Nghiên cứu chế tạo siêu tụ trên hệ vật liệu cntnano si pani trung tâm nghiên cứu triển khai khu công nghệ cao

BAN QUẢN LÝ KHU CÔNG NGHỆ CAO TP HCM TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI KHU CÔNG NGHỆ CAO BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SIÊU TỤ TRÊN HỆ VẬT LIỆU CNT/Nano Si/PANI CHỦ NHIỆM: TS ĐỖ HỮU QUYẾT TP.HCM, tháng 04 năm 2017 BAN QUẢN LÝ KHU CÔNG NGHỆ CAO TP HCM TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI KHU CÔNG NGHỆ CAO BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SIÊU TỤ TRÊN HỆ VẬT LIỆU CNT/Nano Si/PANI CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI CƠ QUAN CHỦ TRÌ TP.HCM, tháng 04 năm 2017 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH VIẾT CHỮ TẮT MỤC LỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ MỤC LỤC BẢNG 11 CHƢƠNG 0: TỔNG QUAN BÁO CÁO NGHIỆM THU 12 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 18 1.1 Tình hình nghiên cứu siêu tụ điện nói chung giới 18 1.2 Tình hình nghiên cứu siêu tụ dẻo 19 1.2.1 Tình hình nghiên cứu siêu tụ Việt Nam trung tâm nghiên cứu triển khai, khu CNC - TPHCM 21 1.2.2 Tính cấp thiết đề tài 22 1.2.3 Ý nghĩa tính khoa học thực tiễn 23 CHƢƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 24 2.1 Nghiên cứu chế tạo màng điện giải dẻo 24 2.1.1 Quy trình điều chế dung dịch điện giải 24 2.1.2 Quy trình điều chế màng điện giải dẻo 26 2.2 Quy trình chế tạo điện cực composite CNT/ nano Si/ PANI CNT/PANI/V2O5 27 2.2.1 Điều chế chế tạo hệ dung dịch CNT/nanoSi/PANI phương pháp trộn 27 2.2.2 Điều chế màng xốp CNT 35 2.2.3 Chế tạo điện cực composite CNT/Nano Si/PANI phương pháp điện hoá 37 2.2.4 Chế tạo điện cực composite CNT/PANI/V2O5 phương pháp điện hóa 38 2.3 Quy trình chế tạo prototype siêu tụ đơn 42 2.3.1 Thiết kế tạo hình 44 2.3.2 Nghiên cứu chế tạo prototype siêu tụ đơn từ dung dịch phân tán composite màng điện giải dẻo 45 2.3.3 Nghiên cứu chế tạo prototype siêu tụ đơn từ màng điện cực xốp CNT/Nano Si/PANI V2O5 dung dịch điện giải lỏng 46 2.4 Quy trình chế tạo prototype stack siêu tụ 48 Các phương pháp đo đạc, phân tích, đánh giá 50 Sử dụng kính hiển vi điện tử quét FE-SEM (FE-SEM, S-4800, Hitachi) 50 Phân tích FT-IR 50 Phổ hấp thụ UV-Vis 51 Sử dụng máy điện hóa 51 Sử dụng máy đo I-V, tổng trở, nội trở 52 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Nội dung 1: Nghiên cứu chế tạo chất điện giải 53 3.1.1 Kết điều chế hệ keo PVA-H2O 53 3.1.2 Kết đo bề dày màng chất điện giải 53 3.1.2 Kết đo phân tích nhiệt trọng lượng 56 3.2 Nội dung : Tổng hợp hệ điện cực composite CNT/nano Si/PANI CNT/PANI/V205 58 3.2.1 Điều chế chế tạo hệ dung dịch CNT/nanoSi/PANI phương pháp trộn 58 3.2.2 Điều chế màng xốp CNT 70 3.2.3 Chế tạo điện cực composite CNT/Nano Si/PANI phương pháp điện hóa 78 3.24 Chế tạo điện cực composite CNT/PANI/V2O5 phương pháp điện hóa 81 3.3 Nội dung 3: Chế tạo prototype siêu tụ đơn 94 3.4 Nội dung 4: Chế tạo stack siêu tụ đo đạc thơng số siêu tụ 105 3.4.1 Hình ảnh siêu tụ điện 105 3.4.2 Kiểm tra điện dung điện áp 105 3.4.3 Kiểm tra tuổi thọ nạp xả 106 3.4.4 Kiểm tra lưu giữ điện áp ngày 107 3.4.5 Kiểm tra nhiệt độ làm việc 108 3.4.6 Nội trở mạch điện tương đương 108 3.4.7 So sánh thông số Stack bipolar tụ 112 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 114 4.1 Nghiên cứu chế tạo chất điện giải 114 4.2 Tổng hợp hệ điện cực composite CNT/ nano Si/ PANI CNT/PANI/V2O5 114 4.2.1 Điều chế chế tạo hệ dung dịch CNT/nanoSi/PANI