bảo dưỡng phục hồi ắc quy

Thứ năm - 26/05/2016 13:40

Thuộc tính 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 phiên bản kĩ thuật khác của ắc quy chì - acid là :

- ắc quy - Lead - Acid (LA) là accu chì công nghệ kín khí AGM - VRLA

- ắc quy Lead - Carbone (LC / LCA)

- ắc quy Gel (LG hay ắc quy chì công nghệ GEL / OPzV) có chế độ không sinh khí trong quá trình nạp và phóng điện (sử dụng) ; 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 axít sulfuric hay Gel - acid sulfuric. Nồng độ của dung dịch biểu trưng bằng tỉ trọng đo được, tuỳ 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 độ C (77 độ F) được cho ở bảng sau:

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 sau:

Nguyên nhân phải phục hồi bình ắc quy là :

- Do ắc quy sử dụng trong thời gian lâu dài, do dung môi (nước châm bình accu) không thuần chất hoặc do lỗi của quá trình nạp và bảo dưỡng ắc quy sẽ đưa đến 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.

- Sự hiện diện quá nhiều của sulfat chì trên bề mặt bản cực ngăn cản quá trình điện hoá + suy giảm nghiêm trọng dung lượng + tăng nội trở của ắc quy. Một phần vật chất của bản cực dương ắc quy mau chóng bị tan rã thành một đám bùn màu nâu đen đọng dưới đáy bình ắc quy và tạo dòng điện rò bên trong qua nội trở ắc quy. Điều này đưa đến hệ quả là ắc quy không thể nạp đầy + công suất cực đại giảm tệ hại 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 ắc quy là rất cao và thường là gánh nặng cho người sử dụng. Do đó mà ở các nước tiên tiến người ta tìm nhiều cách để phục hồi khả năng sử dụng của accu để kéo dài tuổi thọ ắc quy.

* Một ví dụ cụ thể là :bộ ắc quy của xe nâng hàng Mitsubishi 1,5 tấn loại 48V / 400 Ah có giá khoảng 2600 USD đến 3200 USD nếu thay mới.Nhưng chi phí phục hồi ~100% chất lượng ắc quy chỉ mất khoàng 1/3 giá trị.thay mới, mang lại lợi ích rất lớn cho doanh nghiệp.

Cơ bản của việc phục hồi bình ắc quy là :

1/. Làm giảm, làm trung tính hoá hay loại bỏ lớp bùn nâu.

2/. Khử bỏ lượng sulfat chì và các kết tủa rắn khác đến mức thấp nhất.

3/. Tăng lượng premium (bột) chì trên bản cực của ắc quy đã bị phân rã thành bùn nâu để bù dung lượng đã bị hao hụt.

Bảo dưỡng bình ắc quy nhằm :

1/. Làm trung tính hoá bớt lớp bùn nâu.

2/. Ngăn ngừa sulfat chì và các kết tủa rắn khác.

3/. Ngăn cản việc tăng nồng độ acid sulfuric cục bộ trong quá trình nạp với dòng cao.

Ắc quy chì có tuổi thọ khá dài nếu sử dụng đúng cách, bảo trì bảo dưỡng đúng qui chuẩn. Tuy nhiên điều này không phải là dễ dàng thực hiện.

Khi có các sai sót kỹ thuật trong chế tạo + vận hành + bảo trì ắc quy thì sự hư hỏng dần dần xuất hiện --> ắc quy không thể vận hành đúng tính năng của nó và có yêu cầu sửa chữa hoặc thay thế. Tiến trình này chậm rãi nhưng thời điểm xuất hiện trở ngại thì đột ngột. Điều đó gây nên các thiệt hại lớn cho người dùng và đơn vị doanh nghiệp sử dụng ắc quy.

1/. Trở ngại cho công việc đúng lúc cần đến tác dụng của ắc quy : nguồn ắc quy cho chuyển năng (UPS, BTS …) lúc cúp điện không đủ dùng, nguồn ắc quy không đủ khởi động máy (ô tô, tàu thuyền …). Điều này làm cho chúng ta bị thiệt hại lớn về kinh tế và kỹ thuật.

2/. Chi phí thay mới ắc quy (hay hệ thống ắc quy) không phải rẻ, nhất là ắc quy của các hệ thống đắt tiền. Việc thay thế chúng rất không nhẹ nhàng cả nghĩa đen lẫn nghĩa bóng vì trọng lượng ắc quy rất lớn, giá thành cao; do đó thường là một gánh nặng tài chính.

3/. Ắc quy thải loại là một nguồn ô nhiễm rất lớn đối với môi trường sống và an toàn sinh học của con người.

