1 A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1.Ý nghĩa của luận án Hệ điện hoá bạc oxit - kẽm đã được sử dụng từ lâu, dưới dạng nguồn điện sơ cấp (pin) và nguồn điện thứ cấp (acquy). So với các loại nguồn điện hóa học thông thường khác, nguồn điện hóa bạc oxit - kẽm gọi tắt là nguồn điện bạc kẽm có tính năng vượt trội về năng lượng riêng, công suất riêng, cho phép phóng điện với dòng rất lớn và điện thế làm việc ổn định. Chính vì vậy, nó thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật cao cấp, đặc biệt là trong kỹ thuật vũ trụ, kỹ thuật quân sự. Trong kỹ thuật quân sự, nó được sử dụng làm nguồn động lực cho các loại tàu ngầm loại P của Hải quân, Đặc công; các loại ngư lôi, tên lửa của Hải quân; cung cấp điện năng cho các hệ thống điều khiển của máy bay chiến đấu để khởi động lại các động cơ trong tình huống chiến đấu. Hiện tại ở Việt Nam nguồn điện hoá bạc kẽm sử dụng chủ yếu trong vũ khí, trang thiết bị kỹ thuật quân sự nhập ngoại, giá thành cao; sản phẩm trong nước mới chỉ ở dạng thử nghiệm, vấn đề ứng dụng công nghệ cao như công nghệ nano chưa thực sự vận dụng, điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sự hình thành sản phẩm quốc nội có ý nghĩa cả về khoa học kỹ thuật lẫn giá trị kinh tế. Vì vậy việc nghiên cứu công nghệ chế tạo điện cực cũng như nguồn điện bạc kẽm có ý nghĩa lớn về khoa học cũng như thực tiễn; làm được điều này sẽ giúp cho chúng ta làm chủ công nghệ, chủ động trong việc chế tạo nguồn điện. Trên đây chính là các căn cứ để nghiên cứu sinh lựa chọn và đề xuất đề tài luận án “Nghiên cứu tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm của nguồn điện bạc kẽm”. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án * Mục tiêu của luận án: - Nghiên cứu chế tạo điện cực bạc/bạc oxit trong nguồn điện bạc kẽm với chất hoạt động điện cực có kích thước hạt cỡ nanomet. - Nghiên cứu tính chất điện hóa của hệ điện cực chế tạo, làm sáng tỏ vai trò kích thước nano đến bản chất của điện cực. - Thử nghiệm các tính năng điện hóa trên pin đơn bạc kẽm với điện cực dương là hệ điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo. * Nhiệm vụ chính của luận án: - Điều chế và khảo sát cấu trúc, hình thái chất hoạt động điện cực dương bạc/bạc oxit có kích thước hạt cỡ nanomet. - Chế tạo điện cực bạc/bạc oxit với chất hoạt động điện cực kích thước cỡ nanomet. - Khảo sát cấu trúc, hình thái điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo. - Nghiên cứu tính chất điện điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt chất hoạt động điện cực đến tính chất điện hóa hệ điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Tính toán các đại lượng điện hóa đặc trưng trên pin đơn bạc kẽm chế tạo với điện cương dương là hệ điện cực nano bạc/bạc oxit. 3. Những đóng góp mới của luận án
