0944 nghiên cứu điều chế vật liệu trên cơ sở thiếc (sn) nano làm vật liệu anode cho pin sạc lithium luận văn tốt nghiệp

BỘ GIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠI HỌC QUYNHƠN PHẠM THỊ LANPHƯƠNG NGHIÊNCỨUĐIỀUCHẾVẬTLIỆU TRÊN CƠ SỞ THIẾC (Sn) NANO LÀM VẬT LIỆU ANODECHOPINSẠCLITHIUM Chuyên ngành: Hóa lý thuyết Hóa lýMãsố:8440119 Ngườihướngdẫn:GS.TS.VõViễn LỜICAMĐOAN Tơixincamđoanđâylàcơngtrìnhnghiêncứucủariêngtơi,đượcthựchiện dướisự hướngdẫn khoahọccủaGS.TS VõViễn Cács ố l i ệ u , n h ữ n g k ế t l u ậ n n g h i ê n c ứ u đ ợ c t r ì n h b y t r o n g l u ậ n v ă n n àylàtrung thực vàchưatừng cơngbố bấtcứhìnhthứcnào Tơi xin chịutráchnhiệmvềnghiêncứu củamình Quy Nhơn, tháng năm 2022Tácgiảluậnvăn PhạmThịLanPhương LỜICẢMƠN Phía sau thành cơng ln đồng hành giúp đỡ củanhững người thân bên cạnh Trong khoảng thời gian em thực hiệnluận văn này, em nhận ủng hộ, quan tâm giúp đỡ tận tình từgia đình, Q Thầy Cơ bạn bè Qua em xin gửi lời cảm ơn chân thànhcủamìnhđếnnhữngngười đãgiúpđỡemhồnthành đềtài này: Lời đầu tiên, em xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc đếnGS.TS Võ Viễn - người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện chiasẻ cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian hoànthành luận văn thạc sĩ Khơng vậy, Thầy cịn người tạo điều kiện chochúng em có trải nghiệm thực tế phịng thí nghiệm Hóa Lý Ứngdụng trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia thành phố HồChí Minh Qua đó, em muốn dành lời cảm ơn chân thành đếnPGS.TS Trần Văn Mẫn - người tận tụy hướng dẫn chúng em tiếp cận vớicác thiết bị phịng thí nghiệm Hóa Lý Ứng dụng chia sẻ cho chúng emnhững kiến thức bổ ích q trình hồn thành luận văn thạc sĩ Và emcũng muốn cảm ơn đến thành viên phịng thí nghiệm Hóa Lý Ứngdụng, đặc biệt bạn Lê Minh Kha - người vô tỉ mỉ, cẩn thận nhiệthuyết hướng dẫn chúngem làmviệcvớicácthiết bị củaphịngthí nghiệm Em xin tỏ lịng biết ơn đến Q Thầy Cơ Khu Thínghiệm - Thực hành, Khoa Khoa học Tự nhiên, trường Đại học Quy Nhơn đãnhiệt tình bảo, giúp em thực phép đo có nhiều ý kiến đóng gópvàokếtquảcủaluậnvăn.Đặcbiệt,emxingửilờicảmơnchânthànhđếnanhLê Quốc Đạt, Trần Hữu Hà tận tình giúp đỡ em q trình làm thínghiệm, thảo luận vàcơngbốkết Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn HữuLân - người đồng hành ủng hộ em chặng đường theo đuổi trithứcvàchia sẻcho emnhữngkinhnghiệmquýbáutrongsuốt thờigianqua Cuốic ù n g , e m x i n d n h t ì n h c ả m đ ặ c b i ệ t đ ế n B a M ẹ , n g i t h â n v người bạn phịng thí nghiệm Hóa học bền vững, đặc biệt bạnMinh,N h u n g v a n h N g ọ c M ọ i n g i đ ã l u ô n c h o e m đ ộ n g l ự c , l i đ ộ n g viên, cổ vũ tinh thần tiếp sức cho em tháng ngày vất vả mệtmỏi nhấtđểemcóđược ngàyhơmnay Mặc dù cố gắng thời gian thực luận văn, cịnhạn chế kiến thức thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên khơngtránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thơng cảm ýkiến đóng góp quý báu từ Quý Thầy Cô để luận văn em hoàn thiệnhơn Emxin chânthành cảmơn! Tácgiả luậnvăn PhạmThịLanPhương MỤCLỤC LỜI CAM ĐOANLỜICẢM ƠN DANHMỤC CHỮVIẾTTẮT DANHMỤC CÁC HÌNHVẼ MỞĐẦU 1 Lýdochọn đề tài .1 Mụctiêunghiên cứu Đốitượngvà phạmvinghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạmvinghiên cứu Phươngphápnghiên cứu 4.1 Phươngpháplýthuyết 4.2 Phươngphápthựcnghiệm 4.3 Phương pháp phân tích vàđánhgiá .7 Ýnghĩakhoahọcvàthực tiễn .7 5.1 Ýnghĩakhoahọc 5.2 Ýnghĩathựctiễn Cấutrúcluận văn .8 Chương 1.TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 10 1.1 Lịch sửpinlithium 10 1.2 Pin lithium 12 1.2.1 Giớithiệupinlithium .12 1.2.2 Cấutạo pinlithium 14 1.2.3 Vậtliệu cathode 17 1.2.4 Vậtliệu anode 19 1.2.5 Dung dịch chấtđiện phân .21 1.3 Ứng dụng vậtliệunền g-C3N4làmanodechopin lithium 22 1.4 Ứngdụng vậtliệunềncarbon(C)làmanodecho pin lithium 27 1.5 Vậtliệuthiếc (Sn) nano 29 1.5.1 Tổngquanvậtliệuthiếc(Sn)nano .29 1.5.2 Ứngdụngvật liệuthiếc(Sn)nano .31 1.6 Vấnđềcủaluậnvăn 31 Chương 2.THỰC NGHIỆM 33 2.1 Thiếtbị, hóachất, dụngcụ .33 2.1.1 Thiếtbị 33 2.1.2 Hóachất 33 2.1.3 Dụngcụ 33 2.2 Tổng hợp vậtliệu 34 2.2.1 Tổng hợpvậtliệu thiếc 34 2.2.1.1 Tổnghợpvậtliệu Sn phươngphápthủynhiệt 34 2.2.1.2 Tổnghợpvậtliệubằngphươngphápoxyhóatrongdungdịchởn hiệtđộthấp 34 2.2.1.3 Tổnghợpvậtliệubằngphươngphápoxyhóatrongdungdịchởn hiệtđộcao 34 2.2.2 Tổnghợpvậtliệu g-C3N4 34 2.2.3 Tổnghợpvậtliệu carbon(C) 35 2.2.4 Tổnghợpvậtliệucomposite Sn/g-C3N4 35 2.2.5 TổnghợpvậtliệucompositeSn/C .35 2.3 Cácphương pháp đặctrưng vậtliệu .36 2.3.1 Phươngphápnhiễuxạ tiaX(X-rayDiffraction) 36 2.3.2 Phươngpháp phổhồngngoại (IR) 37 2.3.3 Phươngpháp hiểnvi điệntử quét (SEM) 37 2.3.4 Phươngpháphiểnvi điệntửtruyềnqua(TEM) 38 2.3.5 Phươngpháp phổtán xạnănglượng tiaX(EDS) .39 2.4 Đặctrưngđiệnhóa 40 Chương 3.THẢO LUẬNVÀ KẾT QUẢ .46 3.1 Đặctrưng vậtliệu .46 3.1.1 Đặctrưngvậtliệuthiếc(Sn) 46 3.1.2 Đặctrưngvậtliệucomposite Sn/g-C3N4 47 3.1.3Đặctrưng vậtliệucompositeSn/C 53 3.2 Đặctrưngđiệnhóa 56 3.2.1 ĐặctrưngđiệnhóavậtliệuSnvàcompositeSn/g-C3N4 56 3.2.2 Đặctrưngđiệnhóa vậtliệu composite Sn/C 60 3.2.3 Đặctrưngđiệnhóa mẫu Sn-C 68 KẾT LUẬN 72 KIẾNNGHỊ 73 TÀI LIỆU THAMKHẢO 74 QUYẾTĐỊNH GIAOTÊNĐỀTÀILUẬNVĂNTHẠCSĨ(BẢNSAO) DANHMỤCCHỮ VIẾT TẮT IR: ngoại)IoT: LIB: Infrared Spectroscopy (Phổ hồng InternetofThings Lithium-ionbattery(Pinliti) SEM: quét)SEI TEM: Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử Solid electrolyteinterphase(Lớpđiện phân rắn) XRD: TransmissionElectronMicroscopy(Kínhhiểnviđiệntửtruyền qua) X-RayDiffraction(NhiễuxạtiaX) DANHMỤCCÁC HÌNHVẼ Hình1.1.Sosánhcáccơngnghệsạckhácnhauvềmậtđộnănglượngvàmật độnănglượngriêng Hình1.2.Hìnhdạngcấuhìnhcácthànhphầncủacácloạipinlithiumkhácnhau 