Khóa luận

đặc trưng cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu điện cực nốt Li2SnO3 chế tạo bằng phương pháp sol gel, đặc trưng cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu điện cực nốt Li2SnO3 chế tạo bằng phương pháp sol gel,đặc trưng cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu điện cực nốt Li2SnO3 chế tạo bằng phương pháp sol gel,vđặc trưng cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu điện cực nốt Li2SnO3 chế tạo bằng phương pháp sol gel

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU ĐIỆNCỰC ANỐT Li2SnO3 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU ĐIỆNCỰC ANỐT Li2SnO3 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Vật lí chất rắn Người hướng dẫn khoa học PGS.TS LÊ ĐÌNH TRỌNG HÀ NỘI, 2016 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa thầy cô khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện cho em suốt thời gian học tập làm khóa luận Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Lê Đình Trọng tận tình hướng dẫn, đồng viên giúp đỡ em suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành khóa luận Khóa luận hoàn thành với giúp đỡ kinh phí từ đề tài ưu tiên cấp sở Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, mã số C2015-18-05 Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè, người động viên giúp đỡ em thời gian học tập làm khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 05 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Thị Phương Thảo LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng em, số liệu khóa luận trung thực chưa công bố công trình khoa học khác Hà Nội, tháng 05 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Thị Phương Thảo MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………………… LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………… MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài NỘI DUNG Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂM CHO PIN LI–ION 1.1 Pin liti 1.1.1 Một vài nét nguồn điện hóa 1.1.2 Pin liti 1.1.3 Pin ion liti 1.2 Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa vật liệu điện cực anốt 11 1.2.1 Vật liệu tích trữ ion 11 1.2.2 Đặc trưng cấu trúc…………………………………………………….12 1.2.3 Tính chất điện hóa 14 1.3 Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 19 1.3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 19 1.3.2 Tính chất điện hóa vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 19 Chương PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 23 2.1 Các phương pháp chế tạo mẫu khảo sát tính chất đặc trưng 23 2.1.1 Phương pháp sol- gel 23 2.1.2 Phương pháp phân tích cấu trúc phổ nhiễm xạ tia X 25 2.1.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 25 2.1.4 Phương pháp đo điện hóa 26 2.1.4.1 Phương pháp phổ điện quét vòng 27 2.1.4.2 Phương pháp dòng không đổi 28 2.2 Thực nghiệm chế tạo mẫu 28 2.2.1 Chế tạo vật liệu Li2SnO3 28 2.2.2 Chế tạo điện cực anốt Li2SnO3 30 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 32 3.2 Tính chất điện hóa vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 34 3.2.1 Phổ đặc trưng CV điện cực anốt Li2SnO3 34 3.2.2 Khảo sát đặc trưng phóng nạp điện cực anốt Li2SnO3 35 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, lượng vấn đề nóng bỏng quốc gia toàn giới Xã hội phát triển, mức tiêu thụ lượng theo đầu người ngày gia tăng với thời gian Dân số giới