Axit châm bình ắc quy và những điều có thể bạn chưa biết

Ắc quy (hay bình điện, pin sạc, acquy) là một phần không thể thiếu trong xe máy, ô tô, thiết bị năng lượng mặt trời và nhiều hệ thống điện khác. Nhưng ít ai biết rằng, để ắc quy hoạt động hiệu quả và bền bỉ, một thành phần rất quan trọng chính là axit châm bình ắc quy. Vậy axit này là gì, tại sao nó lại được sử dụng trong bình ắc quy? Hãy cùng KPTCHEM tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây!

Ảnh: R&J Battery.

Nếu bạn đang sử dụng xe máy, ô tô hay bất kỳ thiết bị nào chạy bằng ắc quy, hẳn đã từng nghe đến việc châm axit cho bình ắc quy khi mang xe đi bảo trì. Nghe có vẻ xa lạ, nhưng thực chất đây lại là một thao tác quan trọng giúp ắc quy hoạt động ổn định, bền bỉ hơn. Nhiều người chỉ chú ý đến việc sạc điện, mà quên mất rằng chính axit mới là "trái tim" giúp tạo ra dòng điện trong bình.

Axit châm bình ắc quy là một loại dung dịch axit sunfuric (H₂SO₄) được pha loãng với nước cất, có vai trò làm chất điện ly trong bình ắc quy khi cho phép dòng điện chạy qua, hỗ trợ phản ứng hóa học tạo năng lượng điện. Nói cách khác, không có axit, ắc quy chỉ là một chiếc hộp rỗng ruột.

Để hiểu rõ hơn về vai trò của axit bình ắc quy, trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu sơ qua về cấu tạo của loại thiết bị điện này. Trong số các loại ắc quy thông dụng hiện nay, acquy chì axit là phổ biến nhất được sử dụng trên xe máy, ô tô và các thiết bị lưu trữ năng lượng dân dụng.

Khi nhìn từ bên ngoài, nó chỉ là một khối hộp vuông hoặc chữ nhật được bịt kín, có hai đầu cực để nối dây điện. Tuy nhiên, bên trong chiếc hộp tưởng chừng đơn giản đó lại là một “lò phản ứng hóa học mini” hoạt động âm thầm nhưng vô cùng hiệu quả. Cấu tạo của bình loại này thường gồm 3 phần chính: bản cực, chất điện phân và vỏ bình.

Ở bên trong bình được chia thành nhiều ngăn nhỏ. Mỗi ngăn là một “tế bào điện hóa”, gồm hai bản cực (một cực dương và một cực âm) bằng chì. Cực dương thường được làm từ chì điôxít (PbO₂) có màu nâu sẫm, còn cực âm là chì nguyên chất (Pb) có màu xám chì. Hai bản cực này được đặt song song, xen kẽ nhau, nhưng không chạm trực tiếp vào nhau nhờ có các tấm cách điện bằng sợi thủy tinh hoặc nhựa.

Điểm quan trọng nằm ở phần chất lỏng bao phủ các bản cực, đó chính là axit sunfuric pha loãng hay còn gọi là nước axit châm bình ắc quy. Đây là chất điện phân giúp dẫn điện giữa hai cực và tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học sinh ra điện năng.

Mỗi bình ắc quy thường gồm 6 ngăn, mỗi ngăn tạo ra khoảng 2 volt điện, và khi nối nối tiếp lại, ta sẽ có bình ắc quy 12V là loại phổ biến nhất hiện nay. Trên mỗi ngăn đều có nắp để kiểm tra hoặc châm thêm dung dịch khi cần thiết.

Toàn bộ hệ thống này được bao bọc bởi lớp vỏ nhựa cứng chắc, chịu được axit và va đập. Phía trên bình có hai đầu cực, thường đánh dấu "+" (dương) và "–" (âm) để kết nối ra bên ngoài. Một số bình còn có thêm van thông hơi để thoát khí nếu áp suất bên trong tăng cao.

Cấu tạo của bình ắc quy chì axit truyền thống. Ảnh: Electrical 4U.

Nghe qua thì có vẻ phức tạp, nhưng thật ra nguyên lý hoạt động của bình ắc quy lại rất tự nhiên: khi bạn khởi động xe hay bật một thiết bị điện, các phản ứng hóa học giữa bản cực và dung dịch axit sẽ tạo ra dòng điện truyền ra ngoài. Khi sạc lại, dòng điện chạy ngược vào giúp "tái tạo" lại cấu trúc ban đầu của bản cực. Nhờ vậy ắc quy có thể dùng đi dùng lại nhiều lần.