15 Hình1.3.Sơđồcủapinlithiumthơngthường 16 Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể dung lượng xả đạidiện cấu trúc vật liệuđancài:cấutrúclớp(LiCoO2)(a), cấutrúcspinel(LiMn2O4) (b),cấutrúcolivin(LiFePO4)(c),cấutrúctavorit(LiFeSO4F) (d)vàdunglượngxảcủacácvậtliệucatốtđancài(e) .17 Hình1.5.Hìnhminhhọabacơchếsạc/xảcủavậtliệuanode .19 Hình 1.6.Cấutrúctinh thểcủamelonnhư cácpolymerg-C3N4(a) vàstriazine(b)vàtri-s-triazine(c)củag-C3N4 23 Hình 1.7 Năng lực sạc/xả mật độdòng 1C (1000 mA/g) vật liệu (a),năng lực sạc/xả mật độ dòng khácnhau MS/CN (b), phântích liệuqtthếcatốt(c),đónggópcủagiảtụ(pseudocapacitive)và đan cài (intercalation) vào dung lượng chungcủađiêncựcMS/CN(d),vàảnhTEMcủaMS/CN,trongđ ó MS/C N ký hiệu chocác mẫu composite MoS2(MS) g-C3N4(CN) (e) 24 Hình 1.8 Năng lực sạc/xả mật độdòng 1C (1000 mA/g) vật liệu (a),năng lực sạc/xả mật độ dòng khác vật liệu (b),định lượng đóng góp giả tụ (c), đóng góp giả tụ đan cài vàodunglượngchungcủađiệncựcWS/CN5(d),vàảnhSEMcủaWS/CN-5(e) .25 Hình1.9.Sơđồtómtắttừquytrìnhtổnghợpđếncácphảnứngđiệnhóaxảy ratrongvậtliệucompositeSnS2@g-C3N4 26 Hình1.10.Nănglựcsạc/xảởmậtđộdịng500mA/gcủacácvậtliệu(a),nănglựcsạc/ xảởcácmậtđộdịngkhácnhaucủacácvậtliệu(b),địnhlượngđónggópgi ảtụ(c),đónggópcủagiảtụvàđancàivàodung lượngchungcủacácđiêncực(d),vàảnhHR-TEMcủa3SCN(e) .26 Hình2.1.SơđồnguyênlýphổEDS 40 Hình 2.2 Dạng tiêu biểu đường cong CV cách xác định giá trị thếđỉnhvàdòngđỉnh 40 Hình3.1.GiảnđồnhiễuxạtiaXcủavậtliệuSn-A,Sn-C,Sn-HvàSn 46 Hình3.2.GiảnđồnhiễuxạtiaXcủavậtliệuSn/g-C3N4 48 Hình3.3.PhổhồngngoạicủavậtliệuSn,g-C3N4vàSn/g-C3N4 .49 Hình3.4.HìnhảnhSEMcủavậtliệuSn(a),g-C3N4(b)vàSn/g-C3N4(c) 50 Hình3.5.PhổEDScủamẫuvậtliệuSn(a),g-C3N4(b)vàSn/g-C3N4(c) 51 Hình3.6.HìnhảnhTEMcủavậtliệuSn(a),g-C3N4(b)vàSn/g-C3N4(c) 52 Hình3.7.GiảnđồnhiễuxạtiaXcủavậtliệuCvàSn/C .53 Hình3.8.PhổhồngngoạicủavậtliệuSn,CvàSn/C 54 Hình3.9.HìnhảnhSEMcủavậtliệuC(a)vàSn/C(b) 55 Hình3.10.PhổEDScủamẫuvậtliệuC(a)vàSn/C(b) .55 Hình3.11.HìnhảnhTEMcủamẫuvậtliệuC(a)vàSn/C(b) .56 Hình3.12.QtthếvịngSn/g-C3N4trongbachukỳđầutiên 57 Hình3.13.DunglượngtraođổiionliticủamẫuSn(a),Sn/g-C3N4(b) .58 Hình3.14.Khảnănglưutrữdunglượngvớicácmậtđộdịngkhácnhaucủa vậtliệuSnvàSn/g-C3N4 59 Hình3.15.QtthếvịngSn/Ctrongbachukỳđầutiên 61 Hình 3.16.Đường congsạc xả củamẫuSn(a),Sn/C(b),Sn/g-C3N4 (c) vàdunglượngtraođổiionliticủamẫuSn,Sn/C,Sn/g-C3N4(d) 62 Hình3.17.KhảnănglưutrữdunglượngvớicácmậtđộdịngcủamẫuSn,Sn/CvàSn/ g-C3N4 65 Hình 3.18 Giản đồ so sánh dung lượng xả (a) lưu trữ dung lượng với cácmật độdòng khácnhau(b)củavậtliệucompositeSn/g-C3N4vàSn/ C 66 Hình3.19.PhổtổngtrởcủacácmẫuSn/g-C3N4vàSn/C 67 Hình3.20.QtthếvịngSn-Ctrongbachukỳđầutiên 68 Hình3.21.DunglượngtraođổiionliticủamẫuSn(a)Sn-C(b) 69 Hình3.22.KhảnănglưutrữdunglượngvớicácmậtđộdịngcủamẫuSnvà Sn-C .71