phương pháp trộn 114 4.2.2 Điều chế màng xốp CNT 114 4.2.3 Chế tạo điện cực composite CNT/Nano Si/PANI phương pháp điện hóa 115 4.2.4 Chế tạo điện cực composite CNT/PANI/V2O5 phương pháp điện hóa 115 4.3 Chế tạo prototype siêu tụ đơn 116 4.4 Chế tạo prototype stack siêu tụ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 DANH SÁCH VIẾT CHỮ TẮT CNTs Carbon nanotubes (Than ống nano) PANI Poly Aniline ( Polyme Aniline) SDS Natri dodecyl sulfate APS Ammonium persulfate CNTnf Non - Functionalized Carbon nanotubes (Than ống nano chưa biến tính) CNTf Functionalized Carbon nanotubes ((Than ống nano biến tính) EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xạ lượng) SEM Scanning electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét) UV-VIS Ultraviolet- visible ( Phổ tử ngoại – khả kiến) FTIR Fourier transform infrared (Phổ hồng ngoại) NMP N-methyl pyrolidone PANI ES Polyaniline emeraldine salt SOHIO Standard Oil Company, Cleveland, Ohio CV Cyclic Votammetry IPA Isoroponal Alcohol MỤC LỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1:Một số kết nghiên cứu siêu tụ điện ban đầu trung tâm nghiên cứu triển khai 22 Hình 1: Sơ đồ điều chế dung dịch PVA/H3PO4 25 Hình 2: Sơ đồ điều chế dung dịch PVA/LiCl 26 Hình 3: Màng PVA/H3PO4 đổ khn đĩa Petri 27 Hình 4: Sơ đồ tổng hợp PANI 29 Hình 5: Sơ đồ tổng hợp CNTnf-PANI 30 Hình 6: Sơ đồ biến tính CNT 31 Hình 7: Sơ đồ tổng hợp CNTf-PANI 32 Hình 8: Tổng hợp CNTf-PANI- Nano Si 34 Hình 9: Quy trình chế tạo giấy Bucky phương pháp lọc chân không 36 Hình 10: Giấy bucky 41 Hình 11: Điện cực dùng tổng hợp V2O5 42 Hình 12: Thiết bị quét vòng Epsilon 42 Hình 13: Cấu trúc siêu tụ đơn 43 Hình 14: Sơ đồ chế tạo đơn siêu tụ 43 Hình 15: Màng điện giải PVA/ H3PO4 45 Hình 16: Hình ảnh siêu tụ điện 45 Hình 17: Sơ đồ bước chế tạo điện cực composite phương pháp tổng hợp in-situ 47 Hình 18: Cấu trúc stack siêu tụ ghép lưỡng cực 48 Hình 19: Phương pháp ghép stack bipolar 49 Hình 1: Dung dịch gel PVA/H3PO4 53 Hình 2: màng PVA/H3PO4 điều chế phương pháp casting 54 Hình 3: Đồ thị biểu diễn biến thiên tốc độ quay độ dày màng PVA/H3PO4 55 Hình 4: Giản đồ phân tích nhiệt a) mẫu PVA/H3PO4 b) PVA//LiCl 57 Hình 5: Phổ FT-IR PANI 59 Hình 6: Ảnh đo UV-VIS PANI mẫu 201204-14-1 60 Hình 7: Ảnh đo UV-VIS PANI 60 Hình 8: CV PANI 61 Hình 9: Ảnh UV-VIS CNTnf-PANI 62 Hình 10: Ảnh SEM CNTnf-PANI 62 Hình 11: Ảnh SEM CNTnf-PANI 63 Hình 12: Ảnh CV CNTnf-PANI 64 Hình 13: Phổ FT-IR CNTf 64 Hình 14: a) CNT chưa biến tính, b) CNT biến tính 65 Hình 15: Ảnh SEM CNT a) chưa biến tính, b) biến tính 65 Hình 16: Ảnh SEM CNTf-PANI 66 Hình 17: Ảnh CV CNTf-PANI 66 Hình 18: Ảnh SEM CNTf-PANI-Nano Si 69 Hình 19: Ảnh UV-VIS CNTf-PANI-Nano Si 69 Hình 20: Ảnh đo CV CNTf-PANI-Nano Si 70 Hình 21: Ảnh FE SEM nguyên liệu ban đầu than ống nano 71 Hình 22: Hình ảnh FESEM mẫu giấy Bucky với thời gian đánh siêu âm 10 phút 72 Hình 23: Hình ảnh FESEM mẫu giấy Bucky với thời gian đánh siêu âm 20 phút 73 Hình 24: Hình ảnh FESEM mẫu giấy Bucky với thời gian đánh siêu âm 30 phút 73 Hình 25: Đồ thị biểu diễn độ dẫn điện theo thời gian công suất đánh siêu âm khác 74 Hình 26: Đồ thị biểu diễn độ dày theo thời gian công suất đánh siêu âm khác 74 Hình 27: Đồ thị thể độ dày giấy Bucky với thời gian đánh siêu âm công suất siêu âm 1000W 75 Hình 28: Hình ảnh FESEM mẫu giấy Bucky với công suất đánh siêu âm 500W 76 Hình 29: Hình ảnh FESEM mẫu giấy Bucky với cơng suất đánh siêu âm 700 W 77 Hình 30: Hình ảnh