Khi mua điện thoại các bạn đều hỏi dung lượng Pin, nhưng chẳng mấy ai tò mò xem họ tạo ra nó như thế nào.
Ngày nay, khi chúng ta có ý định mua một Smartphone. Ngoài việc quan tâm đến thương hiệu, màn hình, sức mạnh phần cứng.... Thời lượng pin cũng là một yếu tố quan trọng tác động đến xu hướng lựa chọn Smartphone của bạn. Một chiếc điện thoại ngoại hình đẹp, chụp hình tốt, phần cứng mạnh nhưng thời lượng pin không cao cũng sẽ không hấp dẫn được người dùng. Vậy chúng ta có thắc mắc pin điện thoại tạo ra dòng điện điện bằng cách nào? Và người ta tạo ra pin điện thoại như thế nào ?
Trước tiên mời các bạn xem Video "Người ta tạo ra pin lithium bằng cách nào?'':
Cách chế tạo Pin Lithium-ion.
Pin tạo ra dòng điện bằng cách nào?
Dòng điện là dòng chuyển dời của các hạt mang điện tích đó là electron và "lỗ trống". Electron có xu hướng "chạy" sang để lấp đầy "lỗ trống", trong quá trình nó chạy sẽ tạo ra dòng điện.
Ta thấy trong hình các electron chuyển động từ cực âm sang bóng đèn rồi về trở lại cực dương. Bóng đèn sáng lên chứng tỏ có dòng điện qua nó.
Pin tạo ra dòng điện bằng cách chuyển hóa " hóa năng" thành điện năng, nó hoạt động tương tự như bình Acquy dùng trong các thiết bị khác. Khác biệt ở đây chỉ là chất hóa học trong pin và trong bình Acquy.
Bình Acquy hay pin đều phải hoạt động trên cùng một nguyên tác và có 3 thành phần chính.
+ Dung dịch điện phân: Trong Acquy là axit, trong pin là hợp chất dạng Gel ít bị rò rỉ như axit, tùy vào công nghệ pin mà hợp chất đó có phần khác nhau.
+ Anode: Là tên gọi của bản cực đặt trong dung dịch điện phân, nó chính là cực âm trong viên Pin.
+ Cathode: Cũng là tên gọi của bản cực đặt trong dung dịch điện phân, nó là cực dương.
Cấu tạo đơn giản nhất của một Acquy, trong thực tế nó phức tạp hơn gồm rất nhiều lớp điện cực mắc nối tiếp
Lý thuyết hoạt động của 1 viên Pin.
Cấu tạo của một viên Pin thế hệ mới
Pin nói riêng hoặc các thiết bị tạo ra dòng điện bằng hóa năng nói chung hoạt động bằng cách tạo ra electron ở cực âm (anode) và "lỗ trống" ở cực dương (cathode). Electron sẽ chạy qua thiết bị tiêu thụ điện được mắc song song với pin và trở về lỗ trống. Khi các electron lấp gần đầy lỗ trống, lúc đó điện thoại bạn báo "pin yếu"
Còn khi bạn sạc pin. Quá trình này sẽ tách electron ra khỏi "lỗ trống", khi electron được tách gần như hoàn toàn ra khỏi "lỗ trống", lúc đó điện thoại bạn sẽ báo "pin đầy".
Người ta tạo ra pin điện thoại như thế nào ?
Lịch sử phát triển pin đã trải qua rất nhiều giai đoạn và ngày càng hoàn thiện. Nếu ai đã từng xài qua những chiếc điện thoại "đập đá" đầu tiên trên thế giới, hoặc những loại pin sạc có dòng chữ "Ni CD, Ni MH" bạn luôn được người bán hàng dặn dò kỹ "3 lần đầu sạc 8 tiếng, sau đó khi nào gần hết pin rồi mới được sạc, và khi sạc phải sạc đến đầy thì mới rút..." Điều đó thật là bất tiện trong cuộc sống ngày càng bận rộn. Vì thế công nghệ chế tạo pin được phát triển không ngừng.
Ngày nay pin điện thoại nói riêng hoặc pin sạc nói chung đã tiên tiến hơn. Chúng ta có 2 loại vẫn dùng cho pin sạc ngày nay: Lithium ion và Lithium Polymer.
Lithium ion
Cấu tạo một viên pin Li-ion hình trụ cơ bản gồm: Vỏ ngoài, cực dương, cực âm, màng ngăn cách điện và dung môi.
