Tìm hiểu Pin: Cấu tạo cơ bản của pin điện

Pin điện có cấu tạo cơ bản bao gồm: hai kim (hợp kim) loại khác nhau, đóng vai trò là điện cực; chất điện phân và vỏ pin. Bài viết này sẽ cùng tìm hiểu kiến trúc cơ bản của các loại pin.

1. Pin sơ cấp

Đây là loại pin sử dụng một lần và năng lượng sẽ dần cạn kiệt khi bạn sử dụng chúng. Đây là loại pin phổ biến nhất và là loại mà hầu hết mọi người nghĩ đến đầu tiên khi chúng ta nói về pin.

Vậy, điện năng được tạo ra bên trong pin như thế nào? Hãy xem xét một thử nghiệm đơn giản.

Các điện tử được tạo ra trên tấm kẽm

Các electron được tạo ra trên tấm kẽm. Các nguyên tử kẽm tạo nên tấm kẽm để lại một số điện tử dự phòng, tạo ra các ion kẽm bị phân hủy trong dung dịch điện phân. Tấm đồng hầu như không bị phá vỡ.

Sự chuyển động của các electron từ tấm kẽm

Số electron trên tấm kẽm càng tăng thì kẽm càng bị phá vỡ. Các electron này sau đó chuyển đến tấm đồng dương thông qua sự dẫn điện.

Các ion hydro nhận electron

Axit sunfuric tạo nên dung dịch điện phân có chứa các ion hydro. Tuy nhiên, khi các ion kẽm xuất hiện trong cùng một dung dịch điện phân, hydro có khả năng tạo thành ion yếu hơn kẽm, do đó, các ion hydro liên kết với các electron đi đến tấm đồng và trở về trạng thái khí hydro.

Pin Mangan: Định mức điện áp 1.5V

Trong cấu trúc này, cực âm (-) đóng vai trò là vật chứa. Điều này có nghĩa là các lỗ có thể mở ra trong bình chứa và chất lỏng tràn ra ngoài do xả quá nhiều nếu vô tình để quá lâu. Vì vậy, chúng ta cần phải cẩn thận. Loại pin này có lịch sử lâu đời và có giá thành rẻ, phổ biến. Khi nghỉ, chúng có thể phục hồi một phần năng lượng, vì vậy chúng rất lý tưởng cho những thiết bị chúng ta thỉnh thoảng sử dụng như đèn pin hoặc những thứ chúng ta sử dụng nhiều lần nhưng chỉ trong khoảng thời gian ngắn mỗi lần.

Pin kiềm: Định mức điện áp 1.5V

Trong cấu trúc này, vật chứa bên ngoài không liên quan gì đến phản ứng hóa học nên ít có nguy cơ rò rỉ. Loại pin kiềm này có dung lượng cao hơn và ít giảm điện áp hơn so với pin mangan, vì vậy chúng phù hợp với những thiết bị cần dòng điện mạnh như đèn sáng và những thiết bị chúng ta sử dụng trong thời gian dài như dàn âm thanh di động.

Pin lithium thứ cấp: Định mức điện áp 3V

Loại pin này cung cấp hiệu suất cao, có điện áp và độ tin cậy cao, và mức năng lượng tối đa trên mỗi thể tích có thể cao gấp mười lần so với pin khô mangan. Chất điện phân của nó không chứa nước, cho phép sử dụng ở nhiệt độ thấp. Pin này có nhiều dạng khác nhau và được sử dụng nhiều trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như loại pin đồng xu cho đồng hồ kỹ thuật số, loại gói cho máy ảnh và loại pin cho phao câu cá.

Pin nút kiềm: Định mức điện áp 1.5V

Đây là loại pin hiệu suất cao và giá rẻ được sử dụng trong đồ chơi điện tử, máy tính, máy ảnh, v.v.

Pin oxit bạc: Định mức điện áp 1.55V

Loại này có công suất lớn, điện áp ổn định. Tuổi thọ cao của nó đáng giá cao. Nhiều loại pin dạng nút, ví dụ như pin dùng cho đồng hồ, thuộc loại này. Một số loại pin này có độ dày từ 2 mm trở xuống và lý tưởng cho các thiết bị chính xác.