FESEM mẫu giấy Bucky với công suất đánh siêu âm 900 W 77 Hình 31: Hình ảnh FESEM mẫu giấy Bucky với công suất đánh siêu âm 1000 W 78 Hình 32: Đồ thị biểu diễn thay đổi khối lượng giấy bucky sau tổng hợp PANi/nano Si 80 Hình 33: Đồ thị biểu diễn thay đổi điện dung điện cực CNTs, CNTs/PANi, CNTs/PANi/nano Si 81 Hình 34 : Phổ UV-vis PANI-EB (a), PANi-ES (b) dung mơi IPA 82 Hình 35: Ảnh SEM PANI-EB (a), PANi-ES (b) 83 Hình 36: Trạng thái oxy hóa hay mức độ oxy hóa PANi 85 Hình 37: Đường đặc trưng C-V trình tổng hợp PANi 86 Hình 38: Q trình ơxi hóa aniline dung dịch HCl để tạo dây nano PANi 87 Hình 39: Đạc trưng CV mẫu composite CNTs/PANI 0.3M tốc độ quét 88 Hình 40: Điện dung riêng mẫu composite CNTs/ PANi 0.3M tốc độ quét khác 88 Hình 41: Ảnh SEM PANi 0.3M, sợi CNT bao phủ PANi a), mẫu CP1 b), mẫu CP2 c), mẫu CP3 thang đo 10 µm d), mẫu CP3 thang đo µm e) mẫu CP3 thang đo µm f), phổ EDX mẫu CP3 g) 90 Hình 42: Đặc trưng C-V trình tổng hợp V2O5 lên composite CNT/PANi nồng độ khác 91 Hình 44: Điện dung mẫu composite ba thành phần tốc độ quét 2mVs 94 Hình 43: Đường dặc trưng CV mẫu composite ba thành phần tốc độ quét 2mVs -1 94 Hình 45: Hình ảnh SEM điện cực CNT/ PANI tốc độ quét 10mV/s; cường độ dòng: 100mA; số vòng quét: 10 vòng; đầu: -200 mV; cuối: 800 mV với nồng độ aniline: a) 0.1M; b) 0.2M; c) 0.3M; d) 0.4M 95 Hình 46: Kết đo CV mẫu đơn tụ sử dụng điện cực giấy bucky: a) với tốc độ quét 10mV/s;b) với tốc độ quét 1mV/s 95 Hình 47: Kết đo CV mẫu đơn tụ sử dụng điện cực CNT/ PANI: a) điện dung tụ điện với tốc độ quét 2mV/s; b) tốc độ tự xả tụ đơn vòng 100s 96 Hình 48: Kết đo CV điện áp tự xả đơn tụ sử dụng màng điện giải PVA/H3P04, điện cực dẫn CNT 99 Hình 49: Kết đo CV điện áp tự xả đơn tụ sử dụng màng điện giải giấy lọc thấm dung dịch keo PVA/LiCl 99 Hình 50: Điện áp tự xả ghép song song đơn tụ sử dụng màng điện giải giấy lọc thấm dung dịch PVA/LiCl nạp 3V 100 Hình 51: Điện áp tự xả ghép nối tiếp đơn tụ nạp volt 101 Hình 52: Đèn led sáng ghép nối tiếp đơn tụ sử dụng màng điện giải giấy lọc thấm dung dịch PVA/LiCl 101 Hình 53: Kết đo CV cho tự xả stack siêu tụ gồm đơn tụ ghép song song sử dụng điện cực dẫn phôi đồng (nạp 2V-xả vịng 100s) 101 Hình 54: Hình ảnh stack gồm đơn tụ 102 Hình 55: Kết đo CV cho tự xả stack siêu tụ gồm đơn tụ ghép song song sử dụng điện cực dẫn CNT 102 Hình 56: Kết đo CV điện áp tự xả đơn tụ sử dụng điện cực composite thành phần CNT/ PANI/ nano Si với tốc độ quét mV/s 103 Hình 57: Kết đo CV điện áp tự xả đơn tụ sử dụng điện cực xốp thành phần CNT/ PANI/ V2 05 tốc độ quét 2mV/s 104 Hình 58: Hình ảnh stack siêu tụ điện ghép bipolar lớp 105 Hình 59: Đặc trưng CV tốc độ quét 10 mV/s stack siêu tụ 106 Hình 60: Đặc trưng dòng điện quét kiểm tra tuổi thọ nạp xả 107 Hình 61: Sự sụt điện áp stack siêu tụ tượng tự xả 108 Hình 62: Thí nghiệm kiểm tra nhiệt độ làm việc kết 108 Hình 63: Phổ tổng trở siêu tụ 111 Hình 64: Phổ tổng trở mơ hình mạch điện tương đương 111 Hình 65: Giản đồ Ragon so sánh thông số lượng công suất 113 10 khác từ 10 000 Hz đến 100 mHz, với điện áp dao động +/- 10 mV xung quanh giá trị điện áp hở mạch Phần ảo thể dung kháng tụ, phần thực điện trở Ohmic Trên hình ta thấy bắt đầu vài điểm điện trở ảo âm, tức siêu tụ thể tính cảm kháng, nhiễu tần số cao Tiếp đến vòng bán nguyệt, có điểm đầu cuối sát trục hồnh, có điện trở thực khoảng 0,2 ohm 0,29 ohm Ở tần số (ω) cao, dung kháng gần ZC  ω C Khi đó, tụ điện túy trở kháng Ohmic (Rs), bao gồm điện