Do đó mà người ta thường xuyên tìm kiếm các giải pháp phục hồi ắc quy để giải quyết một phần vấn nạn nói trên.

Các qui trình phục hồi - bảo dưỡng ắc quy chì

I/ Qui trình phục hồi – bảo dưỡng ắc quy chì cổ điển :

Qui trình truyền thống phục hồi và bảo dưỡng ắc quy chì dạng “ướt” (dùng dung môi lỏng / hở hay kín khí) đã được sử dụng từ đầu thế kỷ XX ở khắp nơi trên thế giới ... cho đến bây giờ.

Sau khi chọn lựa ắc quy trong đối tượng phục hồi – bảo dưỡng + sửa chữa các hư hỏng nhẹ + chuyển các ắc quy về tình trạng sẵn sàng phục hồi bảo dưỡng thì tiến hành qui trình phục hồi - bảo dưỡng.

Qui trình phục hồi và bảo dưỡng ắc quy chì cổ điển diễn ra theo 4 bước :

1/. Khử Sulfat chì :

Nguyên tắc khử sulfat chì dựa trên phản ứng hoá học :

Pb SO4 + H2O --> H2 SO4 + PbO (1)

Do đó người ta tiến hành :

- Rút (tháo) dung môi sulfuric acide trong ắc quy rồi thay bằng lượng nước cất tương ứng.

- Nạp điện phục hồi.

Quá trình nạp điện phục hồi sử dụng dòng điện ~ 1,25 % dung lượng, điện phân trong thời gian rất dài tuỳ theo mức độ sulfat hoá các tấm cực, có thể diễn ra trong thời gian từ 80 giờ đến 100 giờ. Nếu nồng độ Sulfuric acide của dung môi tăng > 10% thì phải thay nước cất mới hoặc châm thêm nước cất để giảm nồng độ. Lý do của việc sử dụng dòng điện rất thấp này là tránh việc chỉ điện phân nước (cất) mà không diễn ra phản ứng (1) như mong muốn; thậm chí là phản ứng nghịch giữa sulfuric acide và ocide chì vừa được tạo ra :

H2 SO4 + PbO --> Pb SO4 + H2 /^ + ½ O2 /^ (2)

Chỉ tiêu trực quan là dung dịch không được “sôi”.

2/. Nạp điện phân cực cơ sở :

- Rút dung môi acide sulfuric nồng độ thấp nói trên.

- Tiến hành tra dung môi acid sulfuric nồng độ cao đến chuẩn sử dụng.

- Nạp với dòng điện ~ 1/20 dung lượng, trong 24 giờ.

3/. Xả điện :

Với tải giả tương đương với mục tiêu sử dụng, người ta tiến hành phóng điện ắc quy xuống điện áp định mức 1,8 V / ngăn bình ắc quy (~ 10,8 V đối với ắc quy 12V). Mục đích của quá trình xả điện này là khôi phục trạng thái phân cực cơ bản (Pb-Pb) của các tấm cực bình ắc quy.

4/. Nạp điện trữ năng :

Với dòng điện ~ 1/8 dung lượng trong thời gian 8 giờ đến 10 giờ, ắc quy được nạp đầy điện. Ắc quy được để nguội + làm vệ sinh công nghiệp và sẵn sàng quay trở lại vị trí chức năng (sử dụng).

Nhận xét :

- Chi phí thấp, qui trình dễ thực hiện. Có thể dùng cho các đối tượng có mức đầu tư và định suất tài chính nhỏ, có đủ thời gian.

- Phục hồi + bảo dưỡng ắc quy theo qui trình cổ điển chỉ phục hồi tối đa 80% tính năng và dung lượng ắc quy và giới hạn trong tối đa 3 lần phục hồi (chỉ còn ~ 50% dung lượng định mức). Dung lượng sau mỗi lần phục hồi càng thấp so với trước. Không nên dùng với các hệ thống đắt tiền.

- Tổng thời gian phục hồi rất dài --> năng suất + hiệu quả kinh tế của việc phục hồi thấp và thường khó đáp ứng yêu cầu số lớn.

II/ Các qui trình phục hồi – bảo dưỡng ắc quy chì cải tiến:

Trong một cố gắng cải tiến và nâng cấp hoạt động phục hồi – bảo dưỡng ắc quy chì trong vài thập niên gần đây, người ta đưa xúc tác hidro perocide (H2O2) vào hỗn hợp hoá chất.

PbSO4 + H2O2 --> H2SO4 + PbO2

Phản ứng hoá học có vẻ thuận lợi cho quá trình phục hồi, hiệu lực cao nhất cho việc phục hồi bản cực dương (là PbO2 khi đã nạp đầy). Tuy nhiên hidro perocide là một hoá chất phân huỷ nhanh trong ánh sáng và nhiệt độ > 20 độ C. Phản ứng chưa đủ thời gian diễn ra thì quá trình phân rã hidro perocide đã hoàn tất (!).