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ BÙI ĐỨC CƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA HỆ ĐIỆN CỰC NANO BẠC/BẠC OXIT TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN LI KIỀM CỦA NGUỒN ĐIỆN BẠC KẼM Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 62 52 03 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2015 Công trình được hoàn thành tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Quốc Tùy GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng Phản biện 1: PGS.TS Trần Trung Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Phản biện 2: PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Duy Kết Viện Khoa học và Công nghệ quân sự Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi … h… ngày … tháng … năm 2015. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Thư viện Quốc gia Việt Nam 1 A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1.Ý nghĩa của luận án Hệ điện hoá bạc oxit - kẽm đã được sử dụng từ lâu, dưới dạng nguồn điện sơ cấp (pin) và nguồn điện thứ cấp (acquy). So với các loại nguồn điện hóa học thông thường khác, nguồn điện hóa bạc oxit - kẽm gọi tắt là nguồn điện bạc kẽm có tính năng vượt trội về năng lượng riêng, công suất riêng, cho phép phóng điện với dòng rất lớn và điện thế làm việc ổn định. Chính vì vậy, nó thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật cao cấp, đặc biệt là trong kỹ thuật vũ trụ, kỹ thuật quân sự. Trong kỹ thuật quân sự, nó được sử dụng làm nguồn động lực cho các loại tàu ngầm loại P của Hải quân, Đặc công; các loại ngư lôi, tên lửa của Hải quân; cung cấp điện năng cho các hệ thống điều khiển của máy bay chiến đấu để khởi động lại các động cơ trong tình huống chiến đấu. Hiện tại ở Việt Nam nguồn điện hoá bạc kẽm sử dụng chủ yếu trong vũ khí, trang thiết bị kỹ thuật quân sự nhập ngoại, giá thành cao; sản phẩm trong nước mới chỉ ở dạng thử nghiệm, vấn đề ứng dụng công nghệ cao như công nghệ nano chưa thực sự vận dụng, điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sự hình thành sản phẩm quốc nội có ý nghĩa cả về khoa học kỹ thuật lẫn giá trị kinh tế. Vì vậy việc nghiên cứu công nghệ chế tạo điện cực cũng như nguồn điện bạc kẽm có ý nghĩa lớn về khoa học cũng như thực tiễn; làm được điều này sẽ giúp cho chúng ta làm chủ công nghệ, chủ động trong việc chế tạo nguồn điện. Trên đây chính là các căn cứ để nghiên cứu sinh lựa chọn và đề xuất đề tài luận án “Nghiên cứu tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm của nguồn điện bạc kẽm”. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án * Mục tiêu của luận án: - Nghiên cứu chế tạo điện cực bạc/bạc oxit trong nguồn điện bạc kẽm với chất hoạt động điện cực có kích thước hạt cỡ nanomet. - Nghiên cứu tính chất điện hóa của hệ điện cực chế tạo, làm sáng tỏ vai trò kích thước nano đến bản chất của điện cực. - Thử nghiệm các tính năng điện hóa trên pin đơn bạc kẽm với điện cực dương là hệ điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo. * Nhiệm vụ chính của luận án: - Điều chế và khảo sát cấu trúc, hình thái chất hoạt động điện cực dương bạc/bạc oxit có kích thước hạt cỡ nanomet. - Chế tạo điện cực bạc/bạc oxit với chất hoạt động điện cực kích thước cỡ nanomet. - Khảo sát cấu trúc, hình thái điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo. - Nghiên cứu tính chất điện điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt chất hoạt động điện cực đến tính chất điện hóa hệ điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Tính toán các đại lượng điện hóa đặc trưng trên pin đơn bạc kẽm chế tạo với điện cương dương là hệ điện cực nano bạc/bạc oxit. 3. Những đóng góp mới của luận án 2 - Đã chế tạo nano bạc