Khoa học Kỹ thuật Công nghệ DOI: 10.31276/VJST.63(6).45-49 Tổng hợp vật liệu Fe2O3 kích thước nanomet ứng dụng làm điện cực âm pin sạc lại Bùi Thị Hằng*, Trần Văn Đáng, Nguyễn Văn Quy Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Ngày nhận 20/4/2021; ngày chuyển phản biện 23/4/2021; ngày nhận phản biện 24/5/2021; ngày chấp nhận đăng 31/5/2021 Tóm tắt: Điện cực sắt đóng vai trị quan trọng pin sắt - khí Việc làm chủ cơng nghệ chế tạo vật liệu điện cực bước quan trọng để cải thiện dung lượng, hiệu suất phóng - nạp, giảm giá thành pin thương phẩm Phương pháp sol-gel biết đến phương pháp đơn giản, dễ thực để chế tạo vật liệu kích thước nanomet Trong nghiên cứu này, hạt nano α-Fe2O3 với hình dạng khác tổng hợp phương pháp sol-gel để làm điện cực âm cho pin sắt - khí Phép đo đặc trưng điện hóa thực điện cực Fe2O3/AB sử dụng vật liệu nano Fe2O3 tổng hợp kích thước, hình thái học hạt sắt ảnh hưởng mạnh đến khả chu trình hóa chúng Tối ưu hóa quy trình chế tạo để thu kích thước, hình dạng hạt Fe2O3 cho đặc trưng điện hóa tốt thực Ảnh hưởng chất phụ gia K2S dung dịch điện ly lên đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3/AB nghiên cứu Từ khóa: α-Fe2O3 kích thước nanomet, phương pháp sol-gel, pin sắt - khí Chỉ số phân loại: 2.5 Đặt vấn đề Trong thời gian gần đây, xe điện phát triển nhanh nhiều quốc gia giới, có Việt Nam Sử dụng xe điện thay phương tiện dùng nhiên liệu hóa thạch xu tất yếu giới, góp phần làm giảm tình trạng nhiễm mơi trường diễn nhiều quốc gia Hiện nay, hầu hết xe điện sử dụng pin Li-ion, loại pin có chi phí cao, khơng an tồn khả tích trữ lượng đạt mức tới hạn [1] Vì vậy, việc phát triển hệ pin thay pin Li-ion ứng dụng cho xe điện pin kim loại - khí, pin rắn, pin kim loại - ion đa hóa trị… nhiệm vụ cấp bách Trong số loại pin này, pin kim loại - khí thu hút quan tâm nghiên cứu đông đảo nhà khoa học chúng có lượng lý thuyết cao hơn, chi phí thấp pin Li-ion [2, 3] Có nhiều loại pin kim loại - khí pin nhơm - khí, sắt - khí, kẽm - khí, Liti - khí [4-8]… pin sắt - khí kỳ vọng dung lượng lý thuyết cao, tuổi thọ dài, độ ổn định điện hóa cao, an tồn mơi trường chi phí phù hợp sắt nguồn vật liệu rẻ, có nhiều trái đất [9] Tuy nhiên, ứng dụng thực tế pin sắt - khí bị giới hạn tính khơng ổn định nhiệt động lực học sắt môi trường kiềm [4] Phản ứng sinh khí hydro xảy đồng thời với phản ứng khử Fe(OH)2 trình nạp, dẫn đến gây nước dung dịch điện ly làm giảm hiệu suất nạp pin [10] Các kết nghiên cứu trước nhóm nghiên cứu cho thấy kích thước, hình thái học, hàm lượng hạt sắt ảnh hưởng mạnh đến đặc trưng điện hóa điện cực sắt [11-13] Cụ thể, với tỷ lệ thành phần điện cực, hạt sắt có hình dạng khác nhau, cho đặc trưng điện hóa khác Tỷ lệ thành phần chất cấu thành điện cực ảnh hưởng mạnh đến đặc trưng điện hóa hạt