trở điện cực, dây dẫn, mối nối điện trở ion dung dịch điện giải Để hiểu hình thành vịng bán nguyệt dựa chất hai loại điện dung vật liệu điện cực làm việc, điện dung double-layer (C0) giả điện dung (Cs) Điện dung double-layer điện dung tĩnh điện bề mặt vật liệu lớp tiếp xúc điện giải Còn giả điện dung song song với điện dung double-layer, sinh phản ứng oxi hóa khử vật liệu điện cực dung dịch điện giải Phản ứng oxi hóa khử kèm theo điện trở Faradaic trao đổi điện tích (Rct ) nối tiếp Như hình dung mạch điện tương đương gồm điện trở R s nối nối tiếp với cụm mạch song song C (Cs nối tiếp với Rct ) Cần phải xem xét thêm, siêu tụ đặt dao động điện tạo dạng sóng lớp hạt tíc h điện dung dịch, điện cực làm việc Do thành phần (Cs nối tiếp với R ct ) biểu diễn cấu trúc Warburg Circuit (Wo) hình 3.64 Từ mạch tương đương, chuẩn hóa mơ hình, tính thơng số vật lý, hóa học siêu tụ điện phần mềm Zview Trong trường hợp siêu tụ hình 3.63a, điểm giao sát trục hồnh vòng bán nguyệt điện trở ohmic 0,2 0,29 ohm Rs Rs + Rct Do nội trở (R s + Rct ) siêu tụ đạt 0,29 Ohm 110 im pedance ep chat_C01.m pr -Im(Z) vs Re(Z) 0,8 -Im(Z)/Ohm 0,6 0,4 0,2 -0,2 0,5 Re(Z)/Ohm im pedance bom dau` ep chat 2_C01.m pr -Im(Z) vs Re(Z) 3,5 -Im(Z)/Ohm 2,5 1,5 0,5 0 Re(Z)/Ohm Hình 64: Phổ tổng trở siêu tụ Hình 65: Phổ tổng trở mơ hình mạch điện tương đương 111 3.4.7 So sánh thông số Stack bipolar tụ Như phần trình bày, đo đạc nội trở r i = Rs + Rct siêu tụ điện, ta tính công suất riêng cực đại siêu tụ: P  Pmax  P  E max V m ri  CV 2m Các thông số stack siêu tụ sau: • Khối lượng m = 4.8 g • Điện dung C = 3,6 F • Kích thước: 3x4 cm2 • Nội trở: ri = 0.29 ohm • Vmax = ~3.3 V Mật độ lượng cơng suất tính sau: • Pmax = 2,33 kW/kg • Emax = 1.35 Wh/kg 112 Hình 66: Giản đồ Ragon so sánh thông số lượng cơng suất Trong giản đồ Ragone (hình 3.65) thấy siêu tụ điện chiếm vị trí quan trọng mặt lượng cơng suất Hiện việc lưu trữ lượng vần đề cần thiết điều đáp ứng siêu tụ điện có mật độ cơng suất cao mật độ lượng lớn Ngồi ra, stack siêu tụ hoạt động phạm vi rộng nhiệt độ có tuổi thọ nạp xả dài điểm bật cho ứng dụng Các tụ điện hóa học (electrochemical capacitor, EC) thương mại khơng có mật độ lượng lớn pin, để đáp ứng cho thiết bị có trọng lượng từ đến 10 kg Tuy nhiên, mật độ công suất EC lại vượt xa so với pin, với khả sạc xả lượng tích trữ vài giây có tuổi thọ lên đến 10 chu kỳ nạp xả phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường thiết bị tái chế 113 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua trình thực đề tài nhóm nghiên cứu đưa kết sau: 4.1 Nghiên cứu chế tạo chất điện giải  Đã chế tạo hệ dung dịch điện giải lỏng với loại chất điện giải H3PO4 LiCl với tỉ lệ thành phần hệ PVA/H2O/H3PO4 1:7:2 PVA/H2O/LiCl 1:7:2  Màng điện giải chế tạo phương pháp đổ khuôn sử dụng dung dịch gel PVA/H2O/H3PO4tỉ lệ 1:7:2 có độ dày khoảng 320µm sử dụng siêu tụ điện  Từ kết nghiên cứu cho thấy LiCl hịa tan tốt gel PVA mà khơng bị kết tinh q trình làm khơ gel Các gel trì đặc tính điện tính chất mà khơng cần phải làm ướt Hệ điện giải sử dụng LiCl hydrat hóa nước màng nhiều màng PVA sử dụng H3PO4 4.2 Tổng hợp hệ điện cực composite CNT/ nano Si/ PANI CNT/PANI/V2O5 4.2.1 Điều chế chế tạo hệ dung dịch CNT/nanoSi/PANI phƣơng pháp trộn  Điều chế PANI phương pháp hóa học  Đã điều chế hệ vật liệu CNTnf-PANI CNTf-PANI, tương ứng với hình thái hạt cầu sợi xen, có điện dung đạt tương ứng 40,57 Fg -1 127,16 Fg -1 với tỉ lệ khối lượng CNT Aniline 