Pin và ắc quy đều là nguồn điện có tác dụng tạo ra và duy trì hiệu điện thế giữa hai đầu mạch điện, tiếng Anh pin và ắc quy được gọi chung là Battery (bình điện).
Xét trên phương diện hóa học:
pin là tên gọi chung của nguồn điện không có khả năng tái tạo năng lượng khi đã dùng hết
ắc quy là tên gọi chung của nguồn điện có thể nạp lại để tái sử dụng nhiều lần dựa trên các phản ứng hóa học thuận nghịch.
1/ Tìm hiểu về pin điện hóa:
Năm 1800 nhà vật lí người Ý, Alessandro Volta (1745 – 1827) đã phát minh ra một thiết bị cung cấp điện gồm nhiều miếng đồng, kẽm hình tròn xếp trồng lên nhau, ngăn cách với nhau bằng một tấm giấy xốp tẩm dung dịch axít sunfuric (H2SO4) loãng. Xuất phát từ tiếng ý “Pile” (ám chỉ những miếng hình tròn xếp trồng lên nhau) nên thiết bị đó được gọi là Pin, để ghi nhận công lao của Volta, các nhà vật lí đặt tên cho thiết bị điện trên gọi là Pin Volta. Tên của Volta còn được lấy đặt cho đơn vị của điện áp (hiệu điện thế) và suất điện động của nguồn điện ký hiệu là V (phiên âm tiếng Việt là Vôn).
Alessandro Volta (1745 – 1827) và phát minh Pin Volta
Cách tạo ra suất điện động của pin Volta:
Phản ứng hóa học tại bề mặt của tấm kẽm khi tiếp xúc với H2SO4
Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2
Zn + 2H$^{+}$ -> Zn$^{2+}$ + H2
Phần bao ngoài tấm kẽm tiếp giáp với dung dịch axít tạo thành các ion Zn$^{2+ }$dịch chuyển vào trong dung dịch axít khiến phần còn lại tấm kẽm bị mất ion dương nên tích điện âm.
Dòng các ion + từ tấm kẽm đi vào trong dung dịch H2SO$_{4 }$tạo nên điện áp (hiệu điện thế) giữa tấm kẽm và dung dịch H2SO$_{4 }$là U1
Tại tấm đồng không xảy ra phản ứng hóa học với H2SO4 loãng, nhưng các ion H$^{+}$ trong dung dịch H2SO4 loãng sẽ đến bám vào phần bên ngoài của tấm đồng hút lấy các electron bên trong tấm đồng. Tấm đồng mất electron nên nhiễm điện dương, dòng electron đi ra từ tấm đồng tạo nên điện áp (hiệu điện thế) giữa tấm đồng và dung dịch H2SO$_{4 }$là U2
Nhờ phản ứng hóa học giữa tấm kẽm (nhiễm điện âm) và tấm đồng (nhiễm điện dương) hình thành nên nguồn điện có suất điện động E=U2 – U1
Pin hoạt động dựa trên phản ứng hóa học được gọi là pin điện hóa. Ngày nay các loại pin điện hóa được cải tiến và phát triển để gọn nhẹ hơn nhưng về cơ bản đều hoạt động dựa trên phản ứng hóa học.
Các phản ứng hóa học trong pin chỉ xảy ra một chiều, sau khi kẽm (Zn) tác dụng hết với dung dịch H2SO4 tạo thành muối kẽm (ZnSO4) thì pin không còn điện năng, không thể đảo ngược quá trình ZnSO$_{4 }$thành tấm kẽm như ban đầu nên không thể “sạc” lại điện cho pin.
2/ Tìm hiểu về ác quy:
Trong tiếp Pháp được gọi là Batterie d’accumulateurs, từ “ắc quy” trong tiếng Việt được đọc lái từ “accumulateurs” do thời gian dài đất nước ta bị thực dân Pháp đô hộ, một số từ trong tiếng Việt như khăn mùi xoa, ghi đông xe đạp, bê đan … đều được vay mượn từ tiếng Pháp cho đến khi có tên gọi thay thế.
