Cấu tạo pin của xe đạp điện có gì đặc biệt? Nó hoạt động như thế nào?

Hãy cùng A Hàng Đức tìm hiểu về cấu tạo pin xe đạp điện và nguyên lý hoạt động của nó để biết thêm về phụ kiện này nhé!

Pin sử dụng trong xe đạp điện chính là loại pin Lithium. Bạn sẽ bắt gặp loại pin này trong hầu hết các thiết bị điện tử trong cuộc sống hàng ngày như máy chụp ảnh, máy tính, xe máy điện, ô tô điện, xe đạp điện,… Vậy pin Lithium là gì?

Giới thiệu về pin Lithium và lịch sử phát triển

Pin Lithium (LIB) thường được biết đến với cái tên pin Li-on, là công nghệ được phát triển với cốt lõi là Ion Lithium. Điều đặc biệt của loài pin này là có thể sạc trực tiếp mà không qua các phụ kiện trung gian khác.

Vào năm 1970, ông Stanley Whittingham – Nhà hóa học người Anh đã sử dụng kim loại Lithi và Titan Sulfua để làm điện cực. Song, ông gặp phải thất bị khi không thể ứng dụng vào thực tiễn bởi Titan Sulfua cần phải được tổng hợp trong chân không. Nếu thực hiện, ông sẽ tốn đến 1.000 USD/kg Disulfua – một con số khá lớn trong thời điểm 1970.

Ngoài ra, còn có một nguyên nhân dẫn đến thất bại của ông Whittingham, đó là Titan Sulfua sẽ tạo ra hợp chất Hidro Sulfua khi xảy ra phản ứng, tạo ra mùi khó chịu nếu phát tan ngoài không khí.

 

Đến năm 1980, ông John Goodenough – Giáo sư ngành Vật lý đã phát minh ra pin Lithium khác với sự kết hợp của Lithium Coban Oxit, giúp Li+ có thể di chuyển từ cực này và cực kia. Ba năm sau, giáo sư người Nhật Bản, ông Akira Yoshino đã tạo ra pin nguyên mẫu, có thể kết hợp Lithium Cobalt Oxit với Polyacetylene làm cực dương. Phần cực dương này không chứa liti và ngăn ion Li di chuyển từ cực âm vào cực dương trong quá trình sạc. Đây chính là tiền thân của dòng pin Lithium hiện nay.

Năm 1991, dòng pin này đã được công ty Sony Energytec mang ra thị trường và dần thống lĩnh trên thị trường xe điện ngày nay.

Cấu tạo của pin xe đạp điện – Lithium ion (LIB)

Tổng quát, pin Lithium sẽ bao gồm 1 cực âm và 1 cực dương cùng với bộ phân tách, chất điện phân và hai bộ thu dòng điện. Trong đó:

• • Điện cực dương Cathode (Ca-tốt): Được kết hợp từ LiMnO4 và LicoO2 cùng với cấu trúc phân tử gồm Coban và Oxit. Hai cấu trúc này liên kết với nguyên tử Lithium. Khi phát hiện dòng điện đi qua, nguyên tử Lithium sẽ tách khỏi hai cấu trúc phân tử đó để tạo thành ion dương Li+.

• Điện cực âm gọi Anode (A-nốt): Được tổng hợp từ than chì và các phân tử Carbon nhằm lưu giữ các Li+ trong tinh thể.

• Bộ phân tách: Được gọi là màng ngăn cách điện được làm từ vật liệu nhựa PP và PE, nằm giữa cực âm và cực dương. Bộ phân tách này có nhiều lỗ nhỏ nhằm ngăn cách hai cực, song vẫn sẽ để Li+ đi qua.

• Chất điện phân: Là chất lỏng nằm giữa hai cực và màng phân cách, chứa 2 dung dịch là dung môi hữu cơ và LiPF6. Vai trò của chất điện phân như một môi trường truyền tải ion Li+ giữa 2 đầu cực trong quá trình sử dụng và sạc pin. Nguyên tắc trong dung dịch điện ly cần phải có độ dẫn ion tốt ở mức 1 – 2 S/cm (ở nhiệt độ phòng thông thường).

Nguyên lý hoạt động của pin xe đạp điện

Cực âm và cực dương sẽ là hai nguyên liệu chính trong quá trình điện hóa của pin Lithium. Lúc này, dung dịch sẽ tạo ra môi trường dẫn cho Li+ khi điện phân, tạo ra sự di chuyển giữa 2 đầu cực. Cụ thể của quá trình này như sau:

Khi sử dụng pin, Ion Liti sẽ mang điện dương từ cực âm, sau đó di chuyển qua dung dịch điện ly sang cực dương. Lúc này, cực dương sẽ tạo ra phản ứng điện phân với ion Liti. Mỗi ion khi di chuyển từ cực âm sang cực dương trong sẽ nằm ở mạch ngoài, sau đó sẽ có một electron chuyển từ cực âm sang cực dương, tạo thành dòng điện chạy từ cực dương sang âm, làm cân bằng điện tích ở 2 cực.

Khi sạc, quá trình trên sẽ diễn ra ngược lại bởi electron sẽ chạy từ cực dương sang cực âm. Trong khi đó, ion Li+ sẽ bị tách và di chuyển từ cực dương về cực âm. Ở một chu kỳ phóng điện, nguyên tử Liti tại cực dương sẽ bị ion hóa, dẫn đến tách khỏi các điện từ của chúng. Sau đó, các Li+ sẽ di chuyển từ bên cực dương qua chất điện phân cho đến khi đến cực âm trước khi kết hợp với các điện từ và trung hòa về điện.

Vì sao các loại xe điện sử dụng công nghệ pin Lithium ion?

Đó là do loại pin Lithium ion sẽ tạo ra độ an toàn khi đi sâu vào tường tế bào của xe, từ đó hạn chế khả năng cháy nổ hơn so với các nguyên liệu khác như dầu và xăng. Do các dòng xe xăng/dầu liên tục diễn ra quá trình đốt nguyên liệu ở xi lanh động cơ, từ đó tạo ra nguồn cơ năng cho xe dẫn đến dễ cháy nổ. Ngược lại, pin không xảy ra quá trình đốt cháy nên hạn chế được nguy cơ này.

Như vậy, thông qua bài viết này, bạn đã biết được cấu tạo pin xe đạp điện như thế nào và cách hoạt động ra sao. Với độ an toàn và hạn chế được nguy cơ, pin Lithium được sử dụng phổ biến tại các dòng xe đạp điện hiện nay.

Cập nhật vào 18/01/2024 lúc 11:10