H2O2 --> H2O + ½ O2 /^

Để tránh phân huỷ hidro perocide, qui trình cải tiến phải :

- Giảm dòng điện phân phục hồi xuống thấp hơn --> thời gian phục hồi kéo dài.

- Làm lạnh bể điện phân hoặc giữ nhiệt độ bể điện phân thấp hơn 18 độ C. Điều này chỉ thuận lợi ở các nước ôn đới, hàn đới. Ở nhiệt đới thì điều này làm tăng chi phí phục hồi và bảo dưỡng ắc quy.

- Thường xuyên châm thêm hidro perocide để bù hao hụt do phân huỷ. Điều này không phải là một liệu pháp khôn ngoan, vì việc châm thêm hidro perocide chỉ thực hiện được ở bề mặt chất điện phân, là nơi nhiệt độ cao hơn khu vực đáy bể điện phân do đối lưu tự nhiên (nóng thì nổi lên trên bề mặt), là nơi cần hidro perocide hơn à hidro perocide càng có khuynh hướng phân huỷ nhanh hơn --> tăng chi phí không cần thiết.

Bảo dưỡng ắc quy : Dung dịch bảo dưỡng ắc quy chỉ là dung dịch phục hồi sử dụng nồng độ hoá học thấp mà thôi. Đôi khi có gia tăng sulfuric acide nhưng không có gì khác biệt lớn.

Quá trình tổng quát phục hồi ắc quy chì - acide trên cơ sở Perocide theo các phân đoạn :

I/. Xác định cấu trúc ắc quy và cấp độ hư hỏng :

A/I/. Loại cấu trúc : Trong 2 nhóm ắc quy (hở và kín) có 3 loại cấu trúc chính.

1AI- Loại placque bản cực dày: có khả năng cung cấp dòng tức thời lớn hàng trăm đến hàng nghìn Ampe trong thời gian ngắn (ngắt quãng); hay dùng làm nguồn accu 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 dùng kỹ thuật Prestolite có cả lớp sợi thuỷ tinh (người Việt hay gọi là "lông mèo").

Dung dịch là Sulfuric acide 23% --> 25%.

2AI- Loại ắc quy - placque 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%.

3AI- Loại placque 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 23% hay hỗn hợp Silicon Sulfuric acide 23% dạng nhũ tương hay dạng Gel.

B/I/. Cấp độ hư hỏng : Chia làm 4 cấp.

1BI/. 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". Ắc quy để lâu không sử dụng thì tác dụng hoá học giữa placque chì và sulfuric acid tạo nên kết tủa sulfat chì trong placque, gây tác dụng xấu, tương tự như trường hợp ắc quy bị bảo dưỡng tồi.

*Biểu hiện : (sau khi nạp 10 giờ với dòng In = 1/8 dung lượng).

- Đo đủ volt qui ước.

- Ắc quy không dùng khởi động máy (đề) được hoặc thời gian sử dụng ngắn đã "cạn bình" (mất điện).

- Đo dung lượng ắc quy ghi nhận mức độ sụt giảm mất khoảng 30% --> 40%.

2BI/. 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 plate (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 ắc quy. Dung lượng ắc quy do đó cũng giảm sút theo. 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 plate (gọi là "rã lắc").

*Biểu hiện :

- Các tấm plate 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 volt qui ước hoặc có giảm chút ít.

- Đo dung lượng thấy giảm nhiều (đến 50%). Bình ắc quy không dùng đúng và đủ tính năng như trước được.

- 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 (1BI) và (2BI) 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 --> plate rã thành bột nhão chỉ còn trơ lại khung hợp kim chì - antimoan.

Còn có một nguyên nhân chủ quan là nạp ắc quy lộn cực. Tình trạng đảo cực diễn ra làm phân hoá kết cấu vật lý của bản cực accu.

*Biểu hiện :

- Điện áp dưới ngưỡng 1V / cell.

- Lớp bùn nâu dày đặc, có thể nối tắt các tấm plate.

- Đo không phát hiện được dung lượng. Không còn khả năng sử dụng.

- Biểu hiện ngoại quan tương tự (2BI) nhưng trầm trọng hơn.

4.BI/. Hư hỏng hỗn hợp và hư hỏng khác.

Có thể một ắc quy bị cả hai trường hợp (1BI) và (2BI) hoặc (1BI) và (3BI), hay (2BI) và (3BI). 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.

Tác giả bài viết: 0934.959595

Nguồn tin: acquythong.com