Bước chuyển đổi từ ắc quy axit chì sang Pin Lithium lon trong bộ lưu điện UPS

Trong nhiều thập kỷ, ắc quy axit chì (VRLA) đã là công nghệ ưa chuộng trong nhiều ứng dụng từ xe hơi, xe đạp điện, đến các hệ thống lưu điện UPS. Tuy nhiên, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ pin, pin Lithium-Ion (Li-ion) đang dần thay thế ắc quy axit chì. Sự chuyển đổi này không chỉ phản ánh xu hướng công nghệ mà còn là nhu cầu thực tế về hiệu suất, tuổi thọ, và tính thân thiện với môi trường. Hãy cùng Việt Tuấn tìm hiểu chi tiết hơn qua bài viết này nhé!

Ắc quy axit chì là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Ắc quy axit chì là một loại pin có thể sạc lại được, sử dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị, đặc biệt là các phương tiện giao thông như ô tô, xe máy, bộ lưu điện UPS…

Ắc quy axit chì gồm hai bản cực (cực dương và cực âm) bằng chì hoặc hợp kim chì, ngâm trong dung dịch axit sulfuric. Khi phóng điện, các phản ứng hóa học xảy ra ở cả hai cực, tạo ra dòng điện một chiều. Các electron di chuyển từ cực âm sang cực dương qua mạch ngoài, cung cấp năng lượng cho thiết bị. Khi sạc lại, quá trình này diễn ra ngược lại, sulfat chì được chuyển hóa trở lại thành chì và axit sulfuric.

Những thách thức khi sử dụng ắc quy axit chì

Ắc quy axit chì có thể vẫn đang là một trong những loại pin sạc phổ biến và lâu đời nhất hiện nay, có nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp như làm nguyên liệu trong bộ lưu điện UPS. Dù ắc quy axit chì có chi phí ban đầu thấp hơn, nhưng hiệu suất và tuổi thọ của ắc quy axit lại thường không cao. Chúng dễ bị giảm dung lượng và hiệu suất sau một thời gian sử dụng với UPS, đặc biệt khi phải chịu tải nặng hoặc bị sạc và xả không đúng cách. Vì vậy cần phải bảo trì thường xuyên để đảm bảo tuổi thọ và hiệu suất.

Ngoài ra, ắc quy axit chì có xu hướng sụt giảm điện áp nhanh chóng khi bị xả một phần hoặc bị lưu trữ trong thời gian dài mà không được sạc đầy. So với các loại ắc quy hiện đại khác, ắc quy axit chì có tốc độ sạc chậm hơn. Quá trình sạc đầy có thể mất nhiều thời gian hơn, gây bất tiện cho những bộ lưu điện UPS cần sạc nhanh.

Ắc quy axit chì thường nặng và cồng kềnh so với các loại ắc quy khác như lithium-ion và rất dễ nhạy cảm với nhiệt độ. Khi ở nhiệt độ cao, ắc quy axit chì dễ bị quá nhiệt và hư hỏng, trong khi ở nhiệt độ thấp, dung lượng và hiệu suất giảm mạnh. Chưa kể, Axit chì chứa các thành phần có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe con người nếu không được xử lý đúng cách. Rò rỉ axit sulfuric từ ắc quy có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng về an toàn như ăn mòn thiết bị UPS và gây ô nhiễm môi trường. Mặc dù ắc quy axit chì có thể tái chế, quy trình này không phải lúc nào cũng hiệu quả và an toàn. Việc thu gom, xử lý và tái chế ắc quy cần tuân thủ các quy định nghiêm ngặt để tránh gây hại cho môi trường và sức khỏe con người.

Pin Lithium Ion - Giải pháp đổi mới hiệu quả

Với những thách thức “lợi bất cập hại” mà ắc quy axit chì gây ra, các chuyên gia Việt Tuấn đã chỉ ra khi nghiên cứu và phát triển các giải pháp lưu trữ năng lượng thay thế cho ắc quy axit chì:

• Tối ưu hóa kích thước và trọng lượng: Giảm thiểu đáng kể diện tích và khối lượng của hệ thống lưu trữ để tăng tính linh hoạt và tận dụng tối đa không gian sử dụng.
• Nâng cao hiệu suất năng lượng: Giảm thiểu tiêu thụ điện năng cho quá trình làm mát và hoạt động của hệ thống, từ đó giảm chi phí vận hành.
• Tăng cường khả năng: Mở rộng dung lượng lưu trữ, cải thiện khả năng giám sát và dự báo tình trạng, cũng như nâng cao độ tin cậy của hệ thống.
• Gia tăng tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì: Kéo dài thời gian hoạt động của hệ thống và giảm thiểu các chi phí liên quan đến bảo dưỡng, sửa chữa.