sắt kích thước nanomet cần lượng chất kết dính nhiều hạt sắt kích thước micromet Các chất phụ gia cho điện cực nano bon chất phụ gia cho dung dịch điện ly K2S có tác động tích cực đến khả chu trình hóa điện cực sắt, giúp cải thiện dung lượng, lượng, hiệu suất pin sắt - khí [14-16] Do vậy, việc chủ động tạo vật liệu ơ-xít sắt có kích thước, hình thái học phù hợp cho ứng dụng làm điện cực âm pin sắt khí quan trọng Phương pháp sol-gel biết đến phương pháp đơn giản, dễ thực để chế tạo vật liệu có kích thước nanomet cho ứng dụng khác Kế thừa, phát triển kết đạt nghiên cứu trước [11-15], đồng thời với mong muốn góp phần làm giảm giá thành pin thương phẩm thị trường, công trình này, chúng tơi sử dụng phương pháp solgel để chế tạo vật liệu Fe2O3 với kích thước, hình dạng điều khiển cho phù hợp với ứng dụng pin sắt - khí nhằm cải thiện khả chu trình hóa điện cực sắt Vật liệu phương pháp nghiên cứu Muối Fe(NO3)3.9H2O (Sigma Aldrich) sử dụng làm nguồn sắt axit oxalic (C2H2O4.2H2O) (Sigma Aldrich) sử dụng làm phân tử phối tử (ligand molecules) quy trình tổng hợp bột nano α-Fe2O3 phương pháp sol-gel Trước tiên, muối Fe(NO3)3.9H2O C2H2O4.2H2O hòa tan 100 ml dung môi ethanol để tạo dung dịch 0,1 M tương ứng Tiếp theo, nhỏ dung dịch axit vào dung dịch muối sắt khuấy Hỗn hợp dung dịch sau trì Tác giả liên hệ: Email: hang@itims.edu.vn * 63(6) 6.2021 45 Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Synthesis of Fe2O3 nanomaterials for a rechargeable battery anode Thi Hang Bui*, Van Dang Tran, Van Quy Nguyen International Training Institute for Materials Science, Hanoi University of Science and Technology Received 20 April 2021; accepted 31 May 2021 Abstract: Iron electrode plays an important role in iron-air batteries Mastering the fabrication technology of this electrode material is a key step in improving capacity, cycling efficiency, and lowering the cost of commercial batteries The sol-gel method is known to be simple and easy to implement for producing nanomaterials In this study, α-Fe2O3 nanoparticles with various shapes were synthesised by the sol-gel method for iron-air battery anodes Electrochemical characteristic measurements performed on Fe2O3/AB electrodes using synthesised Fe2O3 nanomaterials showed that the size and morphology of iron particles strongly affect their cycleability Optimisation of the fabrication process to obtain the suitable Fe2O3 particle size and shape for the best electrochemical properties was performed Additionally, the effect of the K2S additive in electrolyte solution on the electrochemical properties of the Fe2O3/AB electrode was also studied Keywords: α-Fe2O3 nanomaterials, iron-air battery, sol-gel method Classification number: 2.5 nhiệt độ 60oC gel hình thành Trong trình này, độ pH dung