Bài 11. Pin và acquy

TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI
ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH:
Biên Hòa, ngày 03 tháng 11 năm 2010

PIN
GVHD: VƯƠNG TUY THI
NHÓM THUYẾT TRÌNH: NHÓM 1
BÀI 11
PIN VÀ ACQUY
_Xét một thanh kim loại tiếp xúc với chất điện phân.
Giữa thanh kim loại và dung dịch điện phân có một hiệu điện thế xác định gọi là hiệu điện thế điện hóa.
_Hiệu điện thế điện hóa phụ thuộc vào:
+ Bản chất kim loại.
+ Bản chất và nồng độ dung dịch.

1. Hiệu điện thế điện hóa:
_Khi nhúng hai thanh kim loại khác nhau vào dung dịch điện phân.
 Hiệu điện thế điện hóa giữa mỗi thanh và dung dịch điện phân khác nhau.
 Giữa hai thanh xuất hiện một hiệu điện thế xác định.
 Đó là cơ sở để chế tạo pin điện hóa.
ZnSO4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Pin là gì ???
Pin là một thiết bị lưu trữ năng lượng dưới dạng hoá năng. Khi ta dùng, năng lượng này sẽ dần chuyển đổi thành điện năng.
Pin là nguồn cung cấp năng lượng hoạt động cho hầu như tất cả các thiết bị cầm tay hiện nay vì nó có những ưu điểm như, nhỏ, nhẹ, cung cấp điện áp ổn định.
ĐIỆN ÁP CỦA PIN:
Điện áp đo bằng vôn (Volt)-(V) . Khi ta cho hai vật liệu dẫn điện khác nhau như đồng, kẽm, ...vào trong một dung dịch điện phân như muối, kiềm, Axit... Ta sẽ được một cặp điện cực với điện áp hai cực phụ thuộc vào các vật liệu tạo ra.
2. PIN
Pin cổ đại (pin điện tiền sử):
Năm 1936, khi khai quật một ngôi làng cổ 2.000 năm tuổi cách Ai Cập vài trăm km về phía đông nam, ngày nay thuộc I Rắc, những người công nhân đã tìm thấy những bình gốm nhỏ kỳ lạ.
Những chiếc bình này có chứa các trụ đồng được ngâm trong một loại dung dịch đã đông đặc, gắn vào bình bằng nhựa đường. Chúng được xác định niên đại là được chế tạo vào khoảng từ năm 248 trước công nguyên đến năm 226 sau công nguyên. Trong số này có một bình bằng đất nung cao khoảng 14cm, màu vàng sáng có chứa một xi lanh đồng dài khoảng 10cm và đường kính tiết diện gần 3cm. Ở giữa xi lanh là một lõi thép, cũng được gắn vào bình bằng keo nhựa đường.
Pin điện tiền sử, được trưng bày tại Viện bảo tàng Bát Đa
Nhà khảo cổ học nổi tiếng người Đức Wilhelm Konig, đã kiểm tra mẫu vật và đưa ra một kết luận đáng ngạc nhiên: cái bình gốm này là một loại pin điện thời tiền sử.
Pin điện tiền sử tại viện bảo tàng Bát Đa, cũng giống như những bình pin gốm khác mà người ta khai quật được, tất cả đều có niên đại từ năm 240 TCN đến năm 226 trong thời kỳ của đế chế Parthi. Tuy nhiên, tiến sĩ Konig còn phát hiện được những bình đồng mạ bạc khác trong viện bảo tàng Bát Đa, được khai quật từ những vùng đất cổ của người Sumer ở miền Nam I Rắc. Khi giám định niên đại, người ta thấy chúng được chế tạo từ ít nhất 4.500 năm trước. Khi những cái bình này được dùi nhẹ vào, một lớp gỉ đồng tách ra từ bề mặt, có đặc điểm của lớp mạ điện bạc lên một vật bằng đồng. Điều này cho thấy có thể người Pathi đã thừa kế những Pin này từ nền văn minh Sumer, một trong những nền văn minh phát triển sớm nhất mà ngày nay biết đến.
Vào thập kỷ 70 thế kỷ trước, Nhà Ai Cập học người Đức, Arne Eggebrecht đã làm ra một bản sao của Pin Bát Đa và dùng dung dịch nước nho ép nguyên chất mà ông phỏng đoán những nhà khoa học tiền sử đã dùng. Bản sao này đã sinh ra dòng điện 0,87V. Ông đã dùng dòng điện đó để mạ vàng cho một bức tượng bằng bạc.

