BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN CÔNG MINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ PHOSPHORUS (P) NANO LÀM VẬT LIỆU ANODE CHO PIN SẠC LITHIUM Chuyên ngành Hóa lí thuyết và Hóa lý[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN CÔNG MINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ PHOSPHORUS (P) NANO LÀM VẬT LIỆU ANODE CHO PIN SẠC LITHIUM Chun ngành: Hóa lí thuyết Hóa lý Mã số: 8440119 Người hướng dẫn: PGS.TS Võ Viễn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, thực hướng dẫn khoa học PGS.TS Võ Viễn Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Quy Nhơn, tháng 08 năm 2022 Tác giả luận văn Nguyễn Cơng Minh LỜI CẢM ƠN Để hồn thành việc nghiên cứu luận 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 – Thầy 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 tỏ lịng biết ơn đến thầy cô 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 Đồng thời, em xin cảm ơn quỹ học bổng thạc sĩ Vingroup tài trợ kinh phí để em tập trung hồn tồn cho việc học tập nghiên cứu Chính điều tạo động lực thúc đẩy niềm đam mê nghiên cứu khoa học thân em Cuối cùng, em xin dành tình cảm đặc biệt đến gia đình, người thân người bạn em Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, kinh nghiệm kiến thức, trình độ nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thông cảm từ người Quy Nhơn, tháng năm 2022 Học viên Nguyễn Công Minh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài 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 cứu 5.1 Phương pháp lí thuyết 5.2 Phương pháp thực nghiệm 5.3 Phương pháp đánh giá Ý nghĩa khoa học thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Pin lithium 1.1.1 Giới thiệu pin lithium 1.1.2 Cấu tạo pin lithium 1.1.3 Nguyên lý hoạt động pin lithium 17 1.2 Vật liệu phosphorus 19 1.2.1 Giới thiệu cấu trúc vật liệu 19 1.2.2 Sự chuyển hóa từ dạng đỏ sang đen với dung mơi ethylenediamine 20 1.2.3 Tính chất điện hóa ứng dụng P LIB 22 1.3 Vật liệu g-C3N4 23 Chương THỰC NGHIỆM 27 2.1 Thiết bị - Hóa chất – Dụng cụ 27 2.1.1 Thiết bị 27 2.1.2 Hóa chất 27 2.1.3 Dụng cụ 27 2.2 Tổng hợp vật liệu 27 2.2.1 Tổng hợp vật liệu phosphorus đỏ dạng nano 27 2.2.2 Tổng hợp vật liệu hỗn hợp phosphorus đen dạng nano 28 2.2.3 Tổng hợp vật liệu g-C3N4 28 2.2.4 Tạo composite với chất g-C3N4 28 2.3 Các phương pháp đặc trưng vật liệu 29 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 29 2.3.2 Phổ hồng ngoại IR 30 2.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét 31 2.4 Đặc trưng điện hóa 32 2.4.1 Quy trình cắt màng 32 2.4.2 Quy trình lắp pin 33 2.4.3 Đặc trưng điện hóa 34 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Màu sắc hình thái vật liệu 35 3.1.1 Vật liệu phosphorus đỏ nano composite 35 3.1.2 Vật liệu phosphorus đen nano composite 35 3.1 Đặc trưng vật liệu 36 3.1.1 Đặc trưng vật liệu phosphorus đỏ nano composite 36 3.1.2 Đặc trưng vật liệu phosphorus đen nano composite 40 3.2 Đặc trưng điện hóa 44 3.2.1 Đặc trưng điện hóa vật liệu phosphorus đỏ nano composite 44 3.2.2 Đặc trưng điện hóa vật liệu phosphorus đen nano composite 50 KẾT LUẬN 57 KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC VIẾT TẮT BP phosphorus đen ED ethylenediamin