dịch điều chỉnh giá trị khác để thu mẫu khác Các gel lọc rửa sạch, sấy khô 60oC ủ nhiệt độ 400oC 600oC để thu bột sắt oxit Danh sách mẫu chế tạo phương pháp sol-gel điều kiện khác thể bảng điện cực chế tạo cách nghiền trộn 45% bột α-Fe2O3, 45% chất phụ gia cácbon acetylene black (AB) 10% chất kết dính polytetraflouroethylene (PTFE; Daikin Co.), sau cán mỏng với độ dày khoảng mm Chất phụ gia AB dùng để làm tăng độ dẫn điện điện cực composit Fe2O3/AB Các điện cực Fe2O3/AB cắt từ điện cực thành dạng đĩa trịn mỏng có đường kính cm Đĩa điện cực sau ép lên vật liệu dẫn dòng lưới titanium với lực ép khoảng 150 kg/cm2 để gắn chặt điện cực vào lưới titanium Nghiên cứu ảnh hưởng chất phụ gia dung dịch điện ly K2S thực với nồng độ K2S 0,01 M Các phép đo quét vòng tuần hoàn (CV) thực cell điện cực với Fe2O3/AB điện cực làm việc (WE), Pt điện cực đối (CE) Hg/HgO điện cực so sánh (RE) Dung dịch điện ly KOH M KOH 7,99 M + K2S 0,01 M Các phép đo CV thực với tốc độ quét mV/s quét khoảng từ -1,3 đến -0,1 V Kết thảo luận Cấu trúc tinh thể vật liệu Để xác định cấu trúc vật liệu oxit sắt tổng hợp phương pháp sol-gel, phép đo nhiễu xạ tia X thực hiện, kết biểu diễn hình Từ giản đồ nhiễu xạ tia X ta thấy mẫu đỉnh nhiễu xạ xuất góc θ=24,13o, 33,11o, 35,61o, 40,83o, 49,41o, 53,99o, 57,49o, 62,38o 63,96o thể cho mặt (012), (104), (110), (113), (024), (116), (018), (214) (300) tương ứng Các đỉnh nhiễu xạ trùng với đỉnh nhiễu xạ phổ chuẩn α-Fe2O3 theo JCPDS số 033-0664 Bên cạnh đó, đỉnh nhiễu xạ 30,24o 35,63o trùng với đỉnh nhiễu xạ phổ chuẩn γ-Fe2O3 theo JCPDS số 039-1346 Hai đỉnh xuất θ=33,11o 35,61o, đó, đỉnh thứ hai 35,61o pha α-Fe2O3 γ-Fe2O3 khơng có đỉnh lạ thể tạp chất xuất phổ nhiễu xạ Các đỉnh nhiễu xạ xuất giản đồ chứng tỏ α-Fe2O3 pha vật liệu tổng hợp Như vậy, vật liệu α-Fe2O3 chế tạo thành cơng phương pháp sol-gel có độ tương đối cao Bảng Danh sách mẫu Fe2O3 chế tạo phương pháp sol-gel điều kiện khác TT Ký hiệu mẫu Điều kiện chế tạo pH3 Fe(NO3)3+C2H2O4, pH=3, tnung=400oC pH7 Fe(NO3)3+C2H2O4, pH=7, tnung=400oC pH11 Fe(NO3)3+C2H2O4, pH=11, tnung=400oC pH11-600C Fe(NO3)3+C2H2O4, pH=11, tnung=600oC Cấu trúc hạt α-Fe2O3 chế tạo được xác định phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) kích thước, hình thái học chúng quan sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) Để khảo sát đặc trưng điện hoá vật liệu oxit sắt vừa tổng hợp được, 63(6) 6.2021 Hình Phổ nhiễu xạ tia X mẫu Fe2O3 chế tạo điều kiện khác 46 Khoa học Kỹ thuật Cơng nghệ Hình thái học vật liệu a1 Cặp đỉnh a1/c1 tương ứng với q trình oxy hóa - khử Fe(I)/ Fe(II), cặp đỉnh a2/c2 tương ứng với q trình oxy hóa khử Fe(II)/Fe(III) Đỉnh oxy hóa a2 cao nhiều so với đỉnh a1, chứng tỏ đỉnh a2 bao gồm hai trình oxy hóa Fe/Fe(II) Fe(II)/Fe(III) Đó lớp thụ động