BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN LÊ THỊ THẢO NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ GERMANIUM (GE) NANO LÀM VẬT LIỆU ANODE CHO PIN SẠC LITHIUM LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA LÍ THUYẾT VÀ HÓA LÍ B[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN LÊ THỊ THẢO NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ GERMANIUM (GE) NANO LÀM VẬT LIỆU ANODE CHO PIN SẠC LITHIUM LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA LÍ THUYẾT VÀ HĨA LÍ Bình Định- Năm 2022 Bình Định - Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN LÊ THỊ THẢO NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ GERMANIUM (GE) NANO LÀM VẬT LIỆU ANODE CHO PIN SẠC LITHIUM Chuyên ngành: Hóa lí thuyết Hóa lí Mã số: 8440119 Khóa: 23 (2020 – 2022) Người hướng dẫn: TS Trần Thị Thu Phương i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Quy nhơn, tháng 08 năm 2022 Tác giả luận văn Lê Thị Thảo ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành việc nghiên cứu luận văn nỗ lực thân cịn có giúp đỡ q thầy cơ, gia đình bạn bè, qua em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến người giúp đỡ em hoàn thành đề tài này: Lời đầu tiên, em xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Võ Viễn TS Trần Thị Thu Phương Thầy, cô định hướng, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian hoàn thành luận vặn thạc sĩ Bên cạnh đó, em xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy giáo anh chị học viên cao học Khu Thí nghiệm – Thực hành, Khoa Khoa học Tự nhiên, trường Đại học Quy Nhơn nhiệt tình bảo, giúp em thực phép đo có nhiều ý kiến đóng góp vào kết luận văn Mặc dù cố gắng hạn chế mặt thời gian kinh nghiệm nghiên cứu nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, đặc biệt luận văn thực khoảng thời gian COVID 19 diễn biến phức tạp Em mong nhận thơng cảm góp ý q thầy để luận văn hồn thiện Quy Nhơn, tháng năm 2022 Học viên thực Lê Thị Thảo iii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu 4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu5t 5.1 Phương pháp lý thuyết 5.2 Phương pháp thực nghiệm 5.3 Phương pháp phân tích đánh giá Ý nghĩa khoa học thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học .5 6.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Lịch sử pin Lithium .7 1.2 Pin Lithium .8 1.2.1 Giới thiệu pin Lithium .8 1.2.2 Cấu tạo pin Lithium .11 1.2.3 Vật liệu Cathode .13 1.2.4 Vật liệu Anode 15 1.2.5 Dung dịch điện phân 17 1.3 Vật liệu Germanium (Ge) ứng dụng làm điện cực pin Lithium .18 1.4 Ứng dụng vật liệu Carbon (C) làm điện cực anode cho pin Lithium .22 iv 1.5 Vấn đề luận văn .25 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .26 2.1 Thiết bị, hóa chất, dụng cụ 26 2.1.1 Thiết bị 26 2.1.2 Hóa chất 26 2.1.3 Dụng cụ 26 2.2 Tổng hợp vật liệu 27 2.2.1 Tổng hợp Ge 27 2.2.2 Tổng hợp vật liệu Carbon từ vỏ chuối (BC) 27 2.2.3 Tổng hợp composite Ge/C 27 2.3 Các phương pháp đặc trưng vật liệu 28 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffaction) 28 2.3.2 Phổ hồng ngoại IR 29 2.3.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 32 2.3.5 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDS) .32 2.4 Nghiên cứu tính chất điện hóa vật liệu 34 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Đặc trưng vật liệu 35 3.1.1 Đặc trưng vật liệu Ge .35 3.1.2 Đặc trưng vật liệu C từ vỏ chuối 37 3.1.3 Đặc trưng vật liệu composite Ge/C 40 3.2 Đặc trưng điện hóa .44 3.2.1 Đặc trưng điện hóa vật liệu Ge_3,5 .44 3.2.2 Đặc trưng điện hóa vật liệu composite Ge/C 48 KẾT LUẬN 54 KIẾN NGHỊ .55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT IR: Infrared Spectroscopy (Phổ hồng ngoại) LIB: Lithium-ion battery (Pin lithium) SEM: Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét) TEM: Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua) EDS: Energy Dispersive X - ray Spectroscopy (Phổ tán sắc lượng tia X) XRD: X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) vi DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Số trang Hình 1.1 Hình dạng cấu hình thành phần loại pin lithium khác 12 Hình 1.2 Sơ đồ pin lithium thơng thường [30] 12 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể dung lượng xả đại diện cấu trúc vật liệu đan cài: (a) cấu trúc lớp (LiCoO2), (b) cấu trúc spinel (LiMn2O4), (c) cấu trúc olivin (LiFePO4), (d) cấu trúc tavorit (LiFeSO4F) (e) dung lượng xả vật liệu cathode đan cài [31] 14 Hình 1.4 Hình minh họa ba chế sạc/xả vật liệu anode [45] 16 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý phổ EDS 33 Hình 3.1 Giãn đồ nhiễu xạ tia X mẫu Ge (Ge_2,5; Ge_3,5) 35 Hình 3.2 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu vật liệu Ge_3,5 36 Hình 3.3 Hình ảnh SEM Ge_3,5 (a); TEM Ge_3,5 (b) 37 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X C 38 10 Hình 3.5 Phổ hồng ngoại mẫu BC-800 39 11 Hình 3.6 Hình ảnh SEM (a) TEM (b) mẫu BC800 39 12 Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu composite Ge/C-N750; Ge/C-N800; Ge/C-TN180 40 13 Hình 3.8 Phổ hồng ngoại mẫu Ge/C-750; Ge/C-N800; Ge/C-TN180 41 14 Hình 3.9 Phổ EDS ba mẫu vật liệu Ge/C-N750 (a); Ge/C-N800 (b); Ge/C-TN180 (c) 42 15 Hình 3.10 Ảnh SEM Ge/C-750 (a); Ge/C-N800 (b); Ge/C-TN180 (c); Ảnh TEM Ge/C-750 (d); Ge/C-N800 (e); Ge/C-TN180 (f) 43 16 Hình 3.11 Quét vịng mẫu Ge_3,5 44 17 Hình 3.12 Dung lượng sạc/xả Ge_3,5 46 vii 18 Hình 3.13 Dung lượng trao đổi ion lithium mẫu đơn Ge_3,5 47 19 Hình 3.14 Phổ tổng trở mẫu Ge_3,5 48 20 Hình 3.15 Qt vịng mẫu Ge/C-750, Ge/CTN180 Ge/C-N800 Hình 3.16 Dung lượng sạc/xả vật liệu (a) Ge_3,5, (b) Ge/C-750, (c) Ge/C-TN180 (d) Ge/C-N800 ; Dung lượng trao đổi ion lithium mẫu Ge/C-750, Ge/C-TN180 Ge/C-N800 (e); Khả lưu trữ dung lượng với mật độ dòng khác mẫu Ge/C750, Ge/C-TN180 Ge/C-N800 21 22 Hình 3.17 Phổ tổng trở mẫu Ge_3,5; Ge/C-750; Ge/C-TN180; Ge/C-N800 49 50 52 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong vài thập kỷ qua, nhu cầu sử dụng tiêu thụ lượng gia tăng đáng kể Các lĩnh vực tiêu thụ phần lớn tổng mức tiêu thụ lượng giới ngành công nghiệp, xây dựng giao thơng Theo dự đốn, vào năm 50 kỷ XXI nhu cầu sử dụng lượng giới tăng mạnh tăng nhanh vào cuối kỷ Do vậy, việc tìm giải pháp để đáp ứng nhu cầu lượng cho tương lai vấn đề mang tính thời sự.1 Than đá nguồn nhiên liệu hóa thạch sử dụng nhiều cơng nghiệp hóa thị hóa vào năm cuối kỷ XVIII Sau đó, dầu mỏ dần thay vai trò than đá trở thành nguồn lượng quan trọng kỷ XX Dầu mỏ nhiên liệu thiết yếu để vận hành động đốt trong, mở cách mạng cơng nghiệp hóa ngành giao thơng vận tải đáp ứng nhu cầu người sống hàng ngày Tuy nhiên, nguồn lượng hóa thạch có hạn ngày dần bị cạn kiệt việc khai thác sử dụng mức Bên cạnh đó, việc sử dụng lượng hóa thạch cịn gây tác động tiêu cực đến môi trường hiệu ứng nhà kính, suy giảm tầng ozone, nóng lên tồn cầu, nhiễm mơi trường mưa acid.2 Do đó, việc tìm kiếm nguồn lượng mới, sử dụng hiệu trình sản xuất, tiêu thụ xem vấn đề cấp thiết Nguồn lượng tái tạo lượng gió, lượng mặt trời lượng hạt nhân giải pháp tối ưu để đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng hướng tới việc thay dần lượng hóa thạch Tuy nhiên, dạng lượng thường khai thác liên tục Để sản xuất sử dụng cách tốt nhất, lượng tái tạo cần tích ... cứu điều chế vật liệu sở Germanium (Ge) nano làm vật liệu anode cho pin sạc Lithium? ??, nhằm định hướng nghiên cứu tìm kiếm vật liệu thay graphite thương mại, làm vật liệu anode cho pin Lithium- ion... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN LÊ THỊ THẢO NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ GERMANIUM (GE) NANO LÀM VẬT LIỆU ANODE CHO PIN SẠC LITHIUM Chun ngành: Hóa lí thuyết Hóa lí Mã số: 8440119... trữ độ bền pin Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp biến tính vật liệu nano Ge dùng làm anode cho pin sạc lithium có dung lượng lớn bền theo định hướng thay cho vật liệu graphite pin lithium