Ắc quy được phân loại theo kim loại làm điện cực như ác quy chì (cực dương bằng PbO2, cực âm là Pb), ác quy nickel-cadmium (Ni-Cad), ác quy nickel-metal-hydride (Ni-MH), ác quy Lithium-lon (Li-lon) …
ắc quy Lithium-lon (Li-lon) được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện thoại, máy tính bảng, laptop …
3/ Phân biệt giữa pin và ác quy:
Vậy tại sao người ta lại gọi là pin sạc, pin laptop, pin điện thoại mà không phải là ắc quy?
Bằng mắt thường bạn sẽ không thể phân biệt được sự khác biệt giữa một viên pin sạc (ắc quy) và một viên pin thường.
Do hình dạng của “pin sạc” và pin khá là giống nhau, ngoài ra do thói quen sử dụng các thiết bị điện dùng “pin” thì nguồn cấp điện cho các thiết bị điện đều được mọi người gọi chung là pin (trừ những ác quy có kích thước lớn cung cấp cho ô tô, xe đạp điện … được mọi người gọi đúng là ắc quy)
Ngôn ngữ xuất phát từ cuộc sống giao tiếp, nên nhiều người cùng gọi các loại ắc quy dành cho điện thoại, laptop, máy ảnh … là pin nên thành ra nó chở thành một danh từ chung khiến bạn khó phân biệt sự khác biệt giữa pin và ác quy.
4/ Các thông số vật lí trên pin và ắc quy (gọi chung là pin theo ngôn ngữ hay dùng):
a/ Dung lượng pin: có đơn vị là mAh (mili-ampe-giờ)
Nếu bạn đang dùng điện thoại di động smart-phone chắc đã nghe qua “sạc dự phòng” (pin dự phòng) có dung lượng 10000mAh (có ý nghĩa vật lí là “pin” sẽ cung cấp cho thiết bị tiêu thụ duy trì một dòng điện không đổi có cường độ 10000mA sau 1 giờ thì hết pin)
Giả sử cường độ dòng điện duy trì trung bình trong chiếc iphone 6s là 300mA thì với viên pin dung lượng 1.715 mAh sẽ cung cấp điện cho chiếc iphone 6s duy trì trong khoảng 1.715/300=5,71h sử dụng liên tục.
Các thông số dung lượng ghi trên pin chỉ mang tính tương đối, trong thực tế thời gian sử dụng sẽ ít hơn, hoặc nhiều hơn tùy thuộc vào cách bạn sử dụng ví dụ nếu chỉ sử dụng điện thoại chỉ để xem giờ khác hoàn toàn với việc sử dụng để xem video, lướt web liên tục.
Nếu pin được sản xuất với chất lượng tốt có thể hiểu một cách đơn giản là dung lượng pin càng lớn thì thời gian sử dụng điện của thiết bị sẽ càng lâu, tuy nhiên nếu có nguồn gốc không rõ ràng thì bạn không nên mua pin dung lượng lớn vì nguy cơ cháy, nổ của những viên “pin” này rất cao.
b/ Suất điện động của pin và ắc quy: có đơn vị là Vôn (V)
Thông thường một viên pin tiểu có suất điện động vào khoảng 1,5V, suất điện động trên pin sẽ tạo ra ở mạch ngoài một điện áp (hiệu điện thế) có độ lớn 1,5V, điện áp này được cung cấp và duy trì cho đến khi hết pin.
Đối với các loại pin sạc (ắc quy): giá trị suất điện động đóng vai trò giá trị điện áp (hiệu điện thế) đặt vào hai đầu của pin khi sạc lại điện cho pin.
Giá trị suất điện động ghi trên pin là giá trị trung bình, thông thường suất điện động của pin lớn hơn giá trị trung bình khi pin được sạc đầy và thấp hơn giá trị trung bình khi pin gần cạn.