Thí nghiệm này đã chứng minh rằng những Pin điện đã được sử dụng khoảng 1800 năm trước khi viên Pin đầu tiên được phát minh bởi Alessandro Volta năm 1799.
Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745 – 1827)
Nhà vật lý người Ý, là người đầu tiên chế tạo ra pin (pin Volta) và là cha đẻ của pin hiện đại ngày nay.
Volta. Ông sinh ngày 18/2/1745 tại Côme
1774: ông trở thành giáo sư vật lý tại trường Khoa học hoàng gia ở Cosmo và trong những năm tiếp theo ông phát minh ra Electrophorus: thiết bị tạo ra dòng điện nhờ ma sát giữa đĩa và một bản kim loại.
1776-1777: ông tập trung nghiên cứu hoá học, nghiên cứu dòng điện trong chất khí và lập những thí nghiệm như sự phóng điện trong bình kín.
1779: ông trở thành giáo sư khoa vật lý trường đại học Pavia trong suốt 25 năm.
1800: Volta phát minh pin điện hoá (pin Volta), cha đẻ của pin hoá học hiện đại, tạo ra dòng điện ổn định.
Ngày 05/03/1827, cả thế giới cùng thương tiếc cho sự ra đi của ông.
Nguồn điện hóa học được chế tạo đầu tiên, sinh ra dòng điện duy trì khá lâu là pin Volta (năm 1795).

Pin Volta gồm một cực bằng kẽm (Zn) và một cực bằng đồng (Cu) nhúng trong dung dịch acid sunfuric (H2SO4) loãng.
Zn
Cu
Cấu tạo:
_Cực dương: thanh đồng (Cu)
_Cực âm: thanh kẽm (Zn)
_Dung dịch điện phân: H2SO4 loãng
Dòng điện trong Pin được chạy như thế nào ?
  Dưới đây là hình ảnh chuyển động của các electron trong một viên pin thông thường. Loại Pin Carbon - Kẽm.
Pin hoạt động ra sao?



Theo cách hiểu đơn giản nhất thì Pin là một thiết bị chuyển hóa năng lượng hóa học thành năng lượng điện. Các loại Pin ngày nay như Pin AA, C hay D đều có 2 cực. Một là cực dương (+) và một là cực âm (-). Bên trong Pin chứa các thành phần hoạt động giống như chồng kim loại mà Volta đã sử dụng, tức các tấm kim loại để làm điện cực và một chất có tác dụng như nước muối để làm chất điện phân. Các điện cực không tiếp xúc với nhau nhưng được nối lại bằng chất điện phân.

Khi bạn nối một dây dẫn giữa hai cực âm và dương, các điện tử (Electron) sẽ chạy từ cực âm đến cực dương. Khi một thiết bị điện như bóng đèn đươc nối với Pin, nó sẽ hoạt động được nhờ dòng điện chạy qua.

Lực điện chạy qua các cực của một ngăn Pin được gọi là điện áp điện cực và được tính bằng Volt (V). Độ lớn của điện áp phụ thuộc vào các phản ứng hóa học bên trong ngăn Pin, vì thế việc sử dụng các hóa chất khác nhau sẽ cho ra các điện áp khác nhau.
Pin Volta
Sự tạo thành suất điện động
_Do tác dụng hóa học, các ion kẽm Zn2+ từ thanh kẽm đi vào dung dịch H2SO4 làm cho lớp dung dịch tiếp giáp với thanh kẽm tích điện dương. Thanh kẽm thừa electron nên tích điện âm. Vì thế giữa thanh kẽm và dung dịch có một điện trường hướng từ dung dịch đến thanh kẽm. Điện trường này ngăn cản sự dịch chuyển tiếp theo của các ion Zn2+ từ thanh kẽm vào dung dịch, đồng thời tăng cường sự dịch chuyển ngược lại của các ion Zn2+ từ dung dịch vào thanh kẽm.
_Sự cân bằng điện hóa học được thiết lập khi số ion đi ra khỏi thanh kẽm và số ion đi vào thanh kẽm bằng nhau. Thí nghiệm chứng tỏ khi đó giữa thanh kẽm và dung dịch có hiệu điện thế điện hóa khoảng U1 = - 0,74 V
_Còn ở phía thanh đồng thí các ion H+ có trong dd tới bám vào cực đồng và thu lấy các electron có trong thanh đồng. Do đó, thanh đồng mất bớt electron nên được tích điện dương. Khi cân bằng điện hóa dược thiết lập, giữa thanh đồng và dd có hiệu điện thế điện hóa khoảng U2 = 0,34 V
_Kết quả là giữa 2 cực của pin Volta có hiệu điện thế xác định vào khoảng:
U = U2 – U1  1,1 V
_Đó chính là suất điện động của pin Volta.
Pin khô Leclanchée
Loại pin này được sử dụng phổ biến hiện nay.
Cấu tạo:
_Cực dương: thỏi than được bọc mangan đioxit (MnO2) và graphit.
_Cực âm: lớp vỏ kẽm (Zn)
_Dung dịch điện phân: dung dịch muối amôni clorua NH4Cl.
_Suất điện động : khoảng 1,5 V
Các loại Pin



+Pin ngày nay được sử dụng trong rất nhiều thiết bị và được chia làm hai nhóm chính: không sạc lại được và sạc lại được.