gia tăng không ngừng, mức tiêu thụ lớn tăng nhanh nguồn lượng ngày cạn kiệt đẩy giới vào khủng hoảng trầm trọng lượng Vào cuối kỉ thứ 18, than đá tài nguyên thiên nhiên có nhu cầu lớn giúp công nghiệp hóa quy mô lớn, đô thị hóa phát triển Thế kỉ 20, dầu mỏ trở thành nguồn lượng quan trọng nhất, nhiên liệu chủ yếu cho động đốt giúp cho ngành giao thông, sản xuất phát triển Tuy nhiên, đốt cháy chúng thải khí CO2 lớn làm cho trái đất nóng lên gây hiệu ứng nhà kính Trái Đất Trong bối cảnh giới phải đối mặt với nhiều vấn đề môi trường, biến đổi khí hậu, khủng hoảng lượng, suy thoái kinh tế, vấn đề khai thác sử dụng có hiệu nguồn lượng, đặc biệt lượng xem giải pháp khả thi có tính thực tiễn trước mắt lâu dài Bên cạnh đó, chiến lược cho phát triển bền vững tương lai cần hướng đến đa dạng hóa cấu trúc lượng, ưu tiên cho nguồn lượng tái sinh được, vừa sạch, vừa sẵn có từ thiên nhiên Việc khai thác sử dụng nguồn lượng lượng gió lượng mặt trời tương lai nhà khoa học đặc biệt quan tâm Nhưng dạng lượng thường không liên tục để sử dụng chúng cách thực hữu ích lượng cần phải chuyển hóa tích trữ dạng điện nhờ thiết bị pin, ắc quy nạp lại loại tụ điện Trong vài thập kỷ qua, với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ đại phục vụ sống người phương tiện nghe nhìn, phương tiện liên lạc, vệ tinh nhân tạo thiết bị máy móc cách xa người đươc hoạt động bình thường đặc biệt công nghệ điện tử dẫn đến đời hàng loạt thiết bị không dây (máy tính xách tay, điện thoại di động, thiết bị vũ trụ, hàng không, ) Để đảm bảo thiết bị hoạt động tốt cần phải có nguồn lượng phù hợp, có dung lượng lớn, hiệu suất cao, dùng lại nhiều lần đặc biệt gọn nhẹ an toàn Đây mục tiêu hướng tới nghiên cứu chế tạo loại pin ion nạp lại Hiện có loại pin dùng phổ biến, pin Nickel-Cadmium (NiCd), pin Nickel Metal Hydride (NiMH), pin liti Liion Pin liti có dung lượng lớn, điện hoạt động cao, loại pin phổ biến nhất, xuất hầu hết mẫu điện thoại, máy tính xách tay, máy nghe nhạc, máy ảnh, PDA phone… Pin Li-ion tạp chí Automobile bình chọn công nghệ năm 2010 Có thể nói đến 90% thiết bị di động dùng loại pin nhiều ưu điểm so với NiCd NiMH, ví dụ như: nhẹ, hao phí thấp, không bị “hiệu ứng nhớ” Tuy nhiên, pin Li-ion tồn số hạn chế: đòi hỏi công nghệ chế tạo cao (hoạt tính hóa học mạnh Liti kim loại), giá thành sản phẩm đắt, độ an toàn không cao Ở nước ta hướng nghiên cứu vật liệu linh kiện pin ion rắn quan tâm nghiên cứu số sở Viện khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, đạt số kết ban đầu, ví dụ: chế tạo thành công vật liệu rắn dẫn ion Li+ nhiệt độ phòng LiLaTiO3 bước đầu thử nghiệm chế tạo pin ion toàn rắn Tuy nhiên dung lượng loại pin nhỏ, phần độ dẫn ion chưa cao, mặt khác vật liệu điện cực catốt sử dụng vật liệu LiMnO4 anốt Li2SnO3 chưa nghiên cứu đầy đủ Gần sợi nano SnO2 vật liệu anốt đầy hứa hẹn cho ứng dụng pin Li-ion nhằm tăng hiệu suất hoạt động pin li-ion thiết bị điện tử di động tiến tới mở rộng sử dụng phương tiện vận chuyển chạy điện Hybrid Trên sở đặt vấn đề “Đặc trưng cấu trúc tính chất điện hóa vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 chế tạo phương pháp sol-gel" Mục đích nghiên cứu Chế tạo vật liệu điện cực anốt có độ bền điện hóa, khả tích trữ ion Li+ cao, ứng dụng thực tiễn Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 - Phạm vi nghiên cứu: công nghệ chế tạo, đặc trưng cấu trúc tính chất điện hóa vật