Fe(OH)2 hình thành đỉnh a1 gây tăng cặp phản ứng Fe/Fe(II), dẫn đến hai cặp phản ứng oxy hóa xảy đỉnh a2 Dòng điện đỉnh giảm dần theo số chu kỳ quét mẫu pH3 (hình 3A), pH7 (hình 3B), pH11 (hình 3C) Đáng ý, mẫu pH11-600C (hình 3D), đỉnh oxy hóa - khử xuất rõ ràng hơn, đỉnh khử c1 tách biệt với đỉnh sinh khí hyđrơ cường độ dịng oxy hóa - khử tăng theo số chu kỳ quét Điều chứng tỏ mẫu pH11-600C cho khả chu trình hóa tốt mẫu lại Vật liệu Fe2O3 tổng hợp phương pháp sol-gel điều kiện khác tiến hành chụp SEM kết thể hình Khi pH=3 (hình 2A), nhiệt độ ủ 400oC, hạt Fe2O3 thu nhỏ (cỡ vài chục nanomet) tương đối đồng Khi tăng pH lên (hình 2B), giữ nguyên nhiệt độ ủ 400oC, tượng hạt kết đám bắt đầu xuất làm kích thước hạt Fe2O3 tăng lên khơng đồng Tiếp tục tăng pH lên 11 (hình 2C) nhiệt độ ủ mẫu không thay đổi, hạt bị kết đám nhiều hơn, kích thước khơng đồng đều, có hạt nhỏ vài chục nanmet hạt to vài trăm nanomet Giữ nguyên pH=11 tăng nhiệt độ ủ mẫu từ 400 lên 600oC (hình 2D) hạt Fe2O3 chuyển thành mảnh dẹt to hơn, bề mặt trơn nhẵn, kích thước từ vài chục đến vài trăm nanomet Hạt Fe2O3 có kích thước, hình dạng khác thể đặc trưng điện hóa khác Nói cách khác, kích thước, hình thái học khác mẫu Fe2O3 chế tạo điều kiện khác ảnh hưởng khác đến đặc trưng điện hóa chúng Như vậy, khác Nói cách khác, kích thước, hình thái học khác mẫu Fe2O3 chế thaykhác đổi điều chếkhác tạonhau mẫuđến pháp tạo việc điều kiện ảnhkiện hưởng đặc phương trưng điện hóa chúng Như ta vậy, việc thay cáchình điều kiện tạo mẫu O solsol-gel cóbằng thể thay đổi đổi dạng,chếkích thước củaphương hạt Fepháp gel để ta có thay đổi hình dạng, thướcmuốn hạt Fe2O3 để đạt đặc trưng đạtthểđược đặcđược trưng điện hóakích mong điện hóa mong muốn (A) pH3 (B) pH7 100 nm (C) pH11 100 nm (D) pH11-600C Hình Đặc trưng CV điện cực Fe2O3/AB (Fe2O3:AB:PTFE=45:45:10%) sử dụng Fe2O3 chế tạo điều kiện khác dung dịch KOH M So sánh đường đặc trưng CV mẫu Fe2O3 chế tạo với ta thấy, mẫu pH11-600C (hình 3D) cho cặp đỉnh oxy 100 nm 100 nm hóa - khử a2/c2 cao hơn, rộng mẫu lại Như vậy, tỷ lệ thành phần Fe2O3:AB:PTFE=45:45:10%, mẫu thể Hình Ảnh SEMcủa củamẫu mẫuFe Fe22O O33 chế tạo khác nhau: (A)(A) pH3,pH3, (B) (B) đặc trưng điện hóa khác nhau, chứng tỏ kích thước, hình thái Hình Ảnh SEM tạoởởcác cácđiều điềukiện kiện khác nhau: pH7, (C)(C) pH11 vàvà(D) pH7, pH11 (D)pH11-600C pH11-600C học hạt Fe2O3 chế tạo ảnh hưởng mạnh đến khả Đặc trưng điện hóa chu trình hóa sắt Quan sát ảnh SEM mẫu tương ứng Đặc trưng điện hóa Kết đo CV điện cực Fe2O3/AB sử dụng mẫu Fe2O3 chế tạo hình cho thấy, mẫu pH11-600C (hình 2D) có dạng mảnh dẹt, phương pháp sol-gel điều kiện khác dung dịch KOH M thể Kết đo CV điện cực Fe O /AB sử dụng mẫu Fe O mẫu khác có dạng hình cầu (hình 2A) dạng hạt 3 hình Khi quét theo chiều tăng