Pin, đó là thiết bị mà chúng ta dùng để lưu trữ và cung cấp điện năng. Nhưng bạn đã từng tìm hiểu về pin điện hóa chưa? Nếu chưa, thì hãy cùng tôi khám phá về pin điện hóa và các loại pin thông dụng nhé!
Pin điện hóa là gì?
Pin điện hóa là một loại pin chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện. Bạn có thể tạo ra một viên pin điện hóa đơn giản chỉ với một quả chanh và hai miếng kim loại (một là đồng và một là kẽm).
Bên trong quả chanh, chúng ta có một dung dịch axit sulfuric loãng H2SO4. Dung dịch này tác động lên hai miếng kim loại, tạo ra các hạt mang điện tự do. Khi kiểm tra với đồng hồ vạn năng, bạn sẽ thấy một sự khác biệt điện thế giữa hai miếng kim loại. Nếu đấu ngược cực, đồng hồ sẽ chỉ số âm – và đó chính là viên pin điện hóa!
Giải thích về dòng điện trong pin chanh: Khi dung dịch axit loãng trong quả chanh tác động lên miếng kẽm, ion kẽm Zn2+ sẽ đi vào dung dịch. Do kẽm thừa electron, nên miếng kẽm trở thành cực âm. Mặt khác, các ion H+ trong dung dịch sẽ bám vào miếng đồng, thu nhặt electron từ miếng đồng. Do đó, miếng đồng mất electron, trở thành cực dương.
Khi bạn nối hai cực của pin với mạch ngoài, chênh lệch điện thế giữa cực âm Zn và cực dương Cu sẽ tạo ra dòng electron tự do di chuyển từ cực âm Zn (thừa electron) qua cực dương Cu (thiếu electron), tạo ra dòng điện giữa hai cực của pin chanh.
Dưới tác động của phản ứng hóa học trong dung dịch axit loãng, ion Zn2+ sẽ bứt khỏi miếng kẽm, và các ion dương H+ sẽ lấy electron từ miếng đồng. Nhờ vào đó, dòng điện trong mạch kín được duy trì cho đến khi phản ứng hóa học ngừng xảy ra.
Suất điện động của một viên pin điện hóa phụ thuộc vào chất hóa học bên trong pin. Thông thường, suất điện động của pin điện hóa là 1,5V, 6V, 9V… Bạn có thể ghép nối nhiều viên pin để có nguồn điện có suất điện động phù hợp.
Dựa trên nguyên lý cơ bản này, sau rất nhiều cải tiến, chúng ta có được các loại pin điện hóa như ngày nay.
Các loại pin điện hóa thông dụng
Hiện nay, có một số loại pin điện hóa được sử dụng rộng rãi. Hãy cùng xem qua và tìm hiểu về một số loại pin phổ biến nhất:
1. Pin điện hóa Zinc carbon
Đây là loại pin điện hóa đã tồn tại từ lâu. Pin carbon kẽm có giá rất rẻ, và là lựa chọn tốt cho các thiết bị tiêu thụ ít điện năng như điều khiển tivi, đồng hồ treo tường, đèn pin, đồ chơi… Nhưng bạn không nên sử dụng loại pin này cho các thiết bị như máy ảnh. Hãy kiểm tra và thay pin định kỳ, đồng thời tránh để pin bị chảy nước để tránh gỉ sét hoặc chập mạch cho thiết bị dùng pin.
2. Pin điện hóa Alkaline
Đây là loại pin dùng một lần phổ biến nhất hiện nay vì giá thành thấp và dung lượng cao. Pin kiềm có nhiều hình dạng khác nhau, từ pin tiểu (AA) đến pin đũa (AAA), pin trung (C), pin đại (D).
Pin AA/AAA thường có dung lượng từ 2.700-3.000 mAh và hiệu điện thế khoảng 1,5V. Dung lượng trên 3.000 mAh thường được thấy ở những pin cao cấp từ các hãng nổi tiếng như Duracell, Panasonic hoặc Energizer với khả năng “siêu mạnh” hay “xtra mạnh”. Tuy nhiên, khi kiểm tra dung lượng, cả pin đắt tiền và pin rẻ tiền đều cho công suất sử dụng tương đương nhau. Sự khác biệt chỉ nằm ở hình thức, độ an toàn và những tính năng bổ sung, ví dụ như pin Duracell có thể kiểm tra dung lượng, trong khi pin giá rẻ không có tính năng này. Vì vậy, bạn chỉ cần tìm loại pin giá rẻ và sử dụng. Tuy nhiên, đừng nhầm lẫn giữa pin Alkaline (pin kiềm) có giá từ 20k/vỉ 2 viên và pin Carbon rất rẻ tiền chỉ có giá tầm 3k-5k/vỉ 2 viên.
3. Pin điện hóa Niken Cadimi (Ni-Cd)
Loại pin điện hóa này có thể sạc lại nhiều lần, lên đến 1000 lần. Tuy nhiên, hãy cẩn thận khi sử dụng pin Ni-Cd vì chúng rất độc. Một trong số những điểm yếu của pin Ni-Cd là điện thế giảm đột ngột ở cuối chu kỳ xả. Mặc dù giảm đột ngột này không nhanh bằng pin Ni-MH nhưng vẫn rõ rệt so với pin Alkaline.
