Nghiên cứu tổng hợp vật liệu thanh nano tio2 ứng dụng làm điện cực âm trong linh kiện tích trữ năng lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO UBND TỈNH THANH HOÁ TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - - NGÔ THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU THANH NANO TiO2 ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC ÂM TRONG LINH KIỆN TÍCH TRỮ NĂNG LƢỢNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8.44.01.04 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Nghĩa PGS TS Lương Thị Kim Phượng THANH HỐ- 2021 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận văn khơng trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án cơng trình nghiên cứu cơng bố Thanh Hóa, tháng 12 năm 2021 Ngƣời cam đoan Ng Th Hồng i LỜI CẢM ƠN L i đ u tiên em xin bày t s biêt ơn ch n thành tới th y giáo hướng d n khoa h c TS Nguyễn Văn Nghĩa , cô giáo PGS TS Lương Kim Phượng tận tình ch bảo, quan t m đ ng viên em suốt trình nghiên cứu th c hi n đ tài Em xin trân tr ng cảm ơn Ban Giám Hi u, Khoa Khoa H c T Nhiên Trư ng Đại h c Hồng Đức tạo m i u ki n thuận lợi suốt trình h c tập nghiên cứu để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hi u trư ng THPT Nông Cống 1- Nơng Cống- Thanh Hóa đ ng viên, giúp đỡ em hoàn thành nhi m vụ h c tập nghiên cứu Và cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghi p cảm thông, đ ng viên, ủng h giúp đỡ suốt th i gian h c cao h c viết luận văn Mặc dù vận dụng tất kiến thức h c tập kinh nghi m th c tế từ th n để hồn thành đ tài này, song cịn có mặt hạn chế, thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp s ch d n th y cô giáo Em xin chân thành cảm ơn! Thanh Hóa, tháng 12 năm 2021 Tác giả Ngô Th Hồng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ vii MỞ Đ U 1.Tính cấp thiết đ tài Mục tiêu đ tài Phương pháp nghiên cứu 4 N i dung nghiên cứu 5 D kiến kết đạt CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 T ng quan v linh ki n t ch trữ lượng 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển pin Natri - ion 1.1.2 Cấu tạo Pin Na-ion 1.1.3 Cơ chế làm vi c pin Na-ion 1.2 Vật li u n c c m sử dụng pin ion natri 1.2.1 Vật li u s carbon 1.2.2 Vật li u s hợp kim natri 10 1.2.3 Vật li u anode đối xứng 12 1.2.4 Vật li u s hợp chất Titan 13 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 15 2.1 Chế tạo vật li u nano TiO2 phương pháp thủy nhi t 15 2.2 Chế tạo vật li u oxit n n titan Na2Ti3O7 phương pháp phản ứng pha rắn 16 2.3 Các phương pháp phân tích 17 iii 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 17 2.3.2 Phương pháp k nh hiển vi n tử 19 2.3.3 Phương pháp ph tán sắc lượng 22 2.3.4 Phương pháp quét vòng tu n hoàn 24 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Cấu trúc, hình thái h c t nh chất hóa h c vật li u nano TiO2 27 3.1.1 Cấu trúc vật li u TiO2 27 3.1.2 Hình thái h c vật li u TiO2 30 3.1.3 T nh chất hóa h c vật li u TiO2 31 3.2 Cấu trúc, hình thái h c t nh chất hóa h c vật li u Na2Ti3O7 33 3.2.1 Cấu trúc vật li u Na2Ti3O7 33 