từ -1,3 đến -0,1 V ngược lại, đường tạocảbằng phương pháp3A), sol-gel các3B), điềupH11 kiện(hình khác3C)nhau tự (hình 2B, 2C) Các mẫu có kích cỡ hạt nanomet CVchế tất mẫu pH3 (hình pH7 (hình pH11-600C (hình 3D) dịch xuất hiện8các - khử theohình chiều3.phóng - nạp Cáctheo đỉnh oxy dung KOH M đỉnh đượcoxythểhóahiện Khi qt pH11-600C có kích thước hạt lớn mẫu cịn lại Điều hóa xuất khoảng -1,0 V (a0), -0,8 V (a1) -0.6 V (a2), có chiều tăng từ -1,3 đến -0,1 V ngược lại, đường CV tất đỉnh khử xuất khoảng -1,1 V (c2) với đỉnh sinh khí hyđrơ theo chiều chứng tỏ, hình dạng kích thước hạt Fe2O3 ảnh hưởng mạnh đến mẫulại.pH3 3A), pH7 (hình 3B), (hình pH11phủpH11 hồn tồn bởi3C) đỉnhvà sinh khí hyđrơ khả chu trình hóa Trong điều kiện thí nghiệm này, quétcác ngược Đỉnh(hình khử sắt Fe(II)/Fe(c 1) bị che (H2600C ) (hình mẫu, ngoại mẫu pH11-600C Đỉnh hấp phụ 3D)trừ xuất các(hình đỉnh3D) oxy hóaa0 -xuất khửhiện theo chiều dạng mảnh dẹt Fe2O3 (mẫu pH11-600C) chế tạo điện cực − nhóm OH điện cực sắt tạo thành Fe(OH)ad trước xảy phản ứng oxy hóa sắt phóng nạp Các đỉnh oxy hóa xuất khoảng -1,0 V (a ), Fe đỉnh a1 Cặp đỉnh a1/c1 tương ứng với q trình oxy hóa - khử Fe(I)/Fe(II),0 2O3:AB:PTFE=45:45:10% cho đường CV tốt chứng tỏ hình ứng(avới trình khử đỉnh Fe(II)/Fe(III) Đỉnh -0,8 cặp đỉnh V (aa12)/cvà -0.6 V ), khioxy chỉhóa có -một khử xuất oxy dạng, kích thước Fe2O3 phù hợp Đó tương hóa a2 cao nhiều so với đỉnh a1, chứng tỏ đỉnh a2 bao gồm hai q trình oxy hóa khoảng -1,1 V (c ) với đỉnh sinh khí hyđrơ theo chiều qt lớp thụ động Fe(OH)2 hình thành đỉnh a1 gây mảnh dẹt nano Fe2O3 có bề mặt trơn nhẵn, mỏng nghiền trộn Fe/Fe(II) Fe(II)/Fe(III) Đó ngược lại Đỉnh khử sắtứng Fe(II)/Fe(c ) bịđến checảphủ hoàn toàn tăng cặp phản Fe/Fe(II), dẫn hai cặp phản ứngbởi oxyđỉnh hóa xảy với AB tạo thành điện cực có liên kết hạt Fe2O3 với đỉnhkhí a2 hyđrơ Dịng điện giảm dần theo chupH11-600C kỳ quét các(hình mẫu pH3 AB hạt Fe O với chặt chẽ hơn, giúp cho quãng sinh (H2)tạiởcác cácđỉnh mẫu, ngoại trừ số mẫu (hình 3A), pH7 (hình 3B), pH11 (hình 3C) Đáng ý, mẫu pH11-600C (hình 3D), 3D) Đỉnh a xuất hấp phụ nhóm OH− điện cực sắt đường dịch chuyển điện tử hạt sắt thuận tiện đỉnh oxy hóa 0- khử xuất rõ ràng hơn, đỉnh khử c1 tách biệt với đỉnh sinh khí trước xảy phản oxy hóa sắtnày đỉnh tạovàthành hyđrơ cườngFe(OH) độ dịngadoxy hóa - khử tăngratheo số ứng chu kỳ quét Điều chứng tỏ so với mẫu khác mẫu pH11-600C cho khả chu trình hóa tốt mẫu lại 63(6) 6.2021 47 Khoa học Kỹ thuật Cơng nghệ oxy hóa cao chứng tỏ tốc độ phản ứng oxy hóa sắt tăng lên, nhiên, cường độ dòng điện suy giảm dần theo chu kỳ quét Đối với mẫu pH11 pH11-600C, đỉnh oxy hóa dịch dần phía dương hơn, đỉnh khử dịch dần phía âm hơn, gây nên tăng Điều ảnh hưởng khơng tốt đến q trình phóng - nạp điện