ra kết tủa không dẫn điện (làm trung tính lớp bùn nâu).
– Bù đắp dung lượng bằng cách tạo kết tủa chì trên PLAQUE trong quá trình điện phân (nạp), tranh giành oxi của sulfat chì để giải phóng khí sfulfurơ (SO2), tái tạo tình trạng vật lý của bản cực chì.
– Xúc tác làm tăng nhanh quá trình phân rã sulfat chì và sulfat các kim loại “cứng” trong quá trình điện phân. 
Tổ hợp hoá chất dùng cho mỗi loại cấu trúc bình thì có tỷ lệ khác nhau.


QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG, DUY TU

Bước 1 : kiểm tra tình trạng ắc quy

  • Kiểm tra tình trạng bình xem có phồng rộp hay không.
    • Kiểm tra tình trạng đầu cực các điểm nối xem có han rỉ hay ăn mòn hay không.
    • Kiểm tra mức dung dịch điện phân của từng bình.
    • Kiểm tra tỷ trọng chất điện phân của từng bình.
    • Xác định điện áp và nội trở các bình ắc quy.

Bước 2 :

  • Lập báo cáo về tình trạng bình, các thông số và serial, tên nhà sản xuất của từng bình.
    • Đánh dấu các bình cần bảo dưỡng.

Bước 3 : bảo dưỡng, duy tu

  • Rút dung dịch acid trong bình accu đến mức tối thiểu.
    • Rót dung dịch bảo dưỡng phù hợp với tình trạng và cấu trúc bình.
    • Nạp theo qui trình bảo dưỡng trong 9 giờ hay 24 giờ phù hợp với hỗn hợp hoá học.
    • Đo tỷ trọng chất điện phân, điện áp, nội và kết thúc quá trình bảo dưỡng.

Bước 4 : lập báo cáo tổng thể về toàn bộ các tổ ắc quy, các trạm đã tiến hành kiểm tra, bảo dưỡng.

QUY TRÌNH PHỤC HỒI

Bước 1 : kiểm tra tình trạng ắc quy

  • Kiểm tra tình trạng bình xem có phồng rộp hay không.
    • Kiểm tra tình trạng đầu cực các điểm nôí xem có han rỉ hay ăn mòn hay không.
    • Kiểm tra mức dung dịch điện phân của từng bình.
    • Kiểm tra tỷ trọng chất điện phân của từng bình.
    • Xác định điện áp và nội trở các bình ắc quy.
    • Nếu cần thiết, sử dụng tải giả để xác định dung lượng còn lại từng bình.

Bước 2 : tổng kết, đánh giá về tình trạng của từng bình

  • Lập báo cáo về tình trạng bình, các thông số và serial, tên nhà sản xuất.. của từng bình.
    • Đánh dấu các bình cần bảo dưỡng.
    • Phân loại các bình ắc quy dựa trên tình trạng bình, bao gồm.

– Bình có dung lượng từ 20% – 70% dung lượng định mức.
– Bình có dung lượng từ trên 70% đến 85% dung lượng định mức.

  • Dựa trên kết quả đánh giá về tình trạng của các bình ắc quy mà chuyển qua bước 3 để chọn hóa chất phục hồi phù hợp với tình trạng từng loại bình.

Bước 3 : phục hồi

– Rút dung dịch acid trong ắc quy đến mức có thể. 
– Rót dung dịch phục hồi, ngâm trong ít nhất 4 giờ.
– Nạp theo qui trình phục hồi trong thời gian từ 20 giờ đến 24 giờ.
– Chuẩn độ lại và bổ sung dung dịch, đo dung lượng.
– Nạp phục hồi trong 10 giờ. kết thúc quá trình phục hồi.