5:1  Đã điều chế composite CNTf-PANI-Nano Si với CNTf-PANI xen chặt chẽ hạt nano Si phân bố hệ composite thành phần với điện dung đạt 134,09 Fg -1 4.2.2 Điều chế màng xốp CNT  Chúng thấy thời gian cơng suất đánh siêu âm lớn than ống nano phân tán tốt 114  Công suất lớn máy siêu âm 1000 W thời gian đánh 30 phút cho độ phân tán than ống nano tốt độ đan xen than ống nano tốt  Thời gian công suất khảo sát không làm ngắn hay phá huỷ than ống nano  Chúng sử dụng giấy Bucky làm điện cực điện cực dẫn cho siêu tụ cho kết điện dung cao 4.2.3 Chế tạo điện cực composite CNT/Nano Si/PANI phƣơng pháp điện hóa  Đã tổng hợp điện cực composite CNT/Nano Si/PANI với điện dung cao 612.7 F/g phương pháp điện hóa 4.2.4 Chế tạo điện cực composite CNT/PANI/V2O5 phƣơng pháp điện hóa  Thực thành công phương pháp tổng hợp composite ba thành phần CNT/PANi/V2O5 phương pháp điện hóa trực tiếp lên giấy bucky PANi V2O5 có khả bám tốt, phủ lên bề mặt giấy bucky Composite thu thời gian ngắn, đảm bảo xác thành phần vật liệu cần tổng hợp đặc biết tổng hợp trực tiếp lên điện cực giấy bucky điều thuận lợi để chế tạo siêu tụ dẻo  Chế tạo thành công điện cực CNT/PANi/V2O5 phương pháp điện hóa với điện dung riêng cao 415 F/g Nghiên cứu cấu trúc hình thái PANi V2O= phép phân tích ảnh SEM co thấy PANi V2O5 bám tương đối đồng điện cực, cấu trúc bao phủ xung quanh sợi CNT làm tăng diện tích bề mặt tăng khả tích trữ lượng điện cực  Ngồi nhóm tác giả cịn tiến hành nghiên cứu, khảo sát thay đổi đặc trưng C-V điện cực phụ thuộc vào điều kiện chế tạo 115  Thơng qua phân tích kết tổng hợp khảo sát tính chất vật liệu khả ứng dụng điện cực composite ba thành phần CNT/PANi/V2O5 vào chế tạo siêu tụ điện cao Tóm lại, nhóm nghiên cứu đạt quy trình chế tạo điện cực composite với thành phần CNT/Nano Si/PANI với điện dung cao 612.7 F/g CNT/PANi/V2O5 415 F/g cao so với điện dung điện cực đăng ký từ 200 – 350 F/g 4.3 Chế tạo prototype siêu tụ đơn  Các mẫu tế bào siêu tụ dẻo với tính vượt trội mật độ lượng công suất Các sản phẩm sở để tiến tới ghép nối chế tạo siêu tụ hoàn chỉnh cho thiết bị điện tử dẻo, mang người  Khảo sát cách chế tạo đơn tụ dựa điện cực khác kết khác nhau: sử dụng điện cực giấy bucky kết điện dung thu 20 F/g tốc độ quét 2mV/s Kết tương đối ổn cho thấy phưng pháp chế tạo tương đối ổn định  Qua nghiên cứu khảo sát điện cực dẫn phôi đồng, phôi bạc giấy tẩm CNT thu kết sử dụng giấy tẩm quét CNT cho điện dung điện áp ổn định  Nghiên cứu chế tạo đơn tụ dựa điện cực xốp bucky tổng hợp PANI cho điện dung điện áp cao điện dung đạt 170 F/g điện áp lên tới 1.3volt  Các bước tiến hành tối ưu, chế tạo đơn tụ sử dụng điện cực xốp CNT/PANI/ V2O5 nano Si Đồng thời tiến hành chế tạo stack siêu tụ để ứng dụng vào mạch điện tử làm nguồn điện thắp sáng đèn led nguồn sạc điện thoại 116 4.4 Chế tạo prototype stack siêu tụ Stack siêu tụ chế tạo có thơng số lượng, cơng suất đặt mức trung bình so với sản phẩm siêu tụ giới Cụ thể sau: • Khối lượng 4.8 g • Điện dung tới 3,6 F • Kích thước: 3x4 cm2 • Nội trở: ri = 0.29 ohm • Pmax = 2,33 kW/kg • Emax = 1.35 Wh/kg • Vmax = ~3.3 V • t = 2s Việc cải thiện thơng số điện áp, điện dung hoàn toàn khả thi tiếp tục tiến hành 117 KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cứu đề tài nhóm đề tài kiến nghị tiếp tục nghiên cứu chế tạo thử nghiệm ứng dụng sản phẩm siêu tụ điện 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO Adam M N A survey of electrochemical supercapacitor technology (technical report) University of Technology – Sydney 2003 Nguồn: Frost &Sullivan report World Ultracapacitor Markets 2009 Marin S H., James C E Supercapacitors – A brief overview MITRE nanosystems group 2006 Wu Q, Xu Y, Yao Z, Liu A, Shi G Supercapacitors Based on Flexible Graphene/Polyaniline Nanofiber Composite Films ACS Nano 2010;4(4):1963-70 Frackowiak E., Khomenko V., et al Supercapacitors based on conducting polymers/nanotubes composites Journal of Power Sources 2005;2;153:413–418 He Y, Chen W, Li X, Zhang Z, Fu J, Zhao C, et al Freestanding ThreeDimensional Graphene/MnO Composite Networks As Ultralight and Flexible Supercapacitor Electrodes ACS Nano 2012;7(1):174-82 Qiang L, Munir H Nayfeh, Siu-Tung Yau, Brushed-on flexible supercapacitor sheets using a nanocomposite of polyaniline and carbon nanotubes, Journal of Power Sources, 2010, 195, 7480–7483 Qiang Liu, Munir H Nayfeh, Siu T Y Supercapacitor electrodes based on polyaniline–silicon nanoparticle composite Journal of Power Sources 2010;195:3956–3959 Arbizzani, C., M Mastragostino, et al New trends in electrochemical Supercapacitors Journal of Power Sources 2001;100(1-2):164-170 Laforgue, A., P Simon, et al Activated carbon/conducting polymer hybrid Supercapacitors Journal of the Electrochemical Society 2003;150(5):A645A651 10 Mastragostino, M., C Arbizzani, et al Conducting polymers as electrode materials in supercapacitors Solid State Ionics 2002;148(3-4):493-498 11 Li, H Q., L Cheng, et al A hybrid electrochemical supercapacitor based on a 5V Li-ion battery cathode and active carbon Electrochemical and Solid State Letters 2005;8(9): A433-A436 119 12 Pell, W G and B E Conway Peculiarities and requirements of asymmetric capacitor devices based on combination of capacitor and battery-type electrodes Journal of Power Sources 2004;136(2): 334-345 13 Wang, X and J P Zheng The optimal energy density of electrochemical capacitors using two different electrodes Journal of the Electrochemical Society 2004;151(10): A1683-A1689 14 Jayalakshmi M., Balasubramanian K Simple Capacitors to Supercapacitors - An Overview International Journal of Electrochemical Science 2008;3:1196 – 1217 15 Patrice Simon,Yury Gogotsi Materials for electrochemical capacitors Nature materials, 2008;7:845 – 854 16 Meng C, Liu C, et al Highly Flexible and All-Solid-State Paperlike Polymer Supercapacitors Nano Letters 2010;10:4025–4031 17 De Volder MFL, Tawfick SH, Baughman RH, Hart AJ Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications Science 2013;339(6119):535-9 18 Lu X, Yu M, Wang G, Tong Y, Li Y Flexible solid-state supercapacitors: design, fabrication and applications Energy & Environmental Science 2014;7(7):2160-81 19 Xu Y, Lin Z, Huang X, Liu Y, Huang Y, Duan X Flexible Solid-State Supercapacitors Based on Three-Dimensional Graphene Hydrogel Films ACS Nano 2013;7(5):4042-9 20 Chen Z, Augustyn V, Wen J, Zhang Y, Shen M, Dunn B, et al HighPerformance Supercapacitors Based on Intertwined CNT/V 2O5 Nanowire Nanocomposites Advanced Materials 2011;23(6):791-5 21 Fang W-C Synthesis and Electrochemical Characterization of Vanadium Oxide/Carbon Nanotube Composites for Supercapacitors The Journal of Physical Chemistry C 2008;112(30):11552-5 22 Kim I-H, Kim J-H, Cho B-W, Lee Y-H, Kim K-B Synthesis and Electrochemical Characterization of Vanadium Oxide on Carbon Nanotube Film Substrate for Pseudocapacitor Applications Journal of The