cực Tuy vậy, có mặt K2S dung dịch điện ly có ảnh hưởng tích cực đến khả chu trình hóa điện cực Fe2O3/AB Đó ion S2- kết hợp vào mạng oxit sắt tương tác với Fe(I), Fe(II) Fe(III) lớp màng oxit để kích thích phân hủy sắt [17, 18] làm tăng độ dẫn điện điện cực [1921], cải thiện khả chu trình hóa sắt Để thấy rõ ảnh hưởng chất phụ gia K2S dung dịch điện ly điện cực Fe2O3/AB, dung lượng phóng điện cực tính tốn từ kết đo CV điện cực Fe2O3/AB KOH (hình 3) KOH+K2S (hình 4), kết biểu diễn hình Hình Đặc trưng CV điện cực Fe2O3/AB (Fe2O3:AB:PTFE=45:45:10%) sử dụng Fe2O3 chế tạo điều kiện khác dung dịch KOH+K2S Trong dung dịch điện ly KOH M (hình 5A), mẫu Fe2O3 chế tạo điều kiện pH11-600C cho dung lượng phóng cao tương đối ổn định sau vài chu kỳ đầu Khi dung dịch điện ly chứa chất phụ gia K2S (hình 5B), tất mẫu cho dung lượng phóng cao so với dung dịch điện ly KOH M Kết chứng tỏ ảnh hưởng tích cực K2S dung dịch điện ly khả chu trình hóa, dung lượng điện cực Fe2O3/AB So sánh dung lượng mẫu pH=3, 7, 11 pH11-600C KOH+K2S (hình 5B) ta thấy mẫu pH11-600C cho giá trị dung lượng cao Như vậy, mẫu Fe2O3 tổng hợp phương pháp sol-gel, mẫu Fe2O3 chế tạo điều kiện pH11-600C có ưu vượt trội cả, thể đỉnh oxy hóa - khử cao hơn, rộng hơn, dung lượng phóng lớn mẫu cịn lại Điều chứng tỏ vật liệu có tiềm ứng dụng làm điện cực âm pin sắt - khí Một yếu tố quan trọng để đánh giá vai trò chất phụ gia K2S dung dịch điện ly khả khử lượng H2 sinh ra, lượng H2 sinh mẫu tính tốn từ phép đo CV (hình 4) tất chu kỳ dung dịch có khơng có S2-, kết biểu diễn hình Hình Sự thay đổi dung lượng phóng theo số chu kỳ phóng - nạp điện cực Fe2O3/AB dung dịch (A) KOH (B) KOH+K2S Để khảo sát ảnh hưởng chất phụ gia K2S điện cực composit Fe2O3/AB, phép đo CV mẫu thực dung dịch điện ly KOH+K2S, kết thể hình Khi có K2S dung dịch điện ly, đỉnh oxy hóa cao hơn, nhọn đỉnh khử c1 bắt đầu tách khỏi đỉnh sinh khí H2 mẫu có độ pH thấp (hình 4A, 4B) so với mẫu Fe2O3/AB tương ứng dung dịch KOH (hình 3) Các đỉnh 63(6) 6.2021 Các mẫu Fe2O3 chế tạo điều kiện pH3 pH7 có lượng H2 sinh dung dịch điện ly chứa K2S (hình 6B) nhỏ lượng H2 sinh dung dịch điện ly khơng có chất phụ gia (hình 6A), tượng ngược lại xuất mẫu pH11 pH11-600C Kết chứng tỏ, lượng H2 sinh bị khử phần lớn trình phản ứng mẫu pH3 pH7 Đối với pH11 pH11-600C, phản ứng oxy hóa - khử sắt tăng lên có mặt K2S làm cho dịng khử khơng tách biệt với dòng H2 sinh ra, gây nên tăng dòng H2 Hiện tượng quan sát đường CV mẫu pH11 pH11-600C (hình 3, 4) Như vậy, ảnh hưởng tích cực K2S đến đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3/AB thể như: làm tăng tốc độ phản ứng oxy hóa - khử, giảm lượng H2 sinh ra, tăng cường độ dòng điện, dẫn đến cải thiện 48 Khoa học Kỹ thuật Công nghệ [2] L Binder, W Odar (1984), “Experimental survey of