dạng bột có kích thước hạt 10 ÷ 80 nm và chế tạo thành công điện cực bạc/bạc oxit sử dụng cho nguồn điện bạc kẽm. - Đã nghiên cứu một cách hệ thống tính chất và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Bằng các phương pháp quét thế vòng đa chu kì (CV), phổ tổng trở Nyquist, phân cực dòng không đổi chứng minh cơ chế phóng – nạp của điện cực hệ nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Đã chế tạo pin đơn hệ bạc kẽm sử dụng điện cực dương nano bạc/bạc oxit. Kết quả bước đầu cho thấy pin có các tính năng vượt trội so với pin hệ bạc kẽm có kích thước hạt vật liệu thông thường (cỡ μm). B. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chương 1: Tổng quan Đã tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước về công nghệ chế tạo, tính chất điện hóa và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm của nguồn điện bạc kẽm. Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là: - Điện cực bạc/bạc oxit với chất hoạt động điện cực kích thước nanomet. - Nghiên cứu tính chất điện hóa, các yếu tố ảnh hưởng và tính toán các giá trị đặc trưng hệ điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo. Trong luận án chúng tôi tập trung nghiên cứu: - Điều chế vật liệu và khảo sát hình thái cấu trúc chất hoạt động điện cực có kích thước nanomet. - Chế tạo và khảo sát hình thái cấu trúc điện cực nano /bạc oxit. - Nghiên cứu tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm của nguồn điện bạc kẽm. - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa hệ điện cực chế tạo. - Chế tạo hệ pin đơn bạc kẽm với điện cực dương nano bạc/bạc oxit. Mục đích đạt được là nâng cao đặc tính điện hóa điện cực nhằm áp dụng vào chế tạo nguồn điện bạc kẽm hiệu năng cao tại Việt Nam. 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Chế tạo và khảo sát hình thái cấu trúc chất hoạt động điện cực dương (bạc và các oxit của nó) bằng các phương pháp nghiên cứu hiện đại EDX, X-ray, FEMSEM, TEM, đo diện tích bề mặt BET. - Chế tạo và khảo sát hình thái cấu trúc điện cực bạc/bạc oxit với chất hoat động điên cực có kích thước nanomet bằng các phương pháp nghiên cứu hiện đại EDX, X-ray, FEMSEM, Nhiệt vi sai, đo diện tích bề mặt BET. - Khảo sát tính chất điện hóa điện cực chế tạo bằng phương pháp CV, phổ tổng trở điện hóa, phân cực dòng không đổi. - Khảo sát các yếu tố nhiệt độ, kích thước hạt, lực ép, chất phụ gia,… đến tính chất điện hóa của điện cực chế tạo. - Chế tạo thử hệ pin đơn bạc kẽm với điện cực dương là điện cực nano bac/bạc oxit chế tạo ở trên. 3 Chương 3: Kết quả và thảo luận 3.1 Điều chế chất hoạt động điện cực bạc/bạc oxit 3.1.1 Kết quả thực nghiệm Bảng 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất tham gian phản ứng đến kích thước và trạng thái nano bạc Mẫu Nồng độ Ag + (mol/l) Nồng độ Gluco (mol/l) Nồng độ DEA (mol/l) pH (sau phản ứng) Thời gian lắng (giờ) Kích thước hạt trung bình(nm) Trạng thái tồn tại C1 0,2 0,05 0,1 9 0,5 160-300 Bột C2 0,15 0,05 0,1 9 0,5 50-270 Bột C3 0,1 0,05 0,1 8 0,5-1 10-50 Bột C4 0,075 0,05 0,1 9 1 – 2 10-40 Bột C5 0,05 0,05 0,1 10 1 – 2 1-30 Bột C6 0,025 0,05 0,1 10 2 – 3 1-35 Bột C7 0,01 0,05 0,1 11 3–5 ngày - lơ lửng C8 0,005 0,05 0,1 11 3–5 ngày - lơ lửng C9 0,003 0,05 0,1 11 >5 ngày - lơ lửng C10 0,1 0,05 0,2 11 1- 2 1 - 10 Bột C11 0,1 0,05 0,15 10 1- 2 15 - 25 Bột C12 0,1 0,05 0,1 8 0,5-1,5 20 - 50 Bột C13 0,1 0,05 0,075 6 0,5- 1 30 - 60 Bột C14 0,1 0,05 0,05 5 0,5-1 40 - 65 Bột C15 0,1 0,05 0,01 5 0,5-1 50 – 80 Bột C16 0,1 0,05 0,005 5 0,5-1 50 - 80 Bột C17 0,1 0,075 0,1 10 1 – 2 20 - 40 Bột C18 0,1 0,05 0,1 10 1-1,5 20 - 40 Bột C19 0,1 0,025 0,1 8 1 – 2 20 - 50 Bột C20 0,1 0,01 0,1 8 1 – 2 20 - 40 Bột 3.1.