Chính vì cấu tạo xoay quanh phản ứng hóa học như vậy nên axit đóng vai trò trung tâm. Khi được sạc đầy, nồng độ axit trong bình acquy là khoảng 1,26 g/cm³ (được đo bằng tỷ trọng kế). Theo thời gian và sau nhiều chu kỳ nạp-xả, axit sẽ bị loãng dần do phản ứng hóa học và bay hơi, làm giảm hiệu suất của bình. Nếu nồng độ axit loãng đi, bình sẽ yếu điện. Nếu axit bị cạn mà không châm kịp thời, bản cực có thể bị oxi hóa và hư hỏng vĩnh viễn. Do đó, việc kiểm tra và châm axit cho bình ắc quy khô hoặc nước đúng lúc là cách đơn giản nhất để kéo dài tuổi thọ của bình và giữ cho thiết bị của bạn luôn hoạt động trơn tru.

Trong rất nhiều loại axit tồn tại trong tự nhiên và phòng thí nghiệm, không phải loại nào cũng có thể sử dụng làm chất điện phân trong bình ắc quy. Có nhiều lý do để người ta lựa chọn axit sunfuric (H₂SO₄) mà không phải là axit clohidric (HCl), axit nitric (HNO₃) hay một loại axit nào khác. Điểm mấu chốt ở đây là: axit nào có thể tạo ra phản ứng điện hóa phù hợp với chì mà vẫn đảm bảo hiệu suất và độ bền?

Chúng ta đều biết rằng axit sunfuric là một hóa chất vô cơ mạnh, có khả năng phân ly tốt trong nước tạo ra ion H⁺ và SO₄²⁻, chúng là những ion chủ lực tạo nên môi trường dẫn điện hiệu quả. Vì thế, dung dịch H₂SO₄ khi hòa tan trong nước là chất có độ dẫn điện cao, ổn định, và đặc biệt tương thích hoàn hảo với các bản cực bằng chì trong bình ắc quy. Đó là lý do vì sao trong suốt hơn 150 năm kể từ khi bình ắc quy chì axit ra đời, H₂SO₄ vẫn là lựa chọn tối ưu và chưa từng bị thay thế bởi bất kỳ axit nào khác trong loại bình này.

Không những thế, axit sunfuric còn có ưu điểm vượt trội về tính tiện lợi và tiết kiệm khi có khả năng tái sinh trong chu kỳ sạc-xả. Khi ắc quy phóng điện, ion SO₄²⁻ kết hợp với chì tạo ra chì sunfat (PbSO₄). Trong quá trình sạc lại, phản ứng ngược sẽ xảy ra, tái tạo lại axit sunfuric. Điều này giúp ắc quy không cần phải thay toàn bộ dung dịch mỗi lần sử dụng mà chỉ cần bổ sung thêm nếu bị cạn do bay hơi. Nếu sử dụng một loại axit khác, khả năng xảy ra phản ứng hồi phục như vậy là không cao, thậm chí còn gây ăn mòn bản cực hoặc tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn.

H₂SO₄ là lựa chọn tối ưu và chưa từng bị thay thế trong suốt 150 năm kể từ khi bình acquy chì axit ra đời. Ảnh: The Chemistry Blog.

Ngoài ra, xét về yếu tố an toàn, loại axit acquy này cũng có những ưu điểm đáng kể. Tuy H₂SO₄ là hóa chất ăn mòn mạnh, nhưng khi được pha loãng đúng cách sẽ tạo ra dung dịch có độ ổn định cao, ít bay hơi hơn so với HCl, ít tạo khí độc như HNO₃, và quan trọng là ít phản ứng không kiểm soát khi tiếp xúc với chì và môi trường bên ngoài. Giá thành của axit sunfuric cũng thấp, nguồn cung dồi dào và dễ kiểm soát trong quá trình sản xuất, khiến nó trở thành sự lựa chọn hợp lý cho cả nhà sản xuất lẫn người tiêu dùng.

Trong khi đó, các loại axit khác có thể gây ra nhiều rủi ro nếu sử dụng trong bình ắc quy. Ví dụ, axit nitric dễ sinh khí độc, ăn mòn mạnh hơn và phản ứng dữ dội với kim loại, rất nguy hiểm nếu xảy ra rò rỉ. Axit clohidric thì có thể tạo ra khí clo - một loại khí độc và ăn mòn kim loại mạnh, không thích hợp cho môi trường kín như trong bình ắc quy. Ngoài ra, hầu hết các loại axit khác đều không tạo ra phản ứng điện hóa phù hợp với cặp bản cực chì và chì điôxít, dẫn đến hiệu suất kém hoặc thậm chí làm hỏng bình chỉ sau vài lần sử dụng.

So sánh axit châm bình với nước cất và gel

Hiện nay, có ba loại chất điện phân phổ biến được dùng trong ắc quy: axit sunfuric pha loãng, nước cất, và dạng gel. Vậy chúng khác nhau thế nào? Nên sử dụng loại nào trong từng trường hợp? Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giúp bạn hiểu rõ hơn.