Cực dương (Positive) còn gọi là Cathod được cấu tạo từ Lithium cacbonat oxide (LiCo2). Có cấu trúc phân tử bao gồm phân tử Oxide coban liên kết với nguyên từ Lithium. Khi có dòng điện chạy qua, nguyên từ Lithium dể dàng tách khỏi câu trúc tạo thành ion dương Lithium, Li+.
Cực âm (Negative) cấu tạo từ graphene (than chì) có chức năng lưu giữ các ion Lithium L+ trong tinh thể.
Màng ngăn cách điện (seperator) là mỏng làm bằng nhựa PE hoặc PP nằm giữa cực dương và cực âm, có nhiều lỗ nhỏ có chức năng ngăn cách giữa cực dương và cực âm nhưng vẫn cho các ion Li+ đi qua. Một số pin màng ngăn cách có khả năng khít lại khi nhiệt độ cao, không cho Li+ đi qua.
Dung dịch điện phân: là chất lỏng lấp đầy cực dương, cực âm và màng ngăn, chứa LiPF6 và dung môi hữu cơ, chứa rất ít nước ( thấp hơn 0.001%) vì Lithium tác dụng với nước. Dung dịch có chức năng như vật dẫn các ion Li+ từ. Các lá dài được quấn lại thành nhiều vòng, ép chặt với nhau, ở giữa chúng là dung dịch điện phân như hình. Lớp vỏ bên ngoài thường làm bằng kim loại để nén chặt các lớp vật liệu bên trong. Pin còn được trang bị lỗ thoát khí để tránh để pin nổ khi áp suất bên trong tăng cao.
Pin Lithium ion có nhiều ưu điểm như: Chu kỳ sạc xả lớn, sạc bất cứ lúc nào cũng không ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin.
Bên cạnh đó nó vẫn tồn tại một số nhược điểm : Pin lithium ion bị suy giảm chất lượng theo thời gian, dù cho bạn có xài hay không. Pin lithium – ion phải được bọc trong lớp vỏ bằng kim loại, và dung môi điện phân dễ cháy nổ nếu pin bị va đập, biến dạng.
Hơn nữa, cuộc sống ngày càng phát triển mang đến nhiều điều sáng tạo, trong đó có các thiết bị đeo được như Smartwatch hay Smartphone cong, đòi hỏi viên pin phải cong theo thiết bị để tăng tính thẩm mỹ, thời trang. Pin Lithium ion không đáp ứng được điều đó.
Vì những nhược điểm trên, ngày nay các nhà sản xuất đang chuyển sang sử dụng một loại pin tốt hơn, khắc phục những nhược điểm và duy trì những ưu điểm của pin Lithium ion.
Lithium Polymer
Pin Lithium Polymer cũng có cấu tạo tương tự như Lithium ion, nhưng dung dịch điện phân dạng lỏng được thay bằng dung dịch Gel được tổng hợp từ hợp chất Polymer. Vì thế vỏ bọc bên ngoài pin không cần phải làm bằng kim loại.
Pin Lithium polymer có trọng lượng nhỏ hơn, mỏng hơn so với pin Lithium ion, pin Polymer có thể làm theo hình dạng cong mà không ảnh hưởng đến dung lượng, độ an toàn.
Pin Lithium Polymer dạng cong trong Samsung Gear Fit
Tuy nhiên pin Lithium polymer cũng có một số nhược điểm : Dù rất ít khi bị cháy nổ, kể cả khi pin bị xuyên thủng nhưng nếu vì lý do gì đó mà nó bị cháy thì cháy sẽ rất lớn. Nhược điểm thứ hai nếu người dùng có thói quen dùng gần hết pin mới sạc sẽ làm đến tuổi thọ của pin Lithium polymer bị giảm sút đáng kể. Loại pin này được nhà sản xuất khuyến cáo người tiêu dùng sạc khi còn trên 20% dung lượng.
Trên đây chúng tôi chỉ giới thiệu phần cell pin. Một viên pin hoàn chỉnh dùng trong các thiết bị bao gồm một cell pin và một mạch điện phụ. Mạch điện này rất quan trọng trong việc ngăn ngừa cháy nổ, cũng như bảo vệ cell pin trong nhiều trường hợp.
Một viên pin điện thoại.