rechargeable alkaline zinc electrodes”, J Power Sources, 13, pp.9-21 [3] A Mukherjee and I.N Basumallick (1993), “Metallized graphite as an improved cathode material for aluminium/air batteries”, J Power Sources, 45(2), pp.243-246 [4] T.S Balasubramanian, A.K Shukla (1993), “Effect of metal-sulfide additives on charge/discharge reactions of the alkaline iron electrode”, J Power Sources, 41, pp.99-105 [5] B.T Hang, H Hayashi, S.H Yoon, S Okada and J.I Yamaki (2008) “Fe2O3filled carbon nanotubes as a negative electrode for an Fe-air battery”, J Power Sources, 178(1), pp.393-401 [6] A.S Rajan, S Sampath and A.K Shukla (2014), “An in situ carbon-grafted alkaline iron electrode for iron-based accumulators”, Energy & Environmental Science, 7, pp.1110-1116 [7] S.H Sahgong, S.T Senthilkumar, K Kim, S.M Hwang and Y Kim (2015), “Rechargeable aqueous Na-air batteries: highly improved voltage efficiency by use of catalysts”, Electrochem Commun., 61, pp.53-56 Hình Sự thay đổi lượng H2 sinh theo số chu kỳ phóng - nạp điện cực Fe2O3/AB dung dịch (A) KOH (B) KOH+K2S dung lượng, hiệu suất phóng - nạp điện cực Fe2O3/AB Qua phép đo đặc trưng điện hóa ta thấy, số mẫu Fe2O3 chế tạo được, mẫu pH11-600C có tiềm ứng dụng làm điện cực âm cho pin sắt - khí Kết luận Vật liệu Fe2O3 kích thước nanomet với hình dạng khác chế tạo thành công phương pháp sol-gel Khảo sát đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3/AB sử dụng mẫu Fe2O3 tổng hợp kích thước, hình thái học hạt sắt ảnh hưởng mạnh đến khả chu trình hóa chúng Bằng việc thay đổi điều kiện chế tạo, kích thước, hình dạng hạt Fe2O3 điều khiển đặc trưng điện hóa tốt cho ứng dụng làm điện cực pin sạc lại Sự có mặt chất phụ gia K2S dung dịch điện ly cho thấy ảnh hưởng tích cực đến tính chất điện hóa điện cực Fe2O3/AB như: làm tăng tốc độ phản ứng oxy hóa - khử sắt, tăng dung lượng điện cực Fe2O3/AB giảm lượng H2 sinh Trong số mẫu α-Fe2O3 chế tạo phương pháp sol-gel, mẫu nano α-Fe2O3 chế tạo điều kiện pH11-600C có tiềm ứng dụng làm điện cực âm cho pin sắt - khí [8] C.A.C Souza, I.A Carlos, M.C Lopes, G.A Finazzi, M.R.H de Almeida (2004), “Self-discharge of Fe-Ni alkaline batteries”, J Power Sources, 132, pp.288290 [9] S.U Falk, A.J Salking (1971), “Alkaline storage batteries”, Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, 30, pp.139-140 [10] N Jayalakshmi, V.S Muralidharan (1990), “Electrochemical behaviour of iron oxide electrodes in alkali solutions”, J Power Sources, 32, pp.277-286 [11] B.T Hang, S.H Yoon, S Okada and J Yamaki (2007), “Effect of metalsulfide additives on electrochemical properties of nano-sized Fe2O3-loaded carbon for Fe/air battery anodes”, J Power Sources, 168(2), pp.522-532 [12] B.T Hang and D.H Thang (2016), “Electrochemical properties of Fe2O3 microparticles