Electrochemical Society 2006;153(6):A989-A96 120 23 Lee HY, Goodenough JB Supercapacitor Behavior with KCl Electrolyte Journal of Solid State Chemistry 1999;144(1):220-3 24 Perera SD, Patel B, Nijem N, Roodenko K, Seitz O, Ferraris JP, et al Vanadium Oxide Nanowire–Carbon Nanotube Binder-Free Flexible Electrodes for Supercapacitors Advanced Energy Materials 2011;1(5):93645 25 Reddy R Vanadium oxide electrode material for electrochemical capacitors, Electrochemical Society Proceedings, 2003-24 26 Wee G, Soh HZ, Cheah YL, Mhaisalkar SG, Srinivasan M Synthesis and electrochemical properties of electrospun V 2O5 nanofibers as supercapacitor electrodes Journal of Materials Chemistry 2010;20(32):6720-5 27 Hu C-C, Chang K-H Hydrothermal Synthesis of V2O5 1.9 H2O Single Crystals with Novel Electrochemical Characteristics Electrochemical and Solid-State Letters 2004;7(11):A400-A3 28 Coustier F, Hill J, Owens BB, Passerini S, Smyrl WH Doped Vanadium Oxides as Host Materials for Lithium Intercalation Journal of The Electrochemical Society 1999;146(4):1355-60 29 Lee K, Wang Y, Cao G Dependence of Electrochemical Properties of Vanadium Oxide Films on Their Nano- and Microstructures The Journal of Physical Chemistry B 2005;109(35):16700-4 30 Spahr ME, Stoschitzki-Bitterli P, Nesper R, Haas O, Novak P ChemInform Abstract: Vanadium Oxide Nanotubes A New Nanostructured Redox-Active Material for the Electrochemical Insertion of Lithium ChemInform 1999;30(47) 31 Nordlinder S, Edstrom K, Gustafsson T The Performance of Vanadium Oxide Nanorolls as Cathode Material in a Rechargeable Lithium Battery Electrochemical and Solid-State Letters 2001;4(8):A129-A31 32 Seng KH, Liu J, Guo ZP, Chen ZX, Jia D, Liu HK Free-standing V 2O5 electrode for flexible lithium ion batteries Electrochemistry Communications 2011;13(5):383-6 121 33 Wang Y, Cao G Developments in Nanostructured Cathode Materials for High-Performance Lithium-Ion Batteries Advanced Materials 2008;20(12):2251-69 34 Wang G, Lu X, Ling Y, Zhai T, Wang H, Tong Y-X, et al LiCl/PVA Gel Electrolyte Stabilizes Vanadium Oxide Nanowire Electrodes for Pseudocapacitors ACS Nano 2012 35 The An Ha, Van Man Tran and My Loan Phung L Nanostructured composite electrode based on manganese dioxide and carbon vulcan – carbon nanotubes for an electrochemical supercapacitor Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology 2013;4(3):035004 36 Tran T-H, Ho S-T, Nguyen T-D Nanofibrillar alginic acid-derived hierarchical porous carbon supercapacitors The Canadian Journal of Chemical Engineering 2014;92(5):796-802 37 Boukhalfa S, Evanoff K, Yushin G Atomic layer deposition of vanadium oxide on carbon nanotubes for high-power supercapacitor electrodes Energy & Environmental Science 2012;5(5):6872-9 38 Do QH, Zeng C, Zhang C, Wang B, Zheng J Supercritical Fluid Deposition of Vanadium Oxide on Multi-walled Carbon Nanotube Buckypaper for Supercapacitor Electrode Application Nanotechnology 2011;22(36):365402 39 Do QH, Smithyman J, Zeng C, Zhang C, Liang R, Zheng JP Toward binder-free electrochemical capacitor electrodes of vanadium oxidenanostructured carbon by supercritical fluid deposition: Precursor adsorption and conversion, and electrode performance Journal of Power Sources 2014;248(0):1241-7 40 I.-H Kim, J.-H Kim, B.-W Cho, Y.-H Lee, and K.