+Hai loại Pin này tạo ra điện năng theo cùng một cách. Khác biệt là ở chỗ Pin không sạc lại được sẽ cạn khi nguồn cung chất phản ứng hóa học không còn. Còn Pin sại lại được thì có thể sạc lại và sử dụng lại bằng cách cung cấp điện cho Pin và đảo ngược các phản ứng hóa học, khôi phục lại trạng thái ban đầu và làm.Pin có thể sử dụng lại. Tuy nhiên, do chất phản ứng đã bị hao mòn, chất điện phân mất đi và tình trạng gỉ sét bên trong nên các Pin này chỉ có thể được sạc lại một số lần nhất định.

+Pin không sạc được :Pin Kẽm-Carbon , Pin Alkaline ,…
+Pin sạc được:Pin axit chì,pin Nickel-Cadmium (NiCd) ,Pin NiCd , Pin Hydrua Kim loại – Nickel (NiMH) , Pin Ion Lithium (Li-ion) ,…
Sự thật về Pin

Dưới đây là một số thực tế về Pin mà bạn nên biết.

1.Tất cả các loại Pin đều tự mất điện năng theo thời gian – ngay cả khi không sử dụng.

2.Nhiệt độ càng thấp, tốc độ tự mất điện năng càng chậm.

3.Mặc dù nhiều người vẫn đông lạnh Pin như một cách bảo quản, nhưng hầu hết các nhà sản xuất không khuyên bạn làm điều này.

4.Nếu bạn đông lạnh Pin, phải đưa nó về nhiệt độ trong phòng trước khi sử dụng

5.Sử dụng hoặc cất giữ Pin ở nhiệt độ cao, hoặc dùng chúng ở nhiệt độ thấp có thể ảnh hưởng đến điện áp của Pin và giảm chất lượng Pin.

6. Không nên để Pin trong túi áo hoặc túi xách, chúng có thể bị ảnh hưởng bởi các vật kim loại như chìa khóa, đồng xu hay kẹp giấy, tạo ra nhiệt và có thể gây rò rỉ và làm bị thương người sử dụng.
7. Pin làm có thành phần hóa học khác nhau không bao giờ được sử dụng chung trên cùng một thiết bị.
8.Pin cũ không nên dùng chung với Pin mới.
9. Pin sạc lại và không sạc lại không nên dùng chung với nhau.
10. Các thiết bị tốn Pin như camera số sẽ có thời gian dùng Pin ngắn hơn so với các thiết bị ít tốn Pin như đồng hồ.
11. Pin Alkaline không bị rò rỉ trong điều kiện sử dụng và bảo quản bình thường. Tuy nhiên nguy cơ rò rỉ sẽ tăng đáng kể nếu dùng chung các Pin có thành phần khác nhau, hoặc dùng chung Pin cũ và Pin mới. Nhiêt độ cao cũng làm tăng nguy cơ rò rỉ.
12. Pin bị rò rỉ rất nguy hiểm và không được phép tiếp xúc trực tiếp với da.
13. Đừng bao giờ cố sạc lại Pin không sạc. Điều này chỉ làm tăng nguy cơ rò rỉ và làm hỏng Pin.
14. Để tăng tối đa thời gian sử dụng, các Pin sạc đã lâu không sử dụng nên được sạc lại trước khi dùng.
15. Nên tháo Pin khỏi các thiết bị không dùng đến trong vài tháng
16. Tất cả các Pin sạc nên được tái chế.
Một số loại Pin thông dụng hiện nay:
Dưới đây là hình ảnh một số loại Pin thông dụng có trên thị trường.
Pin Zinc carbon Điện áp 1.5V

Pin Alkaline (Pin kiềm) Điện áp 1.5V
Niken Cadimi (Ni-Cd) điện áp 1.2V

Pin silver oxide (oxit bạc) Điện áp 1.5V.
Pin Lithium-lon (Li-lon)  Điện áp  3.7V

Pin Lithium-Polymer (Li-Po) Điện áp 3.7V
Củng cố bài học
1. Chọn phát biểu đúng.
Trong nguồn điện hóa học (pin, acquy) có sự chuyển hóa
A. từ nội năng thành điện năng.
B. từ cơ năng thành điện năng.
C. từ hóa năng thành điện năng.
D. từ quang năng thành điện năng.
2.Chọn phát biểu đúng.
Pin là nguồn điện hóa học có cấu tạo gồm 2 điện cực nhúng vào dung dịch điện phân. Hai điện cực đó
A. một cực là vật dẫn điện, cực kia là vật cách điện.
B. đều là vật cách điện.
C. là 2 vật dẫn cùng chất.
D. là 2 vật dẫn khác chất.
The end