3.2.2 Hình thái h c vật li u Na2Ti3O7 36 3.2.3 T nh chất hóa h c vật li u Na2Ti3O7 37 KẾT LUẬN 40 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ý nghĩa Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy Ph tán sắc lượng EIS Electrochemical Impedance Spectroscopy Ph t ng tr n hóa LIBs Lithium-ion batteries Pin liti-ion SEM Scanning Electron Microscopy Hiển vi n tử quét SIBs Sodium-ion batteries Pin natri-ion XRD X-Ray Diffraction Ph nhiễu xạ tia X v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng So sánh tính chất vật lý cho pin sạc lại Liti-ion natri-ion Bảng 1.1 Ưu điểm, lợi pin Natri-ion so với pin Liti-ion Bảng 1.2 Tính chất n hóa m t số dạng carbon ph biết hi n Bảng 3.1 Tỷ l ph n trăm nguyên tố có vật li u 30 Bảng 3.2 Thành ph n pha vật li u chế tạo sau nung nhi t đ khác d a theo kết phân tích ph nhiễu xạ tia X ph n m m FullProf 35 Bảng 3.3 Các thông số cấu trúc vật li u Na2Ti3O7 chế tạo nhi t đ nung 900 ºC d a theo theo kết phân tích ph nhiễu xạ tia X ph n m m FullProf 35 vi DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Cơ chế hoạt đ ng pin Na-ion Hình 2.1 Sơ đồ t ng hợp vật li u TiO2 16 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy XRD 18 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý máy chụp SEM 21 Hình 2.4 Nguyên lý phép phân tích EDX 23 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý b ghi nhận ph EDS 24 Hình 2.6 Đồ thị qt vịng tu n hồn 24 Hình 2.7 Quan h n dòng n qt vịng 25 Hình 2.8 Quét tuyến tính cho h bất thuận nghịch (đư ng đứt đư ng suy giảm dòng) 26 Hình 3.1 Kết XRD vật li u TiO2-V (a), TiO2-B (b) TiO2-A (c) 27 Hình 3.2 Kết EDX xác định thành ph n nguyên tố vật li u 29 Hình 3.3 Hình thái h c vật li u TiO2-V (a, b); TiO2-B (c, d); TiO2-A (e, f) 30 Hình 3.4 Kết phân tích nạp – xả vật li u: (a) Đư ng nạp - xả chu kỳ đ u tiên vật li u TiO2-V, TiO2-B, TiO2-A mật đ dòng 10mA/g; (b-d) l n lượt chu kỳ nạp xả liên tục TiO2-V, TiO2-B, TiO2A mật đ dòng 10 mA/g 32 Hình 3.5 Sản phẩm pin ion natri 33 Hình 3.6 (a) Ph nhiễu xạ tia X vật li u chế tạo nhi t đ nung khác nhau; (b) Ph nhiễu xạ tia X ph làm mịn Rietveld vật li u chế tạo nhi t đ 900 ºC 33 Hình 3.7 Cấu trúc tinh thể pha Na2Ti7O15, Na2Ti6O13 Na2Ti3O7 34 Hình 3.8 Ảnh hiển vi n tử quét (SEM) vật li u chế tạo nhi t đ nung 700 ºC (a), 800 ºC (b) 900 ºC (c) 36 Hình 3.9 Đặc trưng n hóa n c c Na2Ti3O7: (a) Đồ thị tương quan dung lượng hi u n n c c chu kỳ đ u; (b) Đặc vii tính chu kỳ hi u suất Coulomb n c c; (c) Đư ng cong vi phân dung lượng n c c chu kỳ đ u; (d) Tốc đ nạp xả n c c 37 Hình 3.10 (a) Đư ng cong mối liên h hi u n dung lượng danh định n c c chu kỳ nạp xả thứ 2, 3, 4, ,6; (b) Đư ng cong mối liên h hi u n dung lượng danh định n c c chu kỳ nạp xả thứ 10, 20, 30, 40, 50 38 viii MỞ Đ U Tính cấp thiết đề tài Xã h i hi n đại nhu c u lượng tăng, lượng tr thành mối quan tâm toàn c u Các nguồn lượng d a nhiên li u hóa thạch (d u m , than đá, kh đốt, ) lượng hạt nhân sử dụng hi n đứng trước nguy cạn ki t Vi c sử dụng nhiên li u hóa thạch cịn thải khí CO2 