Pin kẽm-không khí: Định mức điện áp 1.4V

Chúng được sử dụng trong những thiết bị như máy trợ thính thay cho pin thủy ngân. Chúng không thể được sử dụng trong các thiết bị kín, nơi không khí không thể lọt vào bên trong. Việc tạo ra điện bắt đầu khi seal làm kín được gỡ bỏ.

2. Pin thứ cấp – Pin có thể sạc lại

Loại pin này rất tiện lợi vì chúng có thể được sạc lại và sử dụng lại sau khi hết năng lượng ban đầu. Chúng được sử dụng trong nhiều thiết bị nhỏ như điện thoại di động và hiện đang được triển khai trên nhiều lĩnh vực.

Pin Ni-Cd: Định mức điện áp 1.2V

Trong cấu trúc này, khí được tạo ra thông qua phản ứng hóa học trong quá trình sạc có thể được hấp thụ vào bên trong. Tất cả các loại pin có thể sạc lại đều được chế tạo theo cách này. Tuy nhiên, khi không sử dụng chúng sẽ tự nhiên phóng điện và hết điện sau 3-6 tháng, vì vậy chúng ta nên sạc đầy chúng trước khi sử dụng.

Pin Nickel-metal hydride: Định mức điện áp 1.2V

Giống như pin Ni-Cd, chúng có thể được sạc lại và sử dụng lại. Cấu tạo cũng tương tự như pin Ni-Cd, nhưng loại pin này có dung lượng cao hơn và có thể sử dụng liên tục lâu hơn từ 50-100%. Điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các thiết bị chúng ta đã sử dụng trong thời gian dài, chẳng hạn như máy ảnh kỹ thuật số.

Pin Lithium-ion: Định mức điện áp 3.7V

Đây là một loại pin mới xuất hiện vào những năm 1990 và thay thế lithium kim loại bằng các ion lithium. Pin lithium-ion nhẹ hơn pin Ni-Cd hoặc niken-kim loại hyđrua và có thể được sử dụng trong thời gian dài hơn. Tỷ lệ tự phóng điện của chúng cũng thấp hơn và chúng không bị ảnh hưởng từ hiệu ứng bộ nhớ.

Ắc quy axit chì

Loại pin thứ cấp này có lịch sử lâu đời nhất. Chúng được sử dụng trên ô tô và xe máy, làm nguồn điện dự phòng hoặc khẩn cấp cho những nơi như bệnh viện, nhà máy, tòa nhà và máy tính.

3. Pin mặt trời

Làm thế nào để chúng ta tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời? Hãy xem ví dụ về “pin mặt trời” (solar cell hày photo cell) này. Pin mặt trời là loại pin biến năng lượng ánh sáng từ mặt trời thành năng lượng điện. Cho dù ở trên núi hay trên biển, chúng có thể dễ dàng được sử dụng để tạo ra điện ở bất kỳ nơi nào có ánh sáng mặt trời mà không gây ra bất kỳ sự ô nhiễm hay xáo trộn nào. Nguyên tắc đằng sau pin mặt trời liên quan đến việc kết hợp với nhau một chất bán dẫn loại P có đặc tính điện âm. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào một điểm tiếp xúc trên chất bán dẫn loại P, cả hai tính chất âm và dương đều được thu vào hai đầu của pin, tạo ra hiệu điện thế và năng lượng điện.

4. Pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu là gì? Chúng ta hãy nhìn vào sơ đồ đơn giản này. Công thức phân tử của nước là H2O. Điều này có nghĩa là nó được tạo ra từ hydro và oxy. Khi dòng điện đi qua nước, điều này tạo ra cả khí hydro và khí oxy. Đây được gọi là “sự điện phân” của nước. Pin nhiên liệu sử dụng ngược lại quá trình điện phân này – nói cách khác, khi hydro và oxy được liên kết với nhau, quá trình này tạo ra nước và điện.