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Ag + đến sự hình thanh nano bạc dạng bột Hình 3.1 Ảnh FESEM mẫu C1, C3 và C6 và ảnh TEM của mẫu C4 C1 C3 C6 C4 4 3.1.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ gluco đến sự hình thành nano bạc dạng bột Hình 3.4. Ảnh FESEMvà phân bố cỡ hạt của các mẫu C17, C18, C19 3.1.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ DEA đến sự hình thành nano bạc dạng bột Hình 3.5 Ảnh FESEM mẫu C10, C11 và C12 Nhận xét 3.1: 1. Chế tạo thành công nano bạc dạng bột với kích thước hạt hạt đạt từ 10 đến 80 nm. 2. Hình thái cấu trúc nano bạc dạng bột điều chế được có độ tinh khiết cao, cấu trúc dạng tinh thể lập phương tâm mặt và được bao bọc bởi lớp vỏ axit gluconic. 3. Nồng độ AgNO 3 và DEA ảnh hưởng đến trạng thái tồn tại và kích thước hạt bạc dạng bột còn nồng độ gluco hầu như không ảnh hưởng đến các yếu tố này. 3.2 Khảo sát tính chất điện hóa điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm 3.2.1 Nghiên cứu phản ứng oxi hóa khử điện hóa của điện cực bạc trong dung dịch điện li kiềm 3.2.1.2 Phản ứng oxi hóa khử điện hóa của điện cực bạc -0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 I(A) E(V) SCE Ag/AgCl SCE Ag/AgCl pic 1 pic 2 pic 4 pic 3 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 -0.030 -0.015 0.000 0.015 0.030 0.045 0.060 I(A) E(V)/SCE 4M 8M 10M Hình 3.6 và 3.7 Đường CV điện cực bạc phẳng Kết quả cho thấy quá trình ôxy hoá điện hoá điện cực bạc phụ thuộc vào nồng độ OH - : khi tăng nồng độ OH - điện thế chuyển dần về phía âm, nghĩa là phản ứng oxi hoá xảy ra càng thuận lợi, giá trị dòng anot cũng biến đổi theo nồng độ OH - của dung dịch điện ly. C18 C17 C19 C10 C11 C12 5 3.2.2 Nghiên cứu cơ chế phóng nạp điện cực bạc/bạc oxit 3.2.2.1 Đặc tính nạp điện a. Ảnh hưởng cường độ dòng 1 1.5 2 2.5 0 0.5 1 1.5 2 Q nạp (Ah) E nạp(V) I = 0.2A I = 0.4A I = 1A Hình 3.8 Đường cong nạp điện E-t phụ thuộc vào cường độ dòng. b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tích điện của điện cực. Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đường cong tích điện. Dòng nạp I = 0,3A. c. Ảnh hưởng của điện trở nội toàn phần đến quá trình tích điện 1 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 0 2 4 6 8 10 12 14 Thời gian(h) E(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 r(ôm) E-t r-t Hình 3.10 Biến đổi điện trở nội toàn phần trong quá trình nạp điện (I n =0,5A) 3.2.2.2 Đặc tính phóng điện a. Ảnh hưởng dòng phóng điện E(V) 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 1. 9 2 2. 1 0 2 4 6 8 1 0 E(V ) Thời gian (h) 40 0 C 30 0 C 20 0 C 20 0 C 40 0 C 30 0 C 1A 0,4 A 0,2A 6 Dung lượng cũng như đặc tính phóng điện của điện cực dương trong nguồn điện bạc - kẽm phụ thuộc vào dòng phóng (hình 3.12). 