gây thảm h a v biến đ i khí hậu ô nhiễm môi trư ng Song song với vi c sử dụng nguồn lượng trên, vi c tìm kiếm, khai thác sử dụng nguồn lượng tái tạo lại không gây tác hại với môi trư ng vấn đ cấp thiết Trong số nguồn lượng có khả tái tạo lại lượng gió, lượng mặt tr i khai thác đưa vào sử dụng Nhưng nhược điểm dạng lượng phụ thu c vào th i tiết Để khắc phục nhược điểm chúng c n phải có thiết bị lưu trữ lượng để sử dụng c n Các thiết bị lưu trữ lượng sử dụng hi n loại pin (ắc quy) nạp lại siêu tụ n Pin sạc lại hi n thiết bị lưu trữ lượng có nhu c u cao b i s phát triển mạnh v bão khoa h c công ngh hi n đại d n đến s đ i hàng loạt thiết bị không d y như: máy t nh xách tay, n thoại di đ ng, thiết bị v trụ, hàng không đặc bi t s đ i loại phương ti n giao thông sử dụng đ ng n v.v Trong số loại pin dùng ph biến thị trư ng hi n pin Liti-ion (LIBs) quan tâm nghiên cứu phát triển mạnh mẽ b i cho dung lượng lớn, dùng lại nhi u l n đặc bi t g n nhẹ an toàn Mặc dù LIBs có khả giải thách thức v phát triển lượng b n vững, nhiên LIBs v n m t số hạn chế như: lithium kim loại chiếm khoảng 0,002 - 0,006 % khối lượng lớp v trái đất (phân bố chủ yếu Nam Mỹ), mặt khác lithium nguyên tố quan tr ng LIBs TiO2 chu kỳ xả giảm d n Chính thế, c n có giải pháp tăng t nh thuận nghịch phản ứng n hóa pin cách đưa trước m t lượng nh ion Na+ vào cấu trúc pha TiO2 thay cho vi c sử dụng TiO2 nguyên chất làm n c c âm pha tạp nguyên tố kim loại chuyển tiếp khác Hình 3.4 Kết phân tích nạp – xả v t li : (a) Đường nạp - xả chu kỳ v t li u TiO2-V, TiO2-B, TiO2-A m t độ dòng 10mA/g; (b-d) lầ t chu kỳ nạp xả liên tục TiO2-V, TiO2-B, TiO2-A m t độ dòng 10 mA/g Các đặc t nh n hóa vật li u t ng hợp xác định phương pháp nạp xả dịng khơng đ i (GCD) Tất phép ph n t ch n hóa đánh giá pin ion natri dạng đồng xu (CR2032) th c hi n thiết bị phóng n t đ ng NEWARE Pin CR2032 lắp ghép m t h p kín chứa đ y argon (Glove box) với nồng đ O2 H2O nh 0,1 ppm; pin gồm m t n c c làm vi c chế tạo từ vật li u TiO2, chất kết dính carbon, n c c cịn lại kim loại natri, màng polypropylene (PP) đóng vai trò lớp ph n cách hai n c c dung dịch NaClO4 1M h n hợp etylen cacbonat/dietylen carbonat (EC/DEC, 1:1 theo thể tích) làm chất n ly Để 32 chuẩn bị n c c làm vi c, vữa đồng tạo cách tr n vật li u hoạt đ ng (TiO2), carbon siêu d n (Supper P) PVDF (t l tr ng lượng 80:10:10) m t lượng nh dung môi NMP Vữa đồng phủ đ u m t nhơm dày 15 µm sấy khô 100 °C tủ sấy chân không 12 gi Hình 3.5 Sản phẩm pin ion natri Cấu tr c h nh thái học tính chất h a học vật liệu Na2Ti3O7 3.2 Cấ ủ vậ ệ 2Ti3O7 Phép phân tích nhiễu xạ tia X sử dụng để nghiên cứu cấu trúc vật li u Na2Ti3O7 chế tạo Ph nhiễu xạ tia X vật li u Na2Ti3O7 nung nhi t đ khác trình bày hình 3.6 Ph chuẩn nhiễu xạ tia X pha Na2Ti3O7 (nhóm khơng gian P21/m - JCPDS 72-0148), Na2Ti6O13 (nhóm khơng gian C2/m - JCPDS 73-1398) Na2Ti7O15 (nhóm khơng gian C2/m) đ nh kèm hình 3.6 Hình 3.6 (a) Ph nhiễu xạ tia X v t li u chế tạo nhi t độ nung khác nhau; (b) Ph nhiễu xạ tia X ph làm mịn Rietveld v t