CÁC LOẠI PIN, ĐẶC ĐIỂM VÀ PHẢN ỨNG - HÓA HỌC - 2025

Trên thị trường, bạn có thể nhận được các loại pin khác nhau với đặc điểm riêng của chúng . Pin, không khác gì các tế bào điện áp, cung cấp cho người tiêu dùng lợi thế mang theo năng lượng điện ở bất cứ đâu (miễn là điều kiện không quá khắc nghiệt).

Pin thường có thể được mua cách điện; nhưng, chúng cũng đạt được khi ghép nối tiếp hoặc song song với nhau, mà bộ của chúng được gọi là pin. Và do đó, đôi khi thuật ngữ 'pin' và 'pin' được sử dụng một cách bừa bãi, ngay cả khi chúng không giống nhau.

Pin kiềm: một trong những loại pin phổ biến nhất. Nguồn: Pexels.

Ngăn xếp có thể có vô số màu sắc, hình dạng và kích cỡ, cũng giống như chúng có thể được làm bằng các vật liệu khác. Tương tự, và quan trọng hơn, cấu trúc bên trong của nó, nơi diễn ra các phản ứng hóa học tạo ra điện, giúp phân biệt chúng với nhau.

Ví dụ, hình trên cho thấy ba loại pin kiềm, một trong những loại phổ biến nhất. Thuật ngữ kiềm đề cập đến thực tế là môi trường nơi xảy ra sự giải phóng và dòng chảy của các electron là cơ bản; nghĩa là, nó có độ pH lớn hơn 7 và OH ^- anion và các điện tích âm khác chiếm ưu thế .

Xếp hạng chung

Trước khi đề cập đến một số loại pin khác nhau, cần biết rằng chúng được phân loại toàn cầu là chính hoặc phụ.

Sơ cấp

Pin tiểu là loại pin sau khi đã tiêu dùng phải được loại bỏ hoặc tái chế, vì phản ứng hóa học tạo ra dòng điện là không thể đảo ngược. Do đó, chúng không thể được sạc lại.

Chúng chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng mà việc nạp năng lượng điện là không thực tế; chẳng hạn như trong các thiết bị quân sự, ở giữa chiến trường. Tương tự như vậy, chúng được thiết kế cho thiết bị sử dụng ít năng lượng, để chúng tồn tại lâu hơn; ví dụ: điều khiển từ xa hoặc bảng điều khiển di động (chẳng hạn như Gameboy, Tetris và Tamagotchi).

Để dẫn chứng một ví dụ khác, pin kiềm cũng thuộc loại chính. Chúng thường có hình dạng hình trụ, mặc dù điều này không có nghĩa là pin hình trụ không thể là thứ cấp hoặc có thể sạc lại được.

trường trung học

Không giống như pin tiểu, pin thứ cấp có thể được sạc lại sau khi hết điện.

Điều này là do các phản ứng hóa học xảy ra bên trong chúng là thuận nghịch, và do đó, sau khi áp dụng một điện áp nhất định, làm cho các loại sản phẩm trở nên phản ứng trở lại, do đó bắt đầu phản ứng lại.

Một số tế bào thứ cấp (được gọi là pin) thường nhỏ, giống như tế bào sơ cấp; tuy nhiên, chúng dành cho các thiết bị tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và việc sử dụng pin tiểu sẽ không thực tế về mặt kinh tế và năng lượng. Ví dụ, pin điện thoại di động chứa các tế bào thứ cấp.

Ngoài ra, các tế bào thứ cấp được thiết kế cho các thiết bị hoặc mạch lớn; ví dụ, pin xe hơi, được tạo thành từ một số pin hoặc tế bào điện áp.

Chúng thường đắt hơn các tế bào chính và pin, nhưng để sử dụng lâu dài, chúng trở thành một lựa chọn phù hợp và hiệu quả hơn.

Những khía cạnh khác

Các ngăn xếp được phân loại là chính hoặc phụ; nhưng về mặt thương mại hoặc phổ biến, chúng thường được phân loại theo hình dạng (hình trụ, hình chữ nhật, kiểu nút), thiết bị dự định sử dụng (máy ảnh, xe cộ, máy tính), tên của chúng (AA, AAA, C, D, N, A23, v.v. ), và mã IEC và ANSI của chúng.