-B Kim, “Synthesis and Electrochemical Characterization of Vanadium Oxide on Carbon Nanotube Film Substrate for Pseudocapacitor Applications,” J Electrochem Soc., vol 153, no 6, p A989, Jun 2006 41 A Ghosh, E J Ra, M Jin, H K Jeong, T H Kim, C Biswas, and Y H Lee, “High pseudocapacitance from ultrathin V2O5 films electrodeposited 122 on self-standing carbon-nanofiber paper,” Adv Funct Mater., vol 21, no 13, pp 2541–2547, 2011 42 A Manuscript, “Electro-Codeposition of Vanadium Oxide-Polyaniline Composite Nanowire Electrodes for High Energy Density Supercapacitors,” vol 1, pp 10882–10888, 2014 43 J Bao, X Zhang, L Bai, W Bai, M Zhou, J Xie, M Guan, J Zhou, and Y Xie, “All-solid-state flexible thin-film supercapacitors with high electrochemical performance based on a two-dimensional V2O5·H2O/graphene composite,” J Mater Chem A, vol 2, no 28, p 10876, Jun 2014 44 G Wang, X Lu, Y Ling, T Zhai, H Wang, Y Tong, and Y Li, “LiCl/PVA gel electrolyte stabilizes vanadium oxide nanowire electrodes for pseudocapacitors,” ACS Nano, vol 6, no 11, pp 10296–10302, 2012 45 Alexis Laforgue, Development of New Generation, Canada 46 Adam M N A survey of electrochemical supercapacitor technology (technical report) University of Technology – Sydney 2003 47 Byoung-Jin Kim, Seong-Geun Oh, Moon-Gyu Han, Seung-Soon Im, Synthetic Metals 122 (2001) 297-304 48 C Zhuo, J.Han, R.Guo, Macromolecules 42 (2009) 1252-1257 49 Cynthia Oueiny, Sophie Berlioz, Francois-Xavier Perrin, Progress in Polymer Science 39 (2014) 707-748 50 Boukhalfa S, Evanoff K, Yushin G Atomic layer deposition of vanadium oxide on carbon nanotubes for high-power supercapacitor electrodes Energy & Environmental Science 2012;5(5):6872-9 51 Dr.Jian Guo Zhu, University of technology, Sydney Faculty of Engineering, 23 June 2003 52 Do QH, Zeng C, Zhang C, Wang B, Zheng J Supercritical Fluid Deposition of Vanadium Oxide on Multi-walled Carbon Nanotube Buckypaper for Supercapacitor Electrode Application Nanotechnology 2011;22(36):365402 53 Do QH, Smithyman J, Zeng C, Zhang C, Liang R, Zheng JP Toward binder-free electrochemical capacitor electrodes of vanadium oxide123 nanostructured carbon by supercritical fluid deposition: Precursor adsorption and conversion, and electrode performance Journal of Power Sources 2014;248(0):1241-7 54 H Mi, X.Zhang, S Yang, X Ye, J Luo, Mater Chem Phys 112 (2008) 127-131 55 Marcelar A.Bavio, Geardo G.Acosta, Teresita Kessler, Journal of Power sources 245 (2014) 475-481 56 Munir H.Nayfeh, Qiang Liu, Siu-Tung Yau, Journal of Power sources 195 (2010) 3956-3959 57 M Meyyappan (2005) Carbon Nanotubes Science and Applications NASA Ames Research Center 15 58 Marin S H., James C E Supercapacitors – A brief overview MITRE nanosystems group 2006 59 Tran T-H, Ho S-T, Nguyen T-D Nanofibrillar alginic acid-derived hierarchical porous carbon supercapacitors The Canadian Journal of Chemical Engineering 2014;92(5):796-802 60 P.C.Ramamurthy, W R.Harrell, R.V.Gregory, B.Sadanadan, A.M.Rao, Synthetic Metals 137 (2003) 1497-1498 61 Qiang Liu, Munir H.Nayfeh, Siu-Tung Yau, Journal of Power sources 195 (2010) 7480-7483 62 J Hone (2004) Carbon Nanotubes: Thermal Properties Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology 607 63 Frackowiak E., Khomenko V., et al Supercapacitors based on conducting polymers/nanotubes composites Journal of Power Sources 2005;2;153:413–418 64 Veluru Jagadeesh Babu, Sesha Vempati, Seeram Ramakrishna, Conducting Polyaniline-Electrical Charge Transportation, Materials Sciences and Applications, Vol.4 No.1 (2013) 124