and their application in Fe/air battery anodes”, Journal of Alloys and Compounds, 655 pp.44-49 [13] B.T Hang, T.T Anh and D.H Thang (2016a), “Effect of Fe2O3 morphology on the electrochemical properties of Fe2O3/C composite electrode as Fe-air battery anode”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 16, pp.7999-8006 [14] T.T Anh, V.M Thuan, D.H Thang, B.T Hang (2017), “Effect of Fe2O3 and binder on the electrochemical properties of Fe2O3/AB (acetylene black) composite electrodes”, Journal of Electronic Materials, 46, pp.3458-3462 [15] B.T Hang and D.H Thang (2016b), “Effect of additives on the electrochemical properties of Fe2O3/C nanocomposite for Fe/air battery anode”, J Electroanal Chem., 762, pp.59-65 [16] K Micka, Z Zabransky (1987), “Study of iron oxide electrodes in an alkaline electrolyte”, J Power Sources, 19, pp.315-323 [17] G.P Kalaignan, V.S Muralidharan and K.I Vasu (1987), “Triangular potential sweep voltammetric study of porous iron electrodes in alkali solutions”, J Appl Electrochem., 17, pp.1083-1092 LỜI CẢM ƠN [18] D.W Shoesmith, P Taylor, M.G Bailey and B Ikeda (1978), “Electrochemical behaviour of iron in alkaline sulphide solutions”, Electrochim Acta, 23, pp.903-916 Nghiên cứu tài trợ Bộ Giáo dục Đào tạo thông qua đề tài mã số B2021-BKA-03 Các tác giả xin trân trọng cảm ơn [19] C.A Caldas, M.C Lopes, I.A Carlos (1998), “The role of FeS and (NH4)2CO3 additives on the pressed type Fe electrode”, J Power Sources, 74, pp.108-112 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hislop Markham (2017), “Solid-state EV battery breakthrough from Li-ion battery inventor John Goodenough”, North American Energy News, The American Energy News http://theamericanenergynews.com/markham-on-energy/solid-statebattery-advance-goodenough 63(6) 6.2021 [20] P Periasamy, B.R Babu, S.V Iyer (1996), “Electrochemical behaviour of Teflon-bonded iron oxide electrodes in alkaline solutions”, J Power Sources, 63, pp.79-85 [21] K Vijayamohanan, A.K Shukla and S Sathyanarayana (1990), “Role of sulfide additives on the performance of alkaline iron electrodes”, J Electroanal Chem., 289, pp.55-68 49 ... ứng dụng làm điện cực âm cho pin sắt - khí Kết luận Vật liệu Fe2O3 kích thước nanomet với hình dạng khác chế tạo thành công phương pháp sol-gel Khảo sát đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3/ AB sử dụng. .. tốt cho ứng dụng làm điện cực pin sạc lại Sự có mặt chất phụ gia K2S dung dịch điện ly cho thấy ảnh hưởng tích cực đến tính chất điện hóa điện cực Fe2O3/ AB như: làm tăng tốc độ phản ứng oxy hóa... phụ gia AB dùng để làm tăng độ dẫn điện điện cực composit Fe2O3/ AB Các điện cực Fe2O3/ AB cắt từ điện cực thành dạng đĩa trịn mỏng có đường kính cm Đĩa điện cực sau ép lên vật liệu dẫn dòng lưới