Ngoài ra, các đặc điểm như điện áp của chúng (1,2 đến 12 volt), cũng như thời hạn sử dụng và giá cả của chúng, có trách nhiệm phân loại chúng nhất định trong mắt người tiêu dùng.

Danh sách các loại pin

-Cacbon-kẽm

Pin carbon-kẽm (còn được gọi là pin Leclanché hoặc pin mặn) là một trong những loại pin nguyên thủy nhất, và hiện được coi là gần như không được sử dụng so với các loại pin khác; Đặc biệt, so với pin kiềm, mặc dù đắt hơn một chút, nhưng tuổi thọ và điện áp cao hơn.

Đúng như tên gọi, các điện cực của nó bao gồm một lon kẽm và một thanh graphit, tương ứng với cực dương và cực âm.

Trong điện cực thứ nhất, cực dương, các electron được tạo ra bởi quá trình oxy hóa kẽm kim loại. Các electron này sau đó đi qua một mạch bên ngoài để cung cấp năng lượng điện cho thiết bị, và sau đó chúng kết thúc ở cực âm graphit, nơi chu trình được hoàn thành bằng cách khử mangan đioxit mà nó bị ngâm.

Phản ứng

Phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra ở các điện cực là:

Zn (s) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (Cực dương)

2 MnO ₂ (s) + 2e ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (Cathode)

Những loại pin này rất giống với pin kiềm: cả hai đều có dạng hình trụ (chẳng hạn như trong hình). Tuy nhiên, pin carbon-kẽm có thể được phân biệt bằng cách đọc chi tiết các đặc điểm được dán nhãn bên ngoài hoặc nếu mã IEC của chúng đứng trước chữ R. Điện áp của chúng là 1,5 V.

- Kiềm

Pin kiềm rất giống với loại cacbon-kẽm, với sự khác biệt là môi trường đặt các điện cực có chứa anion OH ^- . Môi trường này bao gồm các chất điện ly mạnh của kali hydroxit, KOH, đóng góp OH ^- tham gia và "cộng tác" trong sự di chuyển của các electron.

Nó có nhiều kích cỡ và điện áp khác nhau, mặc dù phổ biến nhất là 1,5V. Chúng có lẽ là loại pin được biết đến nhiều nhất trên thị trường (ví dụ như Duracell).

Các phản ứng xảy ra ở các điện cực của bạn là:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- (Cực dương)

2MnO ₂ (s) + H ₂ O (l) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (s) + 2OH ^- (aq) (Cathode)

Khi nhiệt độ tăng, các phản ứng xảy ra càng nhanh và pin xả càng nhanh. Điều thú vị là, những tin đồn phổ biến đã lan truyền để cho chúng vào tủ đông để tăng tuổi thọ; Tuy nhiên, khi làm nguội, thành phần của nó có thể bị đông đặc có thể dẫn đến các khuyết tật hoặc rủi ro tiếp theo.

thủy ngân

Có thể có pin thủy ngân, có thể bị nhầm lẫn với pin oxit bạc. Nguồn: Multicherry.

Pin thủy ngân rất đặc trưng do có hình dạng kỳ dị của các nút bạc (hình trên). Hầu như mọi người sẽ nhận ra chúng ngay từ cái nhìn đầu tiên. Chúng cũng có tính kiềm, nhưng cực âm của chúng kết hợp, ngoài than chì và mangan đioxit, oxit thủy ngân, HgO; mà sau khi bị khử, được chuyển thành thủy ngân kim loại:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → ZnO (s) + H ₂ O (l) + 2e ^-

HgO (s) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (s) + 2OH ^-

Lưu ý cách các anion OH ^- được tiêu thụ và tái tạo trong các phản ứng tế bào này .

Là loại pin nhỏ, nó dành cho các thiết bị nhỏ, chẳng hạn như đồng hồ, máy tính, điều khiển đồ chơi, v.v. Bất cứ ai đã sử dụng bất kỳ đồ vật nào trong số này sẽ nhận ra rằng không cần thiết phải thay pin trong thời gian gần như "vĩnh viễn"; tương đương với khoảng 10 năm.