Trong khi các hạn chế của ắc quy axit chì ngày càng trở nên rõ ràng, sự ra đời của pin Lithium-Ion đã mở ra một hướng đi mới cho công nghệ lưu trữ năng lượng. Với những ưu điểm vượt trội về mật độ năng lượng, tuổi thọ và kích thước, pin Li-ion nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị di động và ô tô điện. Điều này cũng thúc đẩy các nhà sản xuất thiết bị lưu điện UPS chuyển hướng sang sử dụng pin Li-ion. Tuy nhiên, liệu pin Li-ion có thực sự là giải pháp hoàn hảo để thay thế hoàn toàn ắc quy axit chì?"

Pin Lithium Ion gồm hai điện cực (cực dương thường làm từ hợp chất lithium, cực âm làm từ than chì) và một dung dịch điện giải. Khi phóng điện, ion lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm, qua màng ngăn cách, quá trình này sau đó sẽ tạo ra dòng điện. Khi sạc lại, ion lithium di chuyển ngược lại từ cực âm về cực dương.

So với ắc quy axit-chì (VRLA), pin Li-ion sở hữu mật độ năng lượng cao hơn đáng kể, giúp giảm đáng kể kích thước và khối lượng hệ thống. Bên cạnh đó, pin Li-ion có tốc độ tự xả thấp hơn nhiều, cho phép thời gian lưu trữ năng lượng lâu hơn và giảm thiểu chi phí bảo trì. Tuổi thọ của pin Li-ion cũng vượt trội hơn hẳn, cùng với hệ thống quản lý pin (BMS) thông minh, giúp người dùng dự đoán chính xác tình trạng pin và tăng tính ổn định của hệ thống. 

Để nắm rõ chi tiết hơn, chúng ta hãy đến phần so sánh chi tiết giữa ắc quy axit chì và pin Lithium-Ion để thấy rõ ưu điểm mà pin Lithium-Ion có thể mang lại.

So sánh ắc quy VRLA và pin Lithium-Ion

Trọng lượng và kích thước

Ắc quy axit chì (VRLA) nặng và cồng kềnh, làm cho chúng khó di chuyển và lắp đặt, kích thước lớn và không linh hoạt sẽ hạn chế trong việc ứng dụng trong các thiết bị yêu cầu không gian và trọng lượng nhẹ. Pin Lithium-Ion (Li-ion) nhẹ và nhỏ gọn hơn nhiều so với ắc quy axit chì cùng công suất giúp dễ dàng lắp đặt trong nhiều thiết bị từ điện thoại di động, máy tính xách tay đến xe điện.

Hiệu suất năng lượng

Hiệu suất của ắc quy axit chì thường vào khoảng 70-80%. Trong quá trình sạc và phóng điện, có một vài lượng năng lượng sẽ bị mất dưới dạng nhiệt. Trong khi đó, pin Li-ion thường cho hiệu suất rất cao, đạt khoảng 90-95% và ít năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt trong quá trình sạc và phóng điện.

Ắc quy axit chì có năng lượng riêng thấp, thường dưới 50 Wh/kg. Pin Li-ion lại có năng lượng riêng cao hơn nhiều, thường từ 150-200 Wh/kg hoặc cao hơn tùy loại, cung cấp nhiều năng lượng hơn so với trọng lượng.

Tuổi thọ và chu kỳ sạc/xả

Tuổi thọ của ắc quy axit chì thường ngắn, khoảng 300-500 chu kỳ sạc/xả. Sau mỗi chu kỳ, dung lượng của ắc quy giảm dần. Pin Li-ion có tuổi thọ dài hơn, có thể từ 1000-3000 chu kỳ sạc/xả hoặc cao hơn tùy loại. Một số loại pin cao cấp có thể đạt đến 5000 chu kỳ

Trong quá trình sạc và xả, sự hình thành và hòa tan của sulfat chì trên các bản cực có thể gây hư hỏng, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của ắc quy axit. Pin Li-ion không có hiệu ứng bộ nhớ, không bị giảm dung lượng đáng kể khi được sạc không đầy hoặc xả không hết, khác với một số loại pin khác.