li u chế tạo nhi t độ 900 ºC 33 Cấu trúc tinh thể pha Na2Ti3O7 (nhóm khơng gian P21/m JCPDS 72-0148), Na2Ti6O13 (nhóm khơng gian C2/m - JCPDS 73-1398) and Na2Ti7O15 (nhóm khơng gian C2/m) minh h a hình 3.7 Các đ nh nhiễu xạ tia X vật li u ban đ u TiO2 không xuất hi n ph nhiễu xạ tia X vật li u sau nung chứng t TiO2 tham gia phản ứng hết Bảng 3.2 mô tả chi tiết thành ph n pha có vật li u sau nung, kết thu ph n m m Rietveld Theo tính tốn pha Na2Ti3O7 chiếm 31% (theo khối lượng) vật li u nung nhi t đ 700 ºC, tăng nhi t đ nung lên 800 ºC pha Na2Ti3O7 chiếm 85,5 % tăng nhi t đ nung lên 900 ºC vật li u thu chứa pha Na2Ti3O7 Quá trình chuyển từ pha có nồng đ Na thấp (Na2Ti7O15, Na2Ti6O13) nung ºC sang pha có nồng đ Na cao (Na2Ti3O7) nung nhi t đ 700 nhi t đ 900 ºC cho thấy ion Na+ từ vật li u NaOH dễ dàng khuếch tán vào vật li u TiO2 nhi u nung nhi t đ cao Hình 3.7 Cấu trúc tinh thể pha Na2Ti7O15, Na2Ti6O13 Na2Ti3O7 S chuyển từ pha Na2Ti6O13 sang pha Na2Ti3O7 s khuếch tán ion Na+ từ NaOH sang TiO2 c ng quan sát thấy vật li u chế tạo phương pháp thủy nhi t [4] Các pha Na2Ti6O13 pha Na2Ti3O7 thư ng xuất hi n phản ứng pha rắn TiO2 NaOH Pha Na2Ti7O15 hình thành phản ứng pha rắn TiO2 NaOH 34 Bảng 3.2 Thành phần pha vật liệu chế tạo sau nung nhiệt độ khác dựa theo kết phân tích phổ nhiễu xạ tia X phần mềm FullProf Thành ph n pha (% theo khối lượng) Nhi t đ nung Na2Ti7O15 Na2Ti6O13 Na2Ti3O7 700 ºC 31.4 % 37.6 % 31 % 800 ºC - 14.5 % 85.5 % 900 ºC - - 100 % Bảng 3.3 Các thông số cấu trúc vật liệu Na2Ti3O7 chế tạo nhiệt độ nung 900 ºC dựa theo theo kết phân tích phổ nhiễu xạ tia X phần mềm FullProf Space group P21/m (11) a; b; c (Å) 0.9134; 0.3803 ; 0.8571 α, γ (º) 90 β (º) 101.603 Na1 (x, y, z) (0.5932, 1/4, 0.6957) Na2 (x, y, z) (0.1535, 1/4, 0.4950) Ti1 (x, y, z) (0.9837, 1/4, 0.1432) Ti2 (x, y, z) (0.6767, 1/4, 0.2466) Ti3 (x, y, z) (0.2793, 1/4, 0.0309) O1 (x, y, z) (0.1823, 1/4, 0.2120) O2 (x, y, z) (0.4657, 1/4, 0.1416) O3 (x, y, z) (0.6464, 1/4, 0.4472) O4 (x, y, z) (0.9054, 1/4, 0.3108) O5 (x, y, z) (0.7512, 1/4, 0.0084) O6 (x, y, z) (0.3175, 1/4, 0.8007) O7 (x, y, z) (0.0401, 1/4, 0.9132) 35 3.2 ủ vậ ệ 2Ti3O7 Hình thái h c vật li u quan sát máy hiển vi n tử Hitachi S-4800 FESEM Ph nhiễu xạ tia X th c hi n thiết bị nhiễu xạ tia X hi u Siemens D5000 sử dụng bước sóng CuKα nhi t đ phịng Dải góc nhiễu xạ từ 5º đến 70º, bước đo 0,03º/gi y Pha tinh thể vật li u xác định ph n m m FullProf Các đặc trưng n hóa vật li u đo thiết bị kiểm tra pin c ng (NEWARE) dải n 2,5 V với cư ng đ dịng phóng/nạp khác Ph hiển vi n tử quét (SEM) vật li u chế tạo nung 700 ºC, 800 ºC 900 ºC mô tả l n lượt hình 3.8a, 3.8b 3.8c Chúng ta quan sát thấy vật li u nung 700 ºC có tính tinh thể thấp, hình ảnh SEM 3.8a cho thấy đám khơng có hình dạng xác định hình thành từ hạt có k ch thước nh 100 nm Khi nhi t đ nung tăng lên 800 ºC hạt nh phát triển thành hạt lớn với hình ảnh biên hạt rõ ràng (hình 3.8b) Khi nhi t đ nung tăng lên 900 ºC k ch thước hạt tăng nhanh đến khoảng μm (hình 3.8c) Như ta kết