Oxit bạc

Pin oxit bạc. Nguồn: Lukas A, CZE.

Khuyết điểm chính của pin thủy ngân là khi bị loại bỏ chúng gây ra một vấn đề nghiêm trọng đối với môi trường, do đặc tính độc hại của kim loại này. Có lẽ đây là lý do tại sao nó thiếu mã IEC và ANSI. Đối với pin oxit bạc, mã IEC của chúng được đặt trước bằng chữ S.

Một trong những sản phẩm thay thế cho pin thủy ngân tương ứng với pin oxit bạc, đắt hơn nhiều, nhưng ít tác động đến sinh thái hơn (ảnh trên). Ban đầu chúng chứa thủy ngân để bảo vệ kẽm khỏi bị kiềm ăn mòn.

Nó có sẵn với điện áp 1,5V, và các ứng dụng của nó rất giống với pin thủy ngân. Trên thực tế, thoạt nhìn cả hai viên pin trông giống hệt nhau; mặc dù có thể có những đống oxit bạc lớn hơn nhiều.

Các phản ứng ở các điện cực của nó là:

Zn (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s) + 2 e ^-

Ag ₂ O (s) + 2H ⁺ (aq) + 2e ^- → 2Ag (s) + H ₂ O (l)

Nước sau đó trải qua quá trình điện phân, phân hủy thành các ion H ⁺ và OH ^- .

Lưu ý rằng thay vì thủy ngân, bạc kim loại được hình thành trên cực âm.

-Nickel-cadmium (NiCad)

Pin NiCd. Nguồn: LordOider.

Từ thời điểm này, các tế bào thứ cấp hoặc pin được xem xét. Giống như pin thủy ngân, pin nickel cadmium có hại cho môi trường (đối với động vật hoang dã và sức khỏe) vì cadmium kim loại.

Chúng có đặc điểm là tạo ra dòng điện cao và có thể được sạc lại nhiều lần. Trên thực tế, chúng có thể được sạc lại tổng cộng 2000 lần, tương đương với độ bền phi thường.

Các điện cực của nó bao gồm niken oxit hydroxit, NiO (OH), cho cực âm và cadimi kim loại cho cực dương. Về bản chất, cơ sở lý luận hóa học vẫn giữ nguyên: cadmium (thay vì kẽm) mất điện tử, và cadmium NiO (OH) nhận được chúng.

Các phản ứng của nửa tế bào là:

Cd (s) + 2OH ^- (aq) → Cd (OH) ₂ (s) + 2e ^-

2NiO (OH) (s) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq)

Một lần nữa, anion OH ^- lại sinh ra từ bình điện phân KOH. Sau đó, pin NiCad tạo ra các hydroxit kim loại niken và cadmium.

Chúng được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp trong các gói (như gói màu vàng, hình trên). Vì vậy, chúng có dạng gói lớn hoặc nhỏ. Những đứa trẻ được sử dụng trong đồ chơi; nhưng loại lớn được sử dụng cho máy bay và xe điện.

-Nickel-metal hydride (Ni-HM)

Pin Ni-HM. Nguồn: Ramesh NG từ Flickr (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

Một tế bào hoặc pin nổi tiếng khác, vượt quá NiCad về dung lượng năng lượng, là Ni-HM (niken và hydrua kim loại). Nó có thể có dạng hình trụ (pin thông thường, hình trên), hoặc được ghép nối trong pin.

Về mặt hóa học, nó có các đặc điểm gần như tương tự như pin NiCad, với sự khác biệt chính là điện cực âm của nó: cực âm không phải là cadmium mà là hợp kim liên kim của đất hiếm và kim loại chuyển tiếp.

Hợp kim này có nhiệm vụ hấp thụ hydro được hình thành trong quá trình sạc, tạo ra một hiđrua kim loại phức tạp (do đó có chữ H trong tên của nó).

Mặc dù pin Ni-HM cung cấp nhiều năng lượng hơn (khoảng 40%), nhưng chúng đắt hơn, hao mòn nhanh hơn và không thể sạc lại cùng số lần với pin NiCad; nghĩa là chúng có thời gian hữu ích ngắn hơn. Tuy nhiên, chúng thiếu hiệu ứng bộ nhớ (mất hiệu suất của pin do không được xả hết).