Thời gian sạc

Ắc quy axit thời gian sạc lâu, thường mất từ 8-16 giờ để sạc đầy, tuy nhiên, quá trình sạc chậm giúp ắc quy axit có thể tránh khỏi hiện tượng quá nhiệt và giảm thiểu sự hình thành sulfat trên các bản cực. Trong khi đó pin Li-ion có thể sạc nhanh hơn nhiều, chỉ mất từ 1-3 giờ để sạc đầy. Công nghệ sạc nhanh còn giúp giảm thời gian sạc xuống dưới 1 giờ trong một số trường hợp.

Dưới đây là bảng chuyển đổi dung lượng pin cơ bản và một số thông tin chi tiết về sự khác biệt giữa pin acid chì và pin lithium:

Thân thiện với môi trường

Ắc quy axit chì chứa chì và axit sulfuric, cả hai đều là chất độc hại và gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Việc tái chế ắc quy axit chì yêu cầu quy trình phức tạp và cẩn thận để tránh rò rỉ và phát tán các chất độc hại.

Mặc dù ít gây hại hơn ắc quy axit chì, pin Li-ion vẫn chứa các kim loại nặng như cobalt, nickel và lithium, cần được xử lý cẩn thận.Tái chế pin Li-ion phức tạp hơn và đòi hỏi công nghệ cao hơn. Tuy nhiên, các tiến bộ trong công nghệ tái chế đang giúp giảm thiểu tác động môi trường của pin Li-ion.

Những khó khăn khi triển khai pin Lithium-Ion đối với bộ lưu điện UPS

Qua những so sánh trên, bạn đọc có thể thấy pin Lithium-Ion đã và đang dần thay thế ắc quy axit chì truyền thống trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong các hệ thống bộ lưu điện UPS nhờ sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, pin Li-ion mang đến một giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả và bền bỉ hơn.

Tuy nhiên, không có công nghệ mới nào ra đời mà không gặp phải những thách thức triển khai nhất định và pin Li-ion cũng không ngoại lệ. Mặc dù có giá thành ban đầu cao hơn, pin Li-ion mang lại tổng chi phí sở hữu (TCO) thấp hơn đáng kể so với ắc quy axit chì (VRLA) trong suốt vòng đời sử dụng. Tuổi thọ gấp đôi, kích thước nhỏ gọn và hiệu suất cao giúp giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì. Chi phí đầu tư ban đầu cao, quy trình vận chuyển phức tạp và quan niệm của khách hàng về đầu tư dài hạn vẫn là những rào cản cần vượt qua để thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi pin Li-ion cho thiết bị lưu điện UPS. 

Thứ hai là nhu cầu tìm loại pin Li-ion phù hợp nhất cho ứng dụng UPS. Khác với pin Li-ion trong các dòng ô tô điện, ưu tiên hàng đầu của pin UPS là khả năng cung cấp dòng điện cao trong thời gian ngắn. Trong khi pin ô tô cần lưu trữ nhiều năng lượng để đảm bảo quãng đường di chuyển, pin UPS lại cần đáp ứng nhu cầu cấp nguồn tức thời cho các thiết bị khi mất điện, thường chỉ trong vài phút cho đến khi nguồn dự phòng hoạt động. Vì vậy, các yếu tố như dung lượng, mật độ công suất, khả năng phóng điện cao và thời gian sạc nhanh sẽ được ưu tiên hàng đầu khi lựa chọn pin Li-ion cho UPS. 

Cách chọn Pin Lithium-Ion phù hợp cho bộ lưu điện UPS

UPS (Uninterruptible Power Supply) là thiết bị quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động liên tục của các hệ thống điện tử, đặc biệt là trong các môi trường yêu cầu tính liên tục và an toàn cao như trung tâm dữ liệu, bệnh viện, và các tổ chức tài chính. Dưới đây là các tiêu chí quan trọng khi lựa chọn pin Lithium-ion cho UPS.

Dung lượng và thời gian backup

Dung lượng của pin (thường được đo bằng Wh hoặc Ah) là yếu tố quan trọng đầu tiên cần xem xét. Dung lượng pin quyết định thời gian backup mà UPS có thể cung cấp khi mất điện. Khi chọn pin Lithium-ion cho UPS, cần xác định rõ nhu cầu cụ thể về thời gian backup cho hệ thống của bạn.