luận ch có hạt phát triển lên với k ch thước lớn hình dạng đám (cluster) vật li u h u không thay đ i nhi t đ nung tăng từ 700 ºC lên 900 ºC Kết phù hợp với d đoán từ kết nhiễu xạ tia X ion Na+ khuếch tán nhi u vào TiO2 nhi t đ nung tăng lên để hình thành pha Na2Ti3O7 Hình 3.8 Ảnh hiể đ n tử quét (SEM) v t li u chế tạo nhi t độ nung 700 ºC (a), 800 ºC (b) 900 ºC (c) 36 í 3.2 ấ h c ủ vậ ệ 2Ti3O7 Tính chất hóa h c vật li u Na2Ti3O7 nung hình 3.9 Dung lượng xả vật li u 900 ºC mô tả cư ng đ dòng 0,1 C chu kỳ thứ nhất, thứ thứ tương ứng l n lượt 189,5 mAh/g; 107,4 mAh/g 94,7 mAh/g Đư ng cong xả chu kỳ thứ cho thấy có quãng n D1, D2, D3 hi u n 0,79 V; 0,18 V 0,11 V Đư ng cong nạp thể hi n quãng n C1 C2 hi u n 0,94 V 0,42 V Các quãng n tương ứng với đ nh khử R1, R2 , R3 hai đ nh oxy hóa O1, O2 đồ thị hình 3.9c Các chu kỳ nạp/xả ch xuất hi n quãng n tương ứng với đ nh khử R1, R2 đ nh oxy hóa O1, O2 quan sát thấy đư ng cong nạp/xả Nguồn gốc đ nh oxy hóa khử nhi u nhóm nghiên cứu bàn luận cơng trình cơng bố h Ph n lớn nhà nghiên cứu đ u cho cặp đ nh oxy hóa khử R1/O1 xuất hi n q trình tiêm/thốt ion Na+ vào vật li u cacbon có n c c [27] Hình 3.9 Đặc t d đ ng hi h a đ n cực Na2Ti3O7: (a) Đ thị tươ q a đ n đ n cực chu kỳ đầ ; (b) Đặc tính chu kỳ hi u suất Coulomb đ n cực; (c) Đường cong vi phân d ng đ n cực chu kỳ đầu; (d) Tốc độ nạp xả đ n cực 37 Nguồn gốc cặp đ nh oxy hóa khử R2/O2 có nhi u ý kiến khác Nhóm tác giả M Tarascon sử dụng phép phân tích nhiễu xạ tia X (insitu XRD) cho nguồn gốc đ nh oxy hóa khử R2/O2 s chuyển pha Na2Ti3O7 Na4Ti3O7 Nhóm tác giả X D Guo d a phép phân tích nhiễu xạ tia X đồng b (in-situ synchrotron XRD) kết luận cặp đ nh oxy hóa khử R2/O2 có nguồn gốc s chuyển pha cấu trúc lớp Na2Ti3O7 cấu trúc đư ng h m NaTi1.25O3 [4] Nguồn gốc đ nh khử R3, nhóm nghiên cứu J M Tarascon cho s hình thành pha Na16Ti10O28 vào giai đoạn cuối trình xả [27] Đặc tính chu kỳ vật li u minh h a hình 3.9b Dung lượng vật li u giảm nhanh xuống ch 32% giá trị dung lượng chu kỳ nạp xả thứ sau 100 chu kỳ Quan sát hình 3.9d nhận thấy tốc đ nạp xả vật li u c ng không cao Dung lượng ch đạt 34 mAh/g 4,25 mAh/g nạp xả tốc đ C C Tuy nhiên tính chu kỳ vật li u cao nạp xả cư ng đ dịng lớn Hình 3.10 (a) Đường cong mối liên h hi đ n d ng da h định đ n cực chu kỳ nạp xả thứ , 3, 4, ,6; (b) Đường cong mối liên h hi đ n d da h định đ n cực chu kỳ nạp xả thứ 10, 20, 30, 40, 50 38 Đặc tính suy giảm hi u n ph n t ch để nghiên cứu s suy thoái dung lượng n c c Na2Ti3O7 Quan sát đư ng cong mối liên h hi u n dung lượng danh định n c c hình 3.10 ta thấy: chu kỳ đ u tiên s thay đ i hi u n không đáng kể khẳng định n c c n định S tăng hi u n đư ng xả chu kỳ đ u tiên cho thấy trình tiêm ion Na+ vào cấu trúc vật li u dễ dàng Tuy nhiên đư ng nạp có s thay đ i không đ u Cụ thể, từ chu kỳ thứ tr đư ng nạp bắt đ u bị cản tr S không n định liên quan đến s suy giảm thể tích ion Na+ kh i cấu trúc vật li u Đư ng cong nạp xả chu kỳ thứ 10 đến chu kỳ thứ 50 minh h a hình 3.10b Ta rõ ràng quan sát thấy hi u n