Chính vì lý do này mà chúng không được sử dụng trong các máy móc hoạt động lâu dài; mặc dù vấn đề này đã được giảm bớt với pin LSD-NiHM. Tương tự như vậy, các tế bào hoặc pin Ni-HM có đặc tính nhiệt rất ổn định, có thể hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ rộng mà không gây rủi ro.

Phản ứng

Các phản ứng xảy ra ở các điện cực của bạn là:

Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq) ⇌ NiO (OH) (s) + H ₂ O (l) + e ^-

H ₂ O (l) + M (s) + e ^- ⇌ OH ^- (aq) + MH (s)

-Con-liti

Pin Lithium-ion cho máy tính xách tay. Nguồn: Kristoferb từ Wikipedia.

Trong các tế bào và pin lithium, chúng dựa trên sự di chuyển của các ion Li ⁺ , được chuyển từ cực dương sang cực âm, một sản phẩm của lực đẩy tĩnh điện do điện tích dương ngày càng tăng.

Một số có thể sạc lại được, chẳng hạn như pin máy tính xách tay (hình trên cùng) và những loại khác, pin hình trụ và hình chữ nhật (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ hoặc LiMnO ₂ ) không thể.

Pin Lithium-ion có đặc điểm là rất nhẹ và năng lượng, cho phép chúng được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử, chẳng hạn như điện thoại thông minh và thiết bị y tế. Tương tự như vậy, chúng hầu như không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng bộ nhớ, mật độ điện tích của chúng vượt quá mật độ điện tích của các tế bào NiCad và Ni-HM và pin, và chúng mất nhiều thời gian hơn để phóng điện.

Tuy nhiên, chúng rất nhạy cảm với nhiệt độ cao, thậm chí phát nổ; và ngoài ra, chúng có xu hướng đắt hơn so với các loại pin khác. Tuy nhiên, pin lithium vẫn được ưa chuộng trên thị trường và nhiều người tiêu dùng đánh giá chúng là loại tốt nhất.

-Chất dẫn

Ắc quy axit chì điển hình cho ô tô. Nguồn: Tntflash

Và cuối cùng, vi khuẩn axit chì, như tên gọi của nó, không chứa các ion OH ^- mà là H ⁺ ; cụ thể là dung dịch axit sunfuric đậm đặc. Các tế bào điện áp được tìm thấy bên trong hộp của chúng (hình trên), nơi ba hoặc sáu trong số chúng có thể được ghép nối tiếp, tạo ra pin 6 hoặc 12 V tương ứng.

Nó có khả năng tạo ra một lượng lớn điện tích và vì chúng rất nặng, chúng được dùng cho các ứng dụng hoặc thiết bị không thể vận chuyển bằng tay; ví dụ, ô tô, tấm pin mặt trời và tàu ngầm. Loại pin axit này là loại pin lâu đời nhất và vẫn còn tồn tại trong ngành công nghiệp ô tô.

Các điện cực của nó được làm bằng chì: PbO ₂ cho cực âm và chì kim loại xốp cho cực dương. Các phản ứng xảy ra trong chúng là:

Pb (s) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (s) + H ⁺ (aq) + 2e ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O (l)

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Odunlade Emmanuel. (Ngày 24 tháng 7 năm 2018). Các loại pin khác nhau và ứng dụng của chúng. Thông báo mạch. Phục hồi từ: circuitdigest.com
3. KIỂM TRA. (sf). Các loại pin. Phục hồi từ: prba.org
4. Isidor Buchman. (2019). Pin tốt nhất là gì? Đại học Pin. Phục hồi từ: batteryuniversity.com
5. Các công ty McGraw-Hill. (2007). Chương 12: Pin. . Phục hồi từ: oakton.edu
6. Shapley Patricia. (2012). Các loại pin thông dụng. Đại học Illinois. Được khôi phục từ: butane.chem.uiuc.edu
7. Thái độ sinh thái. (Ngày 22 tháng 1 năm 2017). Các loại pin: hướng dẫn đầy đủ về các loại pin hiện có. Phục hồi từ: actitudecologica.com