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 0.5 1 1.5 2 Q phóng(Ah) E phóng(V) I = 0.2A I = 0.4A I = 1A I = 5A Hình 3.11 Đường đặc trưng phóng điện phụ thuộc vào dòng phóng điện b. Ảnh hưởng của nhiệt độ 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 0 5 10 15 Thời gian (h) E(V) 20C 30C 40C Hình 3.12 Đường đặc trưng phóng điện phụ thuộc vào nhiệt độ c. Ảnh hưởng điện trở nội toàn phần đến quá trình phóng điện Hình 3.14 mô tả sự biến thiên điện trở nội toàn phần của nguồn điện hệ bạc- kẽm dung lượng 1,5Ah phóng điện dòng I = 0,15A. Hình 3.13 Biến thiên điện trở nội toàn phần đến quá trình phóng điện Nhận xét 3.2: 1. Quá trình phân cực anot và phân cực catot đều xuất hiện 2 pic cực đại thể hiện sự hình thành Ag 2 O, AgO và khử AgO , Ag 2 O về bạc kim loại. 2. Nồng độ chất điện li ảnh hưởng đến khả năng oxi hóa - khử điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li. Nồng độ càng cao khả năng oxi hóa càng tốt và khả năng oxi hóa này còn phụ thuộc vào chất phụ gia thêm vào, khi có mặt chất phụ gia ZnO khả năng oxi hóa khó khăn hơn, nhưng điều này lại loại bỏ được khả năng tạo nhánh trong điện cực kẽm làm tăng chu kì phóng nạp cho nguồn điện bạc kẽm. 0 0.3 0.6 0.9 1.2 0.8 1.2 1.6 2 0 2 4 6 8 10 12 r E(V) t(h) U-t r-t 7 3. Đặc trưng và cơ chế nạp - phóng điện điện cực hệ Ag/Ag 2 O, AgO trong dung dịch điện ly kiềm sử dụng trong nguồn điện bạc-kẽm phụ thuộc vào mật độ dòng điện và nhiệt độ môi trường. Chứng minh rằng với cường độ dòng bé quá trình oxi hóa và khử điện hóa xẩy ra ở hai vùng điện thế khác nhau, giá trị và chiều dài nấc thế phụ thuộc vào mật độ dòng điện. Còn khi phóng điện với dòng lớn quá trình khử điện hóa trực tiếp về Ag kim loại. 4. Điện trở nội toàn phần biến đổi trong quá trình phóng - nạp và đạt giá trị cực đại tại vùng điện thế chuyển tiếp bạc oxit hóa trị thấp đến hóa trị cao trong quá trình nạp và ngược lại từ bạc oxit hóa trị cao về bạc oxit hóa trị thấp khi phóng điện. 3.3 Nghiên cứu chế tạo và khảo sát cấu trúc, thành phần điện cực nano bạc/bạc oxit 3.3.1 Chế tạo điện cực nano bạc/bạc oxit Điện cực hệ nano bạc/bạc oxit được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết được trình bày ở mục 2.2.1.2. Trong phần khảo sát này và các phần khảo sát tính chất điện hóa điện cực nano bạc/bạc oxit chúng tôi lựa chọn chế độ chế tạo: - Phụ gia carboxymethyl cellulose (CMC): 1% về khối lượng. - Lực ép 30 kgf/cm 2 . - Nhiệt độ thiêu kết: 500 0 C. 3.3.2 Khảo sát thành phần cấu trúc điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo 3.3.2.1. Kết quả phân tích FESEM điện cực chế tạo Ảnh FESEM điện cực chế tạo trước và sau khi thiêu kết (nung) được thể hiện ở hình 3.14 và hình 3.15. Hình 3.14 Ảnh FESEM điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo sau khi ép với áp lực 30 kgf/cm 2 và thiêu kết ở nhiệt độ 500 0 C Hình 3.15 Ảnh FESEM điện cực nano bạc/bạc oxit trước (a) và sau khi thiêu kết (b) 3.3.2.2. Kết quả phân tích XRD Kết phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu điện cực sau khi nung cho thấy không xuất hiện píc lạ, chỉ có píc đặc trưng của Ag với cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt fcc. a b 8 VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau CA3 04-0783 (I) - Silver-3C, syn - Ag - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056 File: Cuong-Vien HHVL-CA3-b.