Vì sao ăc quy có thể nạp đi nạp lại được?

Cục pin nho nhỏ giống như cái kho điện, có thể phát ra điện. Pin lợi dụng hoá chất bên trong nó xảy ra phản ứng, chuyển đổi hoá năng thành điện năng. Cục pin khô thông thường chỉ có thể chuyển hoá một lần hoá năng mà nó dự trữ thành điện năng, điện dùng hết rồi thì không dùng lại được nữa. Còn pin nạp điện (ăc quy), tuy có loại trông không khác mấy với pin khô thông thường, nhưng dùng hết điện rồi, nạp điện vào thì vẫn có thể sử dụng tiếp, vừa tiện lợi lại vừa có ích thiết thực. Pin nạp điện vì sao có thể nạp đi nạp lại được nhỉ? Điều đó có liên quan đến kết cấu bên trong của nó.

Pin khô thông thường đều có cực dương và cực âm. Cực dương là một thỏi than có nắp đồng, còn cực âm lại là cái vỏ bằng kẽm của pin. Khi phóng điện, kẽm và chất điện phân dạng hồ dán xảy ra phản ứng hoá học, sinh ra dòng điện.

Đồng thời, kẽm dần dần bị tiêu hao đi, chất phản ứng sinh ra cũng dần dần tích luỹ lại. Những điều này sẽ ngăn cản sự tiếp tục của phản ứng hoá học, làm cho dòng điện phóng ra suy yếu dần.

Khi dòng điện suy yếu đến mức không sao sử dụng được nữa thì chúng ta nói pin đã hết điện. Tuy đã từng có người tìm mọi cách bổ sung thay mới cho hoá chất trong pin khô, song làm như vậy mất rất nhiều công sức, giá thành cũng khá cao. Cho nên, thường là chúng ta vứt cục pin khô hết điện vào chỗ thu hồi rác quy định để tránh làm ô nhiễm môi trường.

Còn vật liệu điện cực và chất điện giải dùng trong pin nạp điện đều khác với pin khô. Pin niken - cađimi dùng trong các sản phẩm điện gia dụng nhỏ như máy trợ thính, rađiô bỏ túi, đèn chớp sáng chụp ảnh, v.v. là một loại acquy kiềm. Trong pin niken - cađimi, từng ô từng ô xen kẽ cắm đối diện nhau trên một tấm lá sách, là tấm cực dương và tấm cực âm của pin. Các tấm cực dương nối liền vào cái nắp bên trên, các tấm cực âm lại nối vào vỏ ngoài của pin. Cấu tạo các tấm cực dương, cực âm hầu như giống nhau, nhưng chất hoạt tính đắp ở bên trong thì khác nhau. Chất hoạt tính trên tấm dương cực là niken hiđroxit, còn trên tấm âm cực là vật hỗn hợp của cađimi và sắt. Các cực dương, âm của pin được ngâm trong cái hộp pin đổ đầy dung dịch điện phân kali hiđroxit và natri hiđroxit trong màng pin. Để phòng ngừa tấm cực dương, âm chạm nhau, giữa mỗi tấm cực dương, âm có một tấm ngăn cách bằng cao su cứng. Phần vỏ dùng hai lớp phòng nổ bịt kín. Vỏ ngoài là cực âm, nắp pin là cực dương.

Khi loại pin này phóng điện, chất hoạt tính trên tấm cực dương chuyển hoá thành niken hiđroxit yếu, chất hoạt tính trên tấm cực âm chuyển hoá thành cađimi hiđroxit và sinh ra dòng điện. Khi ấy, hoá năng dự trữ của pin sẽ chuyển đổi thành điện năng. Sau khi dùng hết điện, có thể dùng cái nạp điện nạp cho pin niken - cađimi. Phản ứng hoá học kể ở trên liền tiến hành ngược lại, tức là xảy ra phản ứng hoá học thuận nghịch. Kết quả, chất hoạt tính trên các tấm cực dương, âm lại khôi phục về trạng thái ban đầu, qua đó điện năng của nguồn điện một chiều lại chuyển đổi thành hoá năng của acquy, và được dự trữ trở lại. Cho nên pin niken-cađimi có thể nạp đi nạp lại, số lần nạp điện có thể đạt tới hơn 800 lần.

Ăc quy có tính bazơ ngoài pin niken - cađimi, còn có pin sắt-niken, pin bạc-kẽm v.v. Chúng đều dùng dung dịch kiềm làm chất điện phân. Một loại acquy khác là acquy axit, như acquy chì, dùng dung dịch axit loã ng làm chất điện phân, tấm oxit chì làm cực dương, chì dạng chất xốp làm cực âm. Ăc quy chì thường được dùng để khởi động ô tô, tàu hoả, thuyền bè v.v., cung cấp dòng điện cần thiết cho hệ thống đánh lửa của các động cơ đốt trong khi khởi động. Ăc quy axit và ăc quy kiềm đều là loại có thể nạp đi nạp lại được. Chúng lợi dụng phản ứng hoá học thuận nghịch, khi phóng điện và nạp điện thực hiện sự chuyển đổi lẫn nhau giữa hoá năng và điện năng.

Do trữ lượng dầu mỏ trên Trái Đất ngày càng cạn dần, việc đốt cháy các nhiên liệu như: mazut, xăng, ga v.v. còn gây nên ô nhiễm môi trường, đã có ý kiến: có nên dùng pin nạp điện trực tiếp cung cấp điện mà động cơ ô tô cần hay không. Nhưng, căn cứ vào vào tình hình hiện nay thì pin nạp điện vẫn chưa phải là "đối thủ cạnh tranh" của nhiên liệu như xăng v.v. Chỉ khi nào pin nạp điện nâng cao được lượng dự trữ điện năng ở mức độ thật lớn, giảm nhẹ trọng lượng bản thân, hạ thấp giá thành sản xuất thì mới so tài cao thấp với các nhiên liệu khác. Trước mắt, các nhà khoa học đang thăm dò và nghiên cứu thêm một bước, nhằm đưa ra thiết kế loại ô tô không cần đốt nhiên liệu như xăng v.v. sớm nhất có thể được.