  1. Chuẩn bị đủ công cụ và vật tư kỹ thuật:

– Volt kế tổng trở thấp 100 Ohm/volt.
– Máy đo dung lượng.
– Máy nạp (2,4V/50A max) và máy nạp tổ hợp accu (12V, 24V, 48V, 72V, 96V và 220V / 20A đến 150A).
– Hoá chất Power Battery Plus và Power Battery, Sulfuric acide, nước cất…
Các thiết bị cắt + ráp + nâng hạ + kéo + các thiết bị phụ trợ pha chế và lưu trữ hoá chất.

PHỤ LỤC 1 
Quy trình Về việc đo nội trở và đánh giá chất lượng ắc quy 
Tổng Công ty Truyền tải Điện Việt Nam

  1. Giới thiệu:
    Không có công thức toán học nào hoàn chỉnh để thể hiện mối quan hệ giữa nội trở Rtr của ắc qui và sự suy giảm dung lượng của nó. Tuy nhiên, qua thống kê đánh giá cho thấy rằng:Sự tăng nội trở Rtr tỉ lệ thuận với sự suy giảm dung lượng ắc qui. Ví dụ: sự tăng 20% của Rtr thể hiện ắc quy đã bị giảm 20% dung lượng, chỉ còn 80%, trong đại đa số các trường hợp.
    Với ắc quy Axit- chì loại kín, khi Rtr biến đổi 50% so với giá trị ban đầu của nhà sản xuất được coi là rất kém và phải loại ra khỏi vận hành.

Tình trạng, chất lượng ắc quy được phân làm 3 trạng thái:

– Trạng thái 1 – ắc quy còn tốt: nội trở của ắc quy biến đổi không quá 25% so với giá trị tiêu chuẩn.
– Trạng thái 2 – cần chú ý: ắc quy đã yếu nhưng vẫn để trong vận hành nhưng cần theo dõi , kiểm tra liên tục và chặt chẽ hơn. Nội trở Rtr của ắc qui đã biến đổi trong khoảng từ 25%-50% so với giá trị tiêu chuẩn.
– Trạng thái 3: ắc quy đã yếu nhiều, không đảm bảo cho vận hành nên cần phải loại ra và thay thế bình ắc quy mới. Nội trở Rtr của ắc quy biến đổi quá 50% so với giá trị tiêu chuẩn.

  1. Tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng từng bình ắc quy :
    Giá trị tiêu chuẩn có thể lấy theo 3 cách sau:

– Giá trị chuẩn được cấp từ nhà chế tạo
– Giá trị đo được lần đầu tiên ngay sau khi đưa vào vận hành được lấy làm giá trị tiêu chuẩn
– Khi cả hai mục tiêu trên không có chúng ta có thể lấy giá trị Rtr trung bình của cả hệ thống và bình nào nằm ngoài giới hạn + – 20% giá trị Rtr trung bình sẽ bị coi là hỏng.

  1. Chu kỳ đo nội trở Rtr của hệ thống ắc quy :

– Việc đo nội trở Rtr phải thực hiện đo hàng năm.
– Khi phát hiện trong hệ thống ắc quy đã có ít nhất 01 bình biến đổi tới trạng thái 2 ( Cần theo dõi kiểm tra chặt chẽ hơn) thì phải rút ngắn chu kỳ kiểm tra nội trở còn từ 3- 6 tháng/ lần.

  1. Đánh giá cả hệ thống ắc quy :

– Để đảm bảo về kỹ thuật và tiết kiệm về kinh tế: Khi số bình hỏng quá 12% tổng số bình trong hệ thống thì chúng ta nên thay cả hệ thống. Ví dụ : với hệ thống ắc quy dùng tại các trạm biến áp 110kV-220kV-500kV thường sử dụng 108 – 110 bình ắc quy. Như vậy, khi trong hệ thống đã có 13 bình không đạt chất lượng và đã thay thế bình mới, khi phát hiện bình thứ 14 bị hỏng, chúng ta nên thay toàn bộ cả hệ thống bình ắc quy mới chứ không nên thay từng bình nữa.