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 70.000 ° - End: 79.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/16/12 11:15:09 File: Cuong-Vien HHVL-CA3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/15/12 09:25:33 Lin (Cps) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 80 d=2.3571 d=2.0413 d=1.4430 d=1.2310 Hình 3.16 Phổ XRD của điện cực sau khi nung 3.3.2.3 Khảo sát diện tích bề mặt điện cực Khảo sát diện tích bề mặt riêng bằng phương pháp BET với bề mặt điện cực được ép 30 kgf/cm 2 so với bột nano bạc. Diện tích bề mặt vật liệu trên điện cực đạt 16,6540±0,2134 m 2 /g thấp hơn so với dạng bột 24,7491±0,5775 m 2 /g. 3.3.2.4 Kết quả phân tích TGA Kết quả cho thấy điện cực sau quá trình anot hóa xẩy ra hai qus trình chuyển khối ở 187,77 0 C và 400,83 0 C tương ứng nhiệt độ phân hủy của AgO và Ag 2 O. Nhận xét 3.3: 1. Chế tạo thành công điện cực bạc/bạc oxit với hoạt chất điện cực kích thước nanomet sử dụng trong chế tạo nguồn điện, chế độ tối ưu: Lực ép: 30 kgf/cm 2 . Nhiệt độ thiêu kết: 500 0 C. Hàm lượng % chất thêm vào điện cực CMC: 1 %. 2. Điện cực chế tạo có độ tinh khiết cao, không bị pha lẫn tạp chất, có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều so với điện cực có kích thước μm và đạt độ bền cơ học đủ điều kiện sử dụng cho chế tạo nguồn điện. 3.4. Phương pháp CV nghiên cứu tính chất điện hóa điện cực nano bạc/bạc oxit 3.4.1 Tốc độ phóng nạp theo CV Kết quả khảo sát quá trình hoạt hoá hệ điện cực chế tạo trong dung dịch KOH 10 M bằng phân cực vòng đa chu kì (CV, khoảng quét thế từ -0,5 đến +1 V/SCE, tốc độ quét từ 10 mV/s. -0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 CK 50 I (A) E (V/SCE) i n i p CK 1 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 v = 10 mV/s q n q p Hình 3.19 Phổ CV đa chu kì của mẫu điện cực nano bạc/bạc oxit [...]... đổi theo nồng độ OH - của dung dịch điện li 19 3.8 Ảnh hưởng của kích thước chất hoạt động điện cực đến tính chất điện hóa điện cực hệ nano bạc/ bạc oxit Tất cả các mẫu điện cực bạc/ bạc oxit nghiên cứu trong phần này được chế tạo với thành phần trong đó bột bạc có kích thước cỡ từ 50 nm đến 100 μm 3.8.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt vật li u đến tính chất điện hóa điện cực bạc/ bạc oxit theo phương pháp... Trần Quốc Tùy, Bùi Đức Cương, (2013), Nghiên cứu đặc tính và cơ chế nạp-phóng điện hệ điện cực Ag/Ag2O, AgO trong dung dịch điện ly kiềm sử dụng trong nguồn điện bạc- kẽm , Tạp chí Hóa học (số 1, tập 51/2013) 3 Bùi Đức Cương, Trần Quốc Tùy, Nguyễn Đức Hùng (2014),“ Nghiên cứu tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm Tạp chí Hóa học (số 3, tập 52/2014) ... – nạp điện ganvanostat, phổ tổng trở điện hóa để nghiên cứu cơ chế và tính chất điện hóa quá trình oxi hóa – khử điện cực bạc trong dung dịch điện li kiềm và chứng minh rằng: - Quá trình oxi hóa xẩy ra ở 2 vùng điện thế khác nhau: quá trình oxi hóa bạc kim loại lên bạc( I) oxit (ở vùng điện thế thấp), oxi hóa bạc( I) oxit lên bạc( II) oxit (ở vùng điện thế cao) - Quá trình khử điện hóa của bạc oxit cũng... vòng đa chu kì điện cực bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm ta thấy rằng: 22 - Ở kích thước hạt chất hoạt động điện cực