1. Axit châm bình ắc quy truyền thống

Đây là loại phổ biến nhất, đặc biệt trong các bình ắc quy nước. Axit châm bình đóng vai trò là chất điện phân làm cầu nối giúp dòng điện được tạo ra trong quá trình phóng và sạc điện.

- Ưu điểm:

• Dẫn điện tốt, tạo dòng điện ổn định và mạnh mẽ.
• Dễ thay thế, dễ bổ sung khi cần.
• Chi phí thấp, phù hợp với đại đa số người dùng.

- Nhược điểm:

• Cần bảo dưỡng thường xuyên (kiểm tra và châm thêm khi axit bay hơi).
• Nguy cơ tràn axit nếu nghiêng đổ hoặc khi sạc quá mức.
• Ăn mòn mạnh nếu tiếp xúc với kim loại, vải hoặc da.

2. Nước cất

Nhiều người nhầm tưởng nước cất có thể dùng thay thế cho axit, nhưng thực tế thì không phải vậy. Nước cất không sinh ra điện, nó là “trợ thủ” chứ không phải “nhân vật chính”, chỉ nên dùng để bổ sung khi mức dung dịch axit giảm do bay hơi, không nên dùng để châm mới cho bình khô hoặc phục hồi bình yếu.

- Ưu điểm:

• Trung tính, không ăn mòn, an toàn hơn axit.
• Dùng để duy trì nồng độ axit trong bình ở mức phù hợp.
• Giá thành rẻ, dễ tìm mua.

- Nhược điểm:

• Không thay thế được axit châm bình.
• Nếu dùng sai cách, châm quá nhiều mà không kiểm tra nồng độ axit có thể làm loãng dung dịch, khiến bình yếu điện.

3. Gel

Ắc quy gel là phiên bản nâng cấp của ắc quy chì truyền thống. Chất điện phân được sử dụng là hỗn hợp axit sunfuric trộn với chất làm đặc (thường là silica) tạo thành gel đặc quánh. Loại này thường thấy trong xe máy cao cấp, ô tô đời mới, xe điện hoặc hệ thống năng lượng mặt trời.

- Ưu điểm:

• Không cần bảo dưỡng, không phải châm axit định kỳ.
• Không trào axit kể cả khi bình bị nghiêng hoặc rung lắc.
• An toàn hơn, ít sinh khí, không gây cháy nổ khi sạc.
• Tuổi thọ cao, ổn định hơn trong điều kiện khắc nghiệt.

- Nhược điểm:

• Giá thành cao hơn nhiều so với bình nước.
• Nếu hỏng thì khó sửa chữa hoặc thay thế từng phần.
• Không phù hợp với người dùng có nhu cầu thay thế linh hoạt.

Châm axit sai cách có thể khiến bình ắc quy hoạt động kém hiệu quả, nhanh hỏng, thậm chí gây nguy hiểm do tạo khí cháy hoặc ăn mòn mạnh. Việc hiểu rõ cách đổ axit vào bình ắc quy là điều quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.

Trước khi tiến hành, bạn cần chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ bảo hộ cá nhân như găng tay cao su dày, kính chắn giọt bắn hoặc kính bảo hộ trong suốt, khẩu trang và quần áo dài tay. Axit sunfuric dù đã pha loãng để châm bình nhưng bản chất nó vẫn là một chất ăn mòn mạnh, có thể gây bỏng da hoặc tổn thương mắt nếu tiếp xúc trực tiếp. Tuyệt đối không được thao tác bằng tay trần hay trong không gian kín, thiếu thông gió.

Khi đã sẵn sàng, đặt bình ắc quy trên mặt phẳng cứng, khô ráo và cân bằng. Không nên đặt trên nền đất nghiêng hoặc gần nguồn lửa, vì trong quá trình đổ axit có thể tạo ra khí hydro dễ cháy nổ nếu gặp tia lửa điện. Kiểm tra kỹ tình trạng bình: nếu có dấu hiệu rạn nứt, phồng vỏ hoặc chảy nước bất thường, bạn nên dừng lại và thay thế bằng bình mới, không nên tiếp tục sử dụng.

Hướng dẫn đổ châm axit vào bình ắc quy đúng cách. Ảnh: Pngtree.

Mở các nắp van nhỏ trên đầu bình, thông thường có 6 van tương ứng với 6 ngăn trong bình ắc quy 12V. Dùng phễu nhựa hoặc dụng cụ bơm chuyên dụng để rót axit từ từ vào từng ngăn. Tuyệt đối không đổ axit quá nhanh vì có thể gây trào ngược, bắn lên tay hoặc mặt. Mỗi ngăn nên được đổ đến mức giữa hai vạch “upper” và “lower” hoặc sát đến vạch quy định của nhà sản xuất. Nếu bình không có vạch mức, bạn có thể dùng đèn pin rọi để quan sát mức chất lỏng so với bản cực sao cho chỉ cần axit ngập toàn bộ bề mặt bản cực là được, không cần đổ đầy đến miệng.