Bạn cần xác định tổng công suất tiêu thụ của các thiết bị cần được bảo vệ và chọn pin có dung lượng phù hợp để đáp ứng thời gian backup mong muốn. Ví dụ, nếu tổng công suất tiêu thụ là 500W và bạn cần thời gian backup là 1 giờ, cần pin có dung lượng ít nhất là 500Wh.

Hiệu suất năng lượng và tỉ lệ sạc/xả

Hiệu suất năng lượng của pin Lithium-ion thường cao hơn so với các loại pin khác, nhưng vẫn cần kiểm tra tỉ lệ sạc/xả của pin để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho hệ thống UPS.

• Hiệu suất sạc/xả: Chọn pin có hiệu suất sạc/xả cao để giảm thiểu tổn thất năng lượng. Hiệu suất sạc/xả thường được biểu thị bằng phần trăm và pin Lithium-ion thường có hiệu suất từ 90% trở lên.
• Tốc độ sạc/xả: Một số ứng dụng yêu cầu tốc độ sạc/xả cao. Pin Lithium-ion có ưu điểm là khả năng sạc nhanh và xả nhanh hơn so với pin axit chì.

Độ bền và tuổi thọ

Pin Lithium-ion nổi tiếng với tuổi thọ dài, nhưng tuổi thọ thực tế của pin có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ hoạt động, số lần sạc/xả, và cách bảo dưỡng. Khi chọn pin, bạn nên xem xét:

• Số chu kỳ sạc/xả: Pin Lithium-ion có thể chịu được nhiều chu kỳ sạc/xả hơn so với các loại pin khác. Một số pin cao cấp có thể đạt tới 2000 chu kỳ hoặc hơn.
• Khả năng duy trì dung lượng: Một số pin có khả năng duy trì dung lượng tốt hơn sau nhiều chu kỳ sạc/xả. Bạn nên chọn loại pin có độ suy giảm dung lượng thấp để đảm bảo hiệu suất lâu dài.

An toàn và quản lý nhiệt độ

An toàn là yếu tố không thể bỏ qua khi chọn pin Lithium-ion cho bộ lưu điện UPS. Pin Lithium-ion cần được thiết kế với các tính năng an toàn để ngăn ngừa nguy cơ cháy nổ và hỏng hóc.

• Hệ thống quản lý pin (BMS): BMS là hệ thống quản lý pin tích hợp, giúp giám sát và điều chỉnh các thông số quan trọng như điện áp, dòng điện và nhiệt độ. BMS có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ pin khỏi các tình huống quá tải, quá nhiệt, và quá sạc.
• Quản lý nhiệt độ: Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và an toàn của pin. Chọn pin có khả năng hoạt động tốt trong dải nhiệt độ rộng và có hệ thống làm mát hiệu quả nếu cần thiết.

Chọn các thương hiệu uy tín

Thời gian bảo hành dài hơn thường cho thấy sự tin cậy của nhà sản xuất về độ tin cậy và độ bền của sản phẩm. Pin lithium có tuổi thọ cao thì dịch vụ bảo hành từ nhà sản xuất sẽ lâu hơn. Vì vậy, nên chọn các thương hiệu nổi bật, địa chỉ uy tín và kiểm tra thời gian bảo hành của UPS.

Công ty TNHH Công nghệ Việt Tuấn hiện đang phân phối chính hãng các thiết bị lưu điện UPS APC, Vertiv... với mức giá vô cùng tốt, cùng thời gian bảo hành lâu dài, chuyên nghiệp. Hãy liên hệ ngay để nhận được sự tư vấn và hỗ trợ chi tiết nhất từ đội ngũ chuyên gia của chúng tôi.

Tổng kết

Sự chuyển đổi từ ắc quy axit chì sang pin Lithium-Ion là một bước tiến quan trọng trong công nghệ năng lượng, mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất, tuổi thọ cho các thiết bị điện tử đặc biệt là bộ lưu điện UPS. Mặc dù vẫn còn những thách thức cần vượt qua, nhưng với những tiến bộ trong công nghệ vật liệu và sản xuất, pin Li-ion sẽ ngày càng rẻ hơn và thân thiện hơn với môi trường. Các nghiên cứu về pin thể rắn và các loại pin mới như pin lithium-sulfur hay pin kim loại không quý hiếm hứa hẹn sẽ thay thế hoàn toàn các công nghệ cũ trong tương lai gần.