cỡ nanomet cho giá trị dòng nạp phóng ổn định, tăng đều theo chu kì phóng nạp và đạt giá trị cao hơn nhiều vật li u cỡ μm - Kết quả tính toán dung lượng, hiệu suất hoạt hóa của điện cực bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm cho thấy điện cực nano bạc/ bạc oxit đều đạt giá... hiệu suất hoạt hóa của các mẫu điện cực cho thấy tính thuận nghịch cũng như khả năng tích điện và phóng điện tốt của điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm và vượt trội so với điện cực có kích thước lớn hơn 3.8.2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt vật li u đến tính chất điện hóa điện cực bạc/ bạc oxit bằng phân cực dòng không đổi 3.8.2.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt đến dung lượng phóng... hoạt hóa, dung lượng riêng và thời gian nạp điện của điện cực. Điện cực với chất hoạt động có kích thước càng nhỏ cho dòng nạp - phóng điện và dung lượng riêng càng lớn, thời gian nạp điện càng ngắn, hệ số hoạt hóa điện cực và hệ số sử dụng chất hoạt động điện cực càng cao 6 Đã chế tạo thành công hệ pin đơn bạc kẽm với điện cực dương là điện cực nano bạc/ bạc oxit Kết quả bước đầu cho thấy pin chế tạo... AgO Điện cực chế tạo dễ dàng bị oxi hóa chuyển từ bạc kim loại lên bạc oxit với mức oxi hóa cao nhất (AgO) với khối lượng đáng kể, tốc độ quá trình anot hình thành các bạc oxit phụ thuộc vào gia đoạn khuếch tán ion OH- của dung dịch điện li đến bề mặt điện cực Quá trình catot xẩy ra 1 pic đặc trưng cho phản ứng khử bạc oxit về bạc kim loại 3.5 Nghiên cứu phổ tổng trở điện hóa điện cực nano bạc/ bạc oxit. .. vùng điện thế tương ứng với quá trình khử AgO → Ag2O → Ag Khi phóng điện với dòng lớn khử điện hóa trực tiếp về bạc kim loại 24 - Kết quả nghiên cứu phổ tổng trở Nyquist cho thấy quá trình phân cực anot và phân cực catot của điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm chủ yếu do yếu tố động học chuyển điện tích quyết định 4 Kết quả nghiên cứu đường đặc trưng phóng - nạp bằng hệ 3 điện cực. .. (V/SCE) Hình 3.25 Phổ CV chu kì 17-21 điện cực nano bạc/ bạc oxit với tốc độ quét thế 10 mV/s 12 Nhận xét 3.4: Bằng phương pháp quét thế tuần hoàn (CV) khảo sát tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li KOH 10 M cho thấy: 1 Điện cực chế tạo có tính thuận nghịch cao (hiệu suất hoạt hóa cao), thời gian nạp điện nhanh , tốc độ phản ứng phóng điện lớn 2.Cơ chế quá trình anot ở... trở điện hóa hệ điện cực nano bạc/ bạc oxit vùng catot (vùng phóng điện) 18 1.0 0.5 6 Clk(mF) rtp ( 12 0 0.0 0 500 1000 1500 2000 2500 Thêi gian phãng ®iÖn (s) Hình 3.31 Biến thiên điện trở Ohm toàn phần rtp (chấm đen) và điện dung lớp kép (chấm trắng) theo thời gian phóng điện với mật độ dòng 500 mA/g Nhận xét 3.5: 1 Phổ tổng trở điện hóa Nyquist điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm . trúc điện cực nano /bạc oxit. - Nghiên cứu tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm của nguồn điện bạc kẽm. - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất. điện hóa hệ điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm. - Nghiên. điện cực bạc/ bạc oxit sử dụng cho nguồn điện bạc kẽm. - Đã nghiên cứu một cách hệ thống tính chất và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/ bạc oxit trong dung dịch