Nếu dùng axit đậm đặc (không phải loại pha sẵn), hãy pha loãng nó trước theo đúng tỷ lệ được khuyến nghị (thường là 30% axit và 70% nước cất). Tuyệt đối không dùng nước máy hay nước giếng để pha, vì các tạp chất trong đó có thể làm hỏng bản cực hoặc gây lắng cặn. Điều quan trọng cần nhớ khi pha loãng là luôn rót axit vào nước và không bao giờ làm ngược lại.

Sau khi đã đổ đầy dung dịch axit vào các ngăn, lau sạch bề mặt bình, đậy chặt nắp van và để bình nghỉ trong khoảng 30-60 phút để phản ứng hóa học ổn định. Nếu là bình mới, bạn nên nạp đầy điện ngay sau khi châm axit để kích hoạt ắc quy. Trong quá trình sạc, hãy đảm bảo khu vực thông thoáng để khí thoát ra ngoài không bị tích tụ.

Sau cùng, đổ axit là một công việc đòi hỏi sự cẩn thận, tỉ mỉ và hiểu đúng về bản chất của dung dịch axit sunfuric. Nếu bạn không thực sự tự tin, tốt nhất nên nhờ đến thợ chuyên nghiệp hoặc mang bình đến các cửa hàng ắc quy uy tín để được hỗ trợ. Việc làm đúng ngay từ đầu không chỉ giúp bình hoạt động ổn định mà còn đảm bảo an toàn tuyệt đối cho bạn và thiết bị xung quanh.

Một trong những dấu hiệu dễ nhận thấy nhất là ắc quy bị yếu điện. Khi bạn đề máy xe nghe tiếng khởi động chậm chạp, phải thử đi thử lại nhiều lần mới nổ máy, đó có thể không phải lỗi do hỏng bình mà là vì dung dịch axit bên trong đã bị suy giảm, làm giảm khả năng phóng điện. Cảm giác xe “ì ạch” mỗi sáng, đặc biệt sau khi để lâu không dùng, cũng là một cảnh báo rõ ràng.

Bên cạnh đó, nếu bạn để ý thấy dung dịch bên trong bình bị cạn thấp hơn mức vạch chuẩn, rất có thể đó là lúc cần châm thêm axit. Nguyên nhân có thể là do bay hơi tự nhiên sau một thời gian sử dụng hoặc rò rỉ nhẹ qua các van thông hơi. Việc kiểm tra mức dung dịch bằng mắt thường hoặc dùng đèn pin soi từ ngoài vào sẽ giúp bạn phát hiện sớm hiện tượng này.

Ngoài ra, nếu bạn có dụng cụ đo, tỷ trọng kế là cách chính xác nhất để kiểm tra tình trạng axit. Khi đo, nếu thấy nồng độ axit giảm dưới mức 1.200 g/cm³, điều đó cho thấy dung dịch đã bị loãng và không còn đủ khả năng duy trì phản ứng hóa học sinh điện hiệu quả. Đây là lúc cần bổ sung lại bằng nước axit châm bình ắc quy đạt chuẩn.

Một dấu hiệu khác, tuy không phải lúc nào cũng rõ ràng, là sạc điện không hiệu quả. Khi bạn đã sạc đầy nhưng bình nhanh chóng hết điện chỉ sau vài lần sử dụng, hoặc điện áp không ổn định, rất có thể là do môi trường axit trong bình đã suy yếu, không còn hỗ trợ tốt cho quá trình nạp điện.

Trong một số trường hợp, bạn có thể nghe thấy tiếng sôi lục bục hoặc mùi hắc khó chịu khi đang sạc bình, điều này cũng có thể liên quan đến việc axit đã bị suy giảm và gây ra phản ứng hóa học không mong muốn. Những dấu hiệu này nếu xuất hiện lặp lại nhiều lần, tốt nhất bạn nên kiểm tra và xử lý kịp thời, tránh để bình hỏng hẳn hoặc gây cháy nổ.

Hiểu và sử dụng đúng axit châm bình ắc quy là cách đơn giản nhưng rất hiệu quả để kéo dài tuổi thọ bình, tiết kiệm chi phí thay thế và đảm bảo an toàn cho thiết bị điện của bạn. Hãy luôn chọn nước axit châm bình ắc quy đạt chuẩn, thao tác đúng kỹ thuật và kiểm tra định kỳ để bình luôn “khỏe mạnh”.