nạp tăng nhanh nhi u so với hi u n xả, u s phá vỡ cấu trúc vật li u Những kết chứng t có s suy giảm n khác trình nạp trình xả 39 KẾT LUẬN Trên s tìm hi u lý thuyết, tiến hành th c nghi m phân tích kết th c hi n m t số n i dung sau:  Đã t ng hợp thành công vật li u TiO2 dạng nano phương pháp thủy nhi t kết hợp với nung nhi t đ khác Cấu trúc pha vật li u TiO2 biến đ i từ pha bronze (TiO2-B) sang pha anatase (TiO2-A) tăng nhi t đ nung từ 400 oC lên 800 oC Các vật li u thu có đ tinh khiết cao Các vật li u chế tạo được ghép thành công pin ion natri dạng cúc áo (CR2032) để đánh giá hi u suất n hóa vật li u Kết ph n t ch n hóa cho thấy vật li u TiO2-B có dung lượng riêng lên đến 145,37 mAh/g mật đ dòng 10 mA/g, giá trị vượt tr i so với vật li u khác t ng hợp  Đã chế tạo thành công vật li u Na2Ti3O7 cấu trúc lớp phương pháp phản ứng pha rắn sử dụng hóa chất ban đ u NaOH TiO2 Vật li u Na2Ti3O7 có dung lượng đạt 189 mAh/g nạp xả cư ng đ dòng 0,1 C dải n từ đến 2,5 V Tuy nhiên, dung lượng vật li u Na2Ti3O7 giảm nhanh sau 100 chu kỳ, dung lượng trì 32% so với dung lượng chu kỳ thứ vật li u 40 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Tơ Văn Nguy n, Ngơ Thị Hồng, Lương Trung Sơn, Tr n Danh Tuấn, Hoàng Mạnh Hà, Nguyễn Văn Nghĩa, “T ng hợp nano TiO2 dùng làm vật li u n c c âm pin ion Natri” Tạp chí khoa h c Kỹ thuật H c vi n Kỹ thuật Quân s – Số 214 (05/2021) – ISSN 1859 – 0209 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 [1] Aeimbhu, A (2018), "Effect of calcination temperature on morphology, wettability and anatase/rutile phase ratio of titanium dioxide nanotube arrays", Materials Today: Proceedings, Vol 5, pp 14950-14954 [2] Ashish Rudola, Kuppan Saravanan, Chad W Masona and Palani Balaya (2013), “Na2Ti3O7: an intercalation based anode for sodium-ion battery applications”, J Mater Chem A, (1), pp.2653–2662 [3] Chen, J S., et al (2010), "Constructing Hierarchical Spheres from Large Ultrathin Anatase TiO2 Nanosheets with Nearly 100% Exposed (001) Facets for Fast Reversible Lithium Storage", Journal of the American Chemical Society, Vol.132, (17), pp 6124-6130 [4] Chunjin Wu, Weibo Hua, Zheng Zhang, Benhe Zhong, Zuguang Yang, Guilin Feng, Wei Xiang, Zhenguo Wu, and Xiaodong Guo (2018), “Design and Synthesis of Layered Na2Ti3O7 and Tunnel Na2Ti6O13 Hybrid Structures with Enhanced Electrochemical Behavior for Sodium-Ion Batteries”, Adv Sci., (5), pp.1800519 [5] Dai, Z., et al (2017), "Advanced Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries: What Determines Our Choices?", Small Methods, Vol.1, (5), pp.1700098 [6] El-Deen, S S., et al (2018), "Anatase TiO2 nanoparticles for lithium-ion batteries", Ionics, Vol.24, (10), pp.2925-2934 [7] Haojie Zhu, Ke Yang, Hua Lan, Shangshu Qian, Haoxiang Yu, Lei Yan, Nengbing Long, Miao Shui, Jie Shu (2017), “Electrochemical kinetics of Na2Ti3O7 as anode material for lithium-ion batteries”, Journal of Electroanalytical Chemistry, (788), pp.203–209 [8] Jang-Yeon Hwang, Seung-Taek Myung and Yang-Kook Sun (2017), “Sodiumion batteries: present and future”, Chem Soc Rev., (46), pp.3529-3614 [9] Jizhang Chen, Xiaoyan Zhou, Changtong Mei, Junling Xu, Ching-Ping Wong (2017), “Improving the sodiation performance of Na2Ti3O7 through Nbdoping”, Electrochimica Acta, (224), pp.446-451 [10] Juan Yang, Dan Li, Xin Wang, Xujie Yang and Lude Lu (2003), “Study on the 42 synthesis and ion-exchange properties of layered titanate Na2Ti3O7 powders with different sizes”, Journal of Materials Science, (38), pp.2907–2911 [11] Kim, S W.; Seo, D H.; Ma, X H.; Ceder, G.; Kang, K (2012), “Electrode Materials for Rechargeable Sodium‐Ion Batteries: Potential Alternatives to Current Lithium‐Ion Batteries”, Adv Energy Mater, (2), pp.710-722, (6.13) [12] Kuratani, K.; Uemura, N.; Senoh, H.; Takeshita, H T.; Kiyobayashi, T (2013), “Conductivity, viscosity and density of MClO4 (M = Li and Na) dissolved in propylene carbonate and γ-butyrolactone at high concentrations”, J Power Sources, (223), pp.175-182 [13] L-Fan.; X.F-Li (2018), “Recent Advances in Effective Protection of Sodium Metal Anode”, Nano Energy, (53), pp.630-642, (6.19) [14] Liu, Y., et al., "Influence of crystal phase on TiO2 nanowire anodes in sodium ion batteries," Journal of Materials Chemistry A, Vol 5, No 37, pp 2000520013, 2017 [15] Liu, Z., et al.(2013), "Nanostructured TiO2(B): The effect of size and shape on anode properties for Li-ion batteries", Progress in Natural Science: Materials International, Vol.23, No.3, pp.235-244 [16] Micheal, R.S (1989), “Practical Handbook of physical properties of Rocks and Mineral”, CRC Press: Boca Raton, FL [17] Miguel A Mu oz-Marquez, Maider Zarrabeitia, Elizabeth Castillo-Mart nez, Aitor Egu a-Barrio, Teof lo Rojo, and Montse Casas-Cabanas (2015), “Composition and Evolution of the Solid-Electrolyte Interphase in Na2Ti3O7 Electrodes for Na-Ion Batteries: XPS and Auger Parameter Analysis”, ACS Appl Mater Interfaces, 7(14), pp.7801-7808 [18] Moriwake, H., et al.(2017), "Why is sodium-intercalated graphite unstable?", RSC Advances, Vol.7, (58), pp.36550-36554 [19] Nguyen, H., et al.(2020), "Mixing amorphous carbon enhanced electrochemical performances of NiCo2O4 nanoparticles as anode materials 43 for sodium-ion batteries", Applied Physics A, Vol.126, p.528 [20] Park, G.C., et al.(2017), "Effects of Calcination Temperature on Morphology, Microstructure, and Photocatalytic Performance of TiO2 Mesocrystals", Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol.56, (29), pp.8235-8240 [21] Park, J.Y., et al (2020), "An iron-doped NASICON type sodium ion battery cathode for enhanced sodium storage performance and its full cell applications", Journal of Materials Chemistry A, Vol 8, (39), pp 2043620445 [22] Perveen, T., et al.(2020), "Prospects in anode materials for sodium ion batteries - A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.119, pp.109549 [23] Ponrouch, A., A R Gi, and M.R Palacín(2013), "High capacity hard carbon anodes for sodium ion batteries in additive free electrolyte", Electrochemistry Communications, Vol 27, pp.85-88 [24] Qiao Ni, Ying Bai, Feng Wu, and Chuan Wu (2017), “Polyanion-Type Electrode Materials for Sodium-Ion Batteries’, Adv Sci., pp.1600275 [25] Qiao, R., et al.(2015), "Revealing and suppressing surface Mn(II) formation of Na0.44MnO2 electrodes for Na-ion batteries", Nano Energy, (16), pp.186195 [26] Rubio, S., et al.(2019), "Superior electrochemical performance of TiO2 sodium-ion battery anodes in diglyme-based electrolyte solution", Journal of Power Sources, Vol.432, pp.82-91 [27] Senguttuvan, P.; Rousse, G.; Seznec, V.; Tarascon, J.-M.; Palacín, M R (2013), “Na2Ti3O7: Lowest Voltage Ever Reported Oxide Insertion Electrode for Sodium Ion Batteries”, Chem Mater., (23), pp.4109−4111 [28] Shannon, R D (1976), “Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides”, Acta Crystallogr Sect A, (32), pp.751-767 44 [29] Slater, M D.; Kim, D.; Lee, E.; Johnson, C S (2013), “Sodium-Ion Batteries”, Adv Funct Mater, (23), pp.947-959 [30] T L Kulova, Y O Kudryashova, A A Kuz’mina, A M Skundin, I A Stenina, A A Chekannikov, A B Yaroslavtsev, J Libich (2019), “Study of degradation of Na2Тi3O7-based electrode during cycling”, Journal of Solid State Electrochemistry, (23), pp.455–463 [31] V L Chevrier and G Ceder (2011), “Challenges for Na-ion Negative Electrodes”, Journal of The Electrochemical Society, 158(9), pp.A1011A1014 [32] Wasalathilake, K C., et al (2020), "Recent advances in graphene based materials as anode materials in sodium-ion batteries", Journal of Energy Chemistry, Vol 42, pp 91-107 [33] Wei Wang, Chengjun Yu, Zheshuai Lin, Jungang Hou, Hongmin Zhua and Shuqiang Jiao (2013), “Microspheric Na2Ti3O7 consisting of tiny nanotubes: an anode material for sodium-ion batteries with ultrafast charge–discharge rates”, Nanoscale, (5), pp.594-599 [34] Wei Zou, Jianwen Li, Qijiu Deng, Jing Xue, Xinyi Dai, Aijun Zhou, Jingze Li (2014), “Microspherical Na2Ti3O7 prepared by spray-drying method as anode material for sodium-ion battery”, Solid State Ionics, (262), pp.192-196 [35] Xiao Yan, Deye Sun, Jicheng Jiang, Wenchao Yan, Yongcheng Jin (2017), “Self-assembled twine-like Na2Ti3O7 nanostructure as advanced anode for sodium-ion batteries”, Journal of Alloys and Compounds, (697), pp.208-214 [36] Y Leyet, F Guerrero, J Anglada-Rivera, D Wilson, R Peña-Garcia, A Delgado, Y Guerra (2017), “Anomalous ferromagnetic response in Na2Ti3O7 nanopowder obtained by the sonochemical method”, Mater Res Express, (4) [37] Yan, D and L Pan (2016), "A new sodium storage mechanism of TiO2 for sodium ion batteries", Inorganic Chemistry Frontiers, Vol.3, (4), pp 464-468 [38] Yang, X., et al (2015), "Anatase TiO2 nanocubes for fast and durable 45 sodium ion battery anodes", Journal of Materials Chemistry A, Vol.3, (16), pp.8800-8807 [39] Zhang, X., et al (2017), "Synthesis and photocatalytic activities of H 2Ti6O13 nanofibers and anatase TiO2 nanofibers with high-density nanocavities", Journal of Alloys and Compounds, Vol.712, pp.549-554 46