RP phosphorus đỏ SEI lớp điện phân rắn WP phosphorus trắng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số thông tin vật liệu cathode xen phủ 11 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 0.1 Nhu cầu sử dụng lượng đến năm 2019 Hình 1.1 Các thiết kế cấu trúc tế bào pin Lithium-ion (a) hình trụ, (b) nút, (c) lăng trụ (d) túi Hình 1.2 Khoảng gần điện phóng điện trung bình dung lượng riêng số cathode loại đan cài 10 Hình 1.3 Cấu trúc vật liệu cathode dạng lớp (a), spinel (b), olivine (c) tavorite (d) 10 Hình 1.4 Các biến đổi vật liệu cathode chuyển đổi: (a) q trình ion hóa lithium FeS2, (b) trình chuyển đổi thuận nghịch vật liệu polysulfides (c) xả vật liệu cathode chuyển đổi 13 Hình 1.5 Cấu trúc tính thể (a) graphite (b) lithium titanate (LTO) 14 Hình 1.6 Nguyên lí hoạt động pin lithium hệ 18 Hình 1.7 (a) Đơn vị phân tử P4 (b) Phân tử etylenglicol (ED) (c) Cấu hình hấp phụ P4 phân tử ED (d) Sự phân bố LUMO P4 (e) Sự phân bố HOMO phân tử ED (f) Sơ đồ hàm ý trực quan hai phân tử P4 kích hoạt kết hợp với thơng qua hai liên kết P-P cách sử dụng hai tay (g) Cơ chế hình thành BP thơng qua phân tử P4 kích hoạt, liên kết P2-P3 P2-P4 dọc theo trục x, liên kết P1-P2 dọc theo trục y lực van der Waals dọc theo trục z 21 Hình 1.8 Cấu trúc tinh thể g-C3N4 [83] (a) s-triazine (b) tri-striazine (c) 24 Hình 2.1 Quy trình cắt màng điện cực 32 Hình 2.2 Thứ tự lắp điện cực dạng cúc áo 34 Hình 3.1 Màu sắc hình thái vật liệu CN (a), RP (b) CRP12 (c) 35 Hình 3.2 Màu sắc hình thái vật liệu CN (a), BP (b) CBP12 (c) 36 Hình 3.3 Phổ XRD vật liệu RP composite 37 Hình 3.4 Phổ IR vật liệu RP composite 38 Hình 3.5 Ảnh SEM vật liệu RP composite 39 Hình 3.6 Phổ tán sắc lượng tia X vật liệu RP CRP11 40 Hình 3.7 Phổ XRD vật liệu BP composite 41 Hình 3.8 Phổ IR vật liệu BP composite 42 Hình 3.9 Phổ tán sắc lượng tia X vật liệu BP CBP11 43 Hình 3.10 Thế vịng tuần hoàn vật liệu: (a) RP, (b) CRP11, (c) CRP12 (d) CRP14 44 Hình 3.11 Đường cong sạc xả vật liệu: (a) RP, (b) CRP11, (c) CRP12 (d) CRP14 47 Hình 3.12 Dung lượng riêng vật liệu: (a) RP, (b) CRP11, (c) CRP12 (d) CRP14 48 Hình 3.13 Mối liên hệ mật độ dòng đến dung lượng riêng trình sạc (a) xả (b) 48 Hình 3.14 Đồ thị Nyquist điện cực RP CRP 49 Hình 3.15 Thế vịng tuần hoàn vật liệu: (a) BP, (b) CBP11, (c) CBP12 (d) CBP14 51 Hình 3.16 Đường cong sạc/xả vật liệu: (a) BP, (b) CBP11, (c) CBP12 (d) CBP14 52 Hình 3.17 Dung lượng riêng vật liệu: (a) BP, (b) CBP11, (c) CBP12 (d) CBP14 53 Hình 3.18 Mối liên hệ mật độ dịng đến dung lượng riêng q trình sạc (a) xả (b) 54 Hình 3.19 Đồ thị Nyquist điện cực BP CBP 55 ... Nghiên cứu điều chế vật liệu sở phosphorus (P) nano làm vật liệu anode cho pin sạc lithium Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano phosphorus đỏ đen dùng làm anode cho pin sạc lithium. .. hóa anode làm từ vật liệu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu phosphorus đỏ có cấu trúc nano - Vật liệu phosphorus đen có cấu trúc nano - Vật liệu composite phosphorus. .. hợp vật liệu nano nói chung vật liệu nano P nói riêng 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu góp phần làm phong phú thêm loại vật liệu cho công nghệ vật liệu nói chung vật liệu anode cho pin lithium