Để tránh tình trạng “pin trai đột ngột”, hãy luôn có pin dự phòng khi đi xa hoặc trong những công việc quan trọng. Một điểm đặc biệt của pin Ni-Cd là hiện tượng nhớ (memory effect). Điều này có nghĩa là tuổi thọ của pin sẽ giảm nhanh nếu không sử dụng đúng cách. Khi sạc pin Ni-Cd với dòng sạc nhỏ hoặc sạc pin chưa cạn, một số hợp chất hóa học sẽ tích tụ ở cực âm của pin. Nếu bạn tiếp tục sạc kiểu này, các hợp chất tích tụ sẽ ngày càng nhiều và làm giảm khả năng tích lũy năng lượng. Để tránh tình trạng này, hãy sử dụng pin cho đến hết hoặc xả trước khi sạc. Sạc pin Ni-Cd tốt thường có nút bấm để xả pin trước khi tự động sạc khi điện áp xuống mức thấp nhất.
4. Pin điện hóa Ni-MH (Nickel Metal Hidride)
Pin Ni-MH có thể sạc bất cứ lúc nào mà không cần phải xả pin trước. Tuy nhiên, nếu bạn sử dụng liên tục ở trạng thái này, pin vẫn có thể chai. Bên cạnh đó, pin cũng có thể bị hỏng do nhiệt nếu sạc quá lâu. Vì vậy, hãy sử dụng bộ sạc pin chất lượng cao với điều khiển tự động để tránh tình trạng này. Đồng thời, bạn cũng không nên dùng bộ sạc pin Ni-Cd cho pin Ni-MH để tránh cháy nổ, đặc biệt khi sử dụng bộ sạc nhanh. Sau khi sạc, hãy lấy pin ra khỏi bộ sạc để tránh tình trạng hao điện trong pin.
5. Pin điện hóa Silver oxide (oxit bạc)
Pin silver oxide có độc tính cao và ít thông dụng do giá cả đắt. Bạn có thể thấy loại pin này trong một số loại đồng hồ, máy trợ thính và các máy ảnh tiêu thụ ít năng lượng. Do không chảy nước khi hết, pin loại này được ưa chuộng khi gắn trực tiếp lên bo mạch như pin CMOS trong máy vi tính.
6. Pin điện hóa Lithium-Ion (Li-ion)
Pin Lithium-Ion được đánh giá là một trong những loại pin tốt nhất hiện nay với nhiều ưu điểm vượt trội như mật độ năng lượng cao, thời gian sử dụng lâu, suy giảm năng lượng thấp và điều quan trọng là không có hiện tượng nhớ. Đây cũng là dòng pin thân thiện với môi trường, không có các yếu tố kim loại độc hại trong vấn đề xử lý thải.
Nguyên tắc hoạt động của pin Lithium-Ion dựa trên các phản ứng hóa học diễn ra khi các ion từ cực âm (cathode) di chuyển đến cực dương (anode). Khi sạc pin, nguồn điện đẩy các ion từ cathode sang anode và lưu trữ tại đó. Quá trình sử dụng đi theo chiều ngược lại, các ion di chuyển từ anode quay trở lại cathode, tạo ra năng lượng. Tất nhiên, đây chỉ là mô tả đơn giản, trong thực tế, việc tái tạo năng lượng của pin diễn ra thông qua hàng loạt các phản ứng hóa học khác nhau cùng lúc.
Pin Lithium-Ion rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các thiết bị điện tử.
7. Pin điện hóa Lithium-Polymer (Li-Po)
Pin Li-Po không sử dụng chất điện phân dạng lỏng như các loại pin khác, mà thay vào đó, chúng sử dụng chất điện phân dạng polymer khô, tương tự như một miếng phim nhựa mỏng. Miếng phim này được kẹp giữa cực dương và cực âm của pin, cho phép trao đổi ion – do đó có tên là lithium polymer. Đây là thế hệ pin tốt nhất hiện nay và được sử dụng nhiều trong các thiết bị điện tử như smartphone, máy tính bảng, v.v. Đặc điểm nổi bật của pin Li-Po bao gồm khả năng chế tạo pin với các kích thước khác nhau phù hợp cho các thiết bị dùng pin, dòng xả cao và dung lượng lớn.
Tuy nhiên, pin Li-Po cũng có một nhược điểm là dễ gây cháy nổ. Do đó, hãy luôn chú ý đến việc sạc pin đúng cách và không sạc quá mức để tránh những tai nạn không đáng có.
Thảo luận
Nếu bạn quan tâm và muốn tìm hiểu thêm về pin điện hóa và các loại pin thông dụng khác, hãy ghé thăm trang web của dnulib.edu.vn để đọc thêm về chương III: Pin điện hóa là gì? các loại pin thông dụng.
Được chỉnh sửa bởi dnulib.edu.vn