PHỤ LỤC 2 KIỂM TRA ĐIỆN DẪN ẮC QUY

Phương pháp duy nhất để đánh giá chính xác dung lượng của ắc quy là phóng qua tải. 
Dựa vào data sheet của nhà sản xuất, chỉnh dòng phóng và đo thời gian khi tới điện áp phóng cuối (1.67 đến 1.85 Vpc cho ắc quy chì acid).
Phương pháp đo nội trở của ắc quy chỉ để tham khảo, không thể kết luận battery xuống cấp nếu nội trở cao (thậm chí cao hơn 50% so với khi xuất xưởng ). 
Khuyến cáo từ Midtronics Inc. – công ty sản xuất thiết bị đo nội trở/ điện dẫn ắc quy như sau :

Công nghệ (đo) điện dẫn được sử dụng để tham khảo về khuynh huớng thay đổi dung lượng của ắc quy mà thôi. Căn cứ theo tiêu chuẩn IEEE 1188-2005 “Tiêu chuẩn IEEE về việc thực hành Bảo dưỡng, Kiểm tra và Thay thế ắc quy có van điều tiết (VRLA)”, để sử dụng các kết quả đo này một cách hữu ích và chính xác, việc đo và đọc kết quả cần phải được thực hiện sau 6 tháng kể từ ngày đưa ắc quy vào sử dụng (Trang18). “ Các kết quả này cần được tham chiếu theo thời gian và ngươì sử dụng cần phải lưu ý tới mọi thay đổi so với giá trị ban đầu (Trang 18).

Các bước sau cần phải tiến hành để tối ưu hoá quá trình đo và đọc giá trị điện dẫn/nội trở 
   1. Xác lập giá trị điện dẫn cơ bản của tổ ắc quy
         Cần đo điện dẫn của cả tổ sau đó lấy giá trị trung bình của30% kết quả đo cao nhất.
   2. Kiểm tra điện dẫn ắc quy 3 tháng/lần theo tiêu chuẩn IEEE 1188 (trang 5) để theo dõi khuynh hướng thay đổi củađiện dẫn ắc quy.
   3. Hướng dẫn từ IEEE cho việc thay đổi cơ bản điện dẫn như sau : guideline of significant change as stated in the standard: “Thưòng thì thay đổi  từ 30% đến 50% từ giá trị cơ bản được coi là nghiệm trọng  (Trang 19).

Có nhiều công ty viễn thông đã nghiên cứu thực tiễn trong nhiều năm để đưa ra phương pháp kết luận về dung lượng thông qua đo điện dẫn như sau : British Telecom đã xác lập ngưỡng đạt/không đạt ở mức 55% giá trị cơ bản (= 45% thay đổi). France Telecom và nhiều công ty viễn thông Mỹ đặt ngưỡng 60% giá trị cơ bản (= 40% thay đổi). Midtronics đề xuất ngưỡng 60% (40% thay đổi).

Ắc quy được coi như hết thời gian phục vụ khi dung lượng củanó giảm tới 80% của dung lượng định mức theo Ah (thử nghiệm tải giả có thể xác định được). 80% dung lượng này theo Ah tương đương với “khi điện dẫn giảm xuống 60% hoặc 55% giá trị cơ bản”. Không có công thức tính tương ứng giữa điện dẫn bao nhiêu Siemens để suy ra Ah. 

Nếu định sử dụng việc đo nội trở hoặc điện dẫn để đánh giá ắc quy VRLA, cần phải nạp đầy ắc quy ít nhất 2 ngày. Sau tối thiểu 2 ngày và tối đa 7 ngày, việc đo đạc có thể tiến hành. 

Nguồn: wiki

2 thoughts on “Hướng dẫn phục hồi ắc quy axit chì

  1. Greenlife power says:

    Dung môi, hoá chất độc hại
    Có cách phục hồi không cần dung dịch không!?
    Ắc quy axit chì kín khí không thể đục bình hoặc đục được thì sẽ làm thay đổi cấu trúc vật lý bình

Chia sẻ cảm nghĩ của bạn nhé:

%d bloggers like this: