GIẢI PHÁP PHỤC HỒI BÌNH ẮC QUY AXÍT - CHÌ

A/. Tổng Quan :

I/. 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 số nguyên tử là 82. Chì là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khí tiếp xúc với không khí. Chì dùng trong xây dựng, Bình Ắc Quy Chì, đạn, và là một phần của nhiều hợp kim. Chì có số nguyên tố cao nhất trong các nguyên tố bền.

Chì có thể tạo nhiều hợp chất có màu sắc khác nhau như muối chì cromat có màu vàng rất đẹp, hợp kim chì – thuỷ ngân; chì – đồng – kẽm, chì – đồng – nhôm v.v... có màu sáng đẹp và mang nhiều tính chất giống như vàng, paladium và nhiều quý kim khác, trong một thời gian dài là đối tượng theo đuổi của các nhà giả kim thuật. Do đó chì thường được dùng trong màu gốm sứ, thuỷ tinh (thuỷ tinh chứa chì sáng óng ánh, phân quang đa sắc như kim cương còn gọi là pha lê), pha sơn lót, sơn phủ, màu sắc rực rỡ hấp dẫn trên đồ dùng trong nhà và đồ chơi trẻ em.

 

Thứ liệu - phế liệu chì là độc chất kim loại nặng tiềm tàng, tạo ô nhiễm môi trường, là tác nhân gây hại sức khoẻ ghê gớm cho con người nhưng khó nhận thức trực quan, khó phát hiện, chỉ trừ khi ngộ độc cấp tính, mà lúc đó thì đã quá trễ.

 

Ngộ độc chì kinh niên có thể xảy ra do ăn các thực phẩm đóng hộp hàn bằng chì - thiếc ; uống nước dẫn qua đường ống pha chì ; hít phải bụi chì và các hợp chất của nó trong các nhà máy sản xuất sơn, làm acquy, mạ và đánh bóng kim loại, khai thác chì và đúc chữ in bằng chì ; nhân viên tiếp xúc với xăng dầu chứa chì hữu cơ. Hợp chất chì độc hại đối với não, thận, hệ thống sinh sản và tim mạch của con người ; khi hấp thụ qua đường ăn uống và thở sẽ gây hại đến các chức năng của trí óc, thận, gây vô sinh, sẩy thai và tăng huyết áp. Đặc biệt, chì là mối nguy hại với trẻ em, có thể làm giảm chỉ số thông minh (IQ) của trẻ em.

 

II/. Bình Ắc Quy Chì - Axít 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 Bình Ắc Quy chì - acid là :

• Bình ắc quy - Lead - Acid (LA) là accu chì công nghệ kín khí AGM - VRLA
• Bình ắc quy Lead - Carbone (LC / LCA)
• Bình 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 bình ắc quy - khô

Trong số đó thì Bình ắc quy Gel OPzV có hiệu quả và chất lượng tốt nhất.

 

Dung môi dùng trong Bình ắc quy này là dung dịch xít 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 Điện.

 

Trị số tỷ trọng của dung dịch xít sulfuric trong bình ắc quy khi được nạp đầy được quy ra ở 25độ 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:

 

III/. Nguyên nhân phải phục hồi bình ắc quy là :

Do bình 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 bình ắc quykhông 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 bình ắc quy được xác định là hư hỏng và cần phải thay mới. Chi phí thay mới bình 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 bình ắc quy khả năng sử dụng của accu để kéo dài tuổi thọ bình ắc quy khi phục hồi.

 

Một ví dụ cụ thể là ở một doanh nghiệp tại Q. 12; TP HCM; 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. Chi phí phục hồi bình ắc quy~100% chất lượng bình ắc quy chỉ mất khoàng 1/3 giá trị.thay mới nàymà thôi, mang lại lợi ích rất lớn cho doanh nghiệp.

 

Cơ bản của việc phục hồi bình ắc quy là :

• Làm giảm, làm trung tính hoá hay loại bỏ lớp bùn nâu.
• Khử bỏ lượng sulfat chì và các kết tủa rắn khác đến mức thấp nhất.
• Tăng lượng premium (bột) chì trên bản cực của bình ắc quy đã bị phân rã thành bùn nâu để bù dung lượng đã bị hao hụt.

Bảo dưỡng bình ắc quy phục hồi nhằm :

• Làm trung tính hoá bớt lớp bùn nâu.
• Ngăn ngừa sulfat chì và các kết tủa rắn khác.
• Ngăn cản việc tăng nồng độ acid sulfuric cục bộ trong quá trình nạp với dòng cao.

Bình Ắc quy Chi - Axit 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 --> bình 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 bình ắc quy.

 

Trở ngại cho công việc đúng lúc cần đến tác dụng của bình 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.

Chi phí thay mới ắc quy (hay hệ thống ắc quy) không phải rẻ, nhất là bình 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.

Bình 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 bình ắc quy để giải quyết một phần vấn nạn nói trên

 

Các qui trình phục hồi - bảo dưỡng bình ắc quy Chì – Axit:

• Qui trình phục hồi – bảo dưỡng bình ắc quy chì cổ điển :
• Qui trình truyền thống phục hồi và bảo dưỡng bình 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 bình 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 bình ắc quy thì tiến hành qui trình phục hồi - bảo dưỡng.
• Qui trình phục hồi và bảo dưỡng bình ắc quy chì cổ điển diễn ra theo 4 bước :

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 bình ắc quy rồi thay bằng lượng nước cất tương ứng.

Nạp điện phục hồi.

 

Quá trình nạp điện phục hồi bình ắc quy 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”.

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.

 

Xả điện :

Với tải giả tương đương với mục tiêu sử dụng, người ta tiến hành phóng điện bình ắc quyxuống 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.

 

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. Bình Ắc quy được phục hồi được để nguội + làm vệ sinh công nghiệp và sẵn sàng quay trở lại vị trí chức năng (sử dụng).

 

Nhận xét :

Phục Hồi Bình Ắc Quy 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 bình 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 bình ắc quy rất dài --> năng suất + hiệu quả kinh tế của việc phục hồi thấp và thường khó đáp ứng yêu cầu số lớn.

 

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

• Trong một cố gắng cải tiến và nâng cấp hoạt động phục hồi – bảo dưỡng bình 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 bình ắc quy, 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 bình ắc quy.

Thường xuyên châm thêm hidro perocide để bù hao hụt do phân huỷ khi phục hồi bình ắc quy. 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 bình ắc quy : Dung dịch bảo dưỡng bình 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.