liệu Li2SnO3 Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng quan tài liệu vật liệu điện cực anốt cho pin ion Liti - Chế tạo vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 phương pháp sol-gel - Khảo sát đặc trưng cấu trúc tính chất điện hóa vật liệu chế tạo Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng chủ đạo thực nghiệm - Vật liệu điện cực chế tạo phương pháp sol-gel - Các đặc trưng cấu trúc tinh thể, vi cấu trúc vật liệu nghiên cứu phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM) - Các tính chất điện hóa nghiên cứu hệ điện hoá Autolab PGSTAT302N phép đo phổ tổng trở, phổ điện quét vòng (CV), phương pháp dòng không đổi Đóng góp đề tài -Tìm phương pháp chế tạo vật liệu điện cực anôt Li2SnO3 có đặc trưng điện hóa tốt -Xác định thông số đặc trưng cho khả tiêm/thoát ion liti: độ dẫn ion điện tử, điện hóa, dung lượng -Với việc nhận kết mới, có tính hệ thống lĩnh vực nghiên cứu có định hướng ứng dụng thuộc chuyên ngành Khoa học Vật liệu Góp phần đẩy mạnh hướng nghiên cứu lĩnh vực ion học chất rắn điện tử gia tốc điện trường có cường độ lớn hội tụ thành điểm bề mặt mẫu Độ phân giải ảnh SEM phụ thuộc vào khả hội tụ chùm điện tử, chùm tia nhỏ độ phân giải cao Ở máy hiển vi điện tử đại độ phân giải đạt 30 Å Ngoài việc nghiên cứu đặc trưng bề mặt, ảnh SEM cho ta thông tin kích thước hạt phân bố chúng Để nghiên cứu vi cấu trúc ước tính kích thước hạt vật liệu bột, tiến hành chụp ảnh SEM hiển vi điện tử quét Nova NanoSEM NPE-199 đặt Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 2.1.4 Phương pháp đo điện hóa Phương pháp đo điện hóa phương pháp hữu hiệu để khảo sát trình điện hóa xảy điện cực Trong trường hợp trình tích/thoát ion Li+ trình phóng/nạp xảy pin ion Các phép đo điện hóa thực thiết bị điện hóa AutoLab Model PGSTAT302N, phòng Vật lý chất rắn trường Đại học Sư phạm Hà Nội Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ AutoLab PGSTAT302N 26 Hình 2.2 sơ đồ nguyên lý hệ điện hóa AutoLab PGSTAT302N Trong đó: (1) - WE điện cực làm việc, tất trường hợp điện cực cần khảo sát; (2)- RE điện cực so sánh Li kim loại; (3)- CE điện cực đối Li kim loại Khi làm việc với linh kiện hai điện cực điện cực RE CE nối với 2.1.4.1 Phương pháp phổ điện quét vòng Phương pháp phổ điện quét vòng (Cyclic Voltammetry potentiostatic – CV) phương pháp sử dụng phổ biến để nghiên cứu trình điện hoá xảy bề mặt điện cực chất điện ly Trong phương pháp điện điện cực quét quét lại dải điện định với tốc độ quét không đổi dòng qua điện cực tương ứng xác định Phổ CV ghi cho biết thông tin phản ứng ôxy hoá khử, trình trao đổi ion, xảy điện cực quan tâm Ngoài ra, nghiên cứu vật liệu tích trữ ion, phổ CV cho phép xác định mật độ điện tích tiêm hay thoát khỏi màng tính thuận nghịch hiệu ứng tiêm thoát vùng điện để vật liệu hoạt động bền vững Điện đặt lên điện cực nghiên cứu có dạng xung tam giác (Hình 2.3) Tại thời điểm ti = có điện Vi đặt trước Điện tăng tuyến tính theo thời gian đến thời điểm tb có giá trị điện Vb, sau điện giảm tuyến tính giá trị ban đầu Vi Hình 2.3: Dạng xung điện phổ điện quét vòng (CV) Các mũi tên hành vi 27 thuận, nghịch Vận tốc quét điện (mV/s), có giá trị hành trình thuận nghịch Đối với vật liệu nghiên cứu vật liệu tích/thoát ion tốc độ quét cỡ ÷ 50 mV/s Vùng điện Vi - Vb vùng có trình tích/thoát quan tâm Kỹ thuật CV quét đơn vòng hay đa vòng theo hướng anốt (hành trình thuận) catốt (hành trình nghịch) nhằm nghiên cứu hành vi làm việc vật liệu điện cực động học trình điện hóa Đường đặc tuyến Von Ampe thu dạng đường cong phân cực tuần hoàn Sự xuất peak đường cong xảy trình tích/thoát ion Li+ điện làm việc tương ứng Quá trình tích/thoát có hành vi thuận nghịch cấu trúc vật liệu ổn định số chu kỳ tích/thoát nhiều, chứng tỏ cấu trúc vật liệu bền 2.1.4.2 Phương pháp dòng không đổi Kỹ thuật dòng không đổi (Chrono potentiometry) nhằm nghiên cứu khả tích/thoát ion khách vào/ra khỏi vật liệu chủ thông qua hành vi điện hóa ta đặt dòng điện qua mẫu đo cố định, thiết bị đo cho ta biết phụ thuộc điện hóa vào thời gian hay điện lượng tiêm vào điện cực trình nạp đầy Sau đó, điện cực chuyển sang chế độ phóng với dòng khống chế ổn định cho ta phụ thuộc phóng vào thời gian phóng, từ ta biết thông tin hành vi tích thoát ion điện cực 2.2 Thực nghiệm chế tạo mẫu 2.2.1 Chế tạo vật liệu Li2SnO3 Vật liệu Li2SnO3 chế tạo nhiều phương pháp khác nhau, nhiên khuôn khổ khóa luận, lựa chọn phương pháp solgel Đây phương pháp đơn giản công nghệ, có hiệu kinh tế cao sản xuất với số lượng lớn Vật liệu tích/thoát ion Li2SnO3 chế tạo từ vật liệu nguồn có độ 28 cao SnCl4.5H2O Li2CO3 Qui trình chế tạo vật liệu Li2SnO3 thực theo bước mô tả sơ đồ hình 2.4: SnCl4.5H2O 0,05M C2H6O2(EG) 2M C6H8O7( axit citric) 0,5M Li2CO3 0,05M Gia nhiệt 90 oC 12h Sol Ủ nhiệt độ 200 oC 5h Gel Nung nhiệt độ 800 oC 5h Bột Li2SnO3 Hình 2.4: Quy trình chế tạo vật liệu Li2SnO3 - Chuẩn bị vật liệu Ban đầu vật liệu nguồn gồm 0,05 mol SnCl4.5H2O hòa tan mol ethylene glycol (EG), sau cho 0,5 mol axit citic khan (C6H8O7) hòa tan dung dịch 50 oC Sau tan hết thêm vào 0,05 mol Li2CO3 khuấy theo tỉ lệ Li: Sn = 2:1 Ví dụ để nhận 10g vật liệu Li2SnO3 tính toán khối lượng SnCl4.5H2O Li2CO3 sau: - Lượng Li có 10 g Li2SnO3: m Li  10  2.6,94   0,769 g 180,567 - Lượng muối Li2CO3 cần thiết: m Li2 CO3  0,769 73,888  4,093 g 2.6,94 29 - Lượng Sn có 10 g Li2SnO3: mSn  10 118,69  6, 431 g 180,567 - Lượng oxit SnCl4.5H20 cần thiết: mSnCl4 5H O  6, 431 350,565  18,995 g 118,69 Trong đó: Li: 6,94; Sn: 118,69; C: 12,011; O: 15,999; H: 1,008 - Khuấy trộn vật liệu Giai đoạn có ý nghĩa quan trọng việc tạo đồng vật liệu, làm cho hạt vật liệu tan dung dịch để tạo đồng Vật liệu khuấy trộn máy khuấy từ thời gian 50 o C Sau tan hết, thêm vào 0,05 mol Li2CO3 tiếp tục khuấy máy khuấy từ hạt vật liệu tan dung dịch thành dạng chất lỏng đồng - Gia nhiệt ủ nhiệt Tiến hành gia nhiệt nhiệt độ 90 oC thời gian 12h Sau mang ủ nhiệt nhiệt độ 200 oC 5h - Nung vật liệu Sau ủ nhiệt, ta dùng cối mã não nghiền nhỏ vật liệu tiến hành cho vào lò nung nhiệt độ 800 oC 5h, với tốc độ gia nhiệt oC/s 2.2.2 Chế tạo điện cực anốt Li2SnO3 Để khảo sát tính chất điện hóa, tích/thoát ion Li+ vật liệu LiSnO3 tiến hành chế tạo điện cực anốt với chất kết dính PVDF (Polyvinylidene Difluoride) Quy trình chế tạo điện cực mô tả hình 2.5 Các điện cực làm việc chuẩn bị cách trộn 70% khối lượng vật liệu hoạt động Li2SnO3 chế tạo với 15% khối lượng axetilen back 15% chất kết dính PVDF hòa tan dung môi DMF (N-N Dimethyl Formamide) khuấy máy khuấy từ để tạo thành bột nhão đồng 30 nhất, sau hỗn hợp trải phủ lên đế điện cực lưới đồng Các điện cực sau phủ để khô tự nhiên 12 giờ, sau sấy khô 80 oC không khí giờ,sau ép điện cực với áp lực 450 MPa, cuối sấy lò 120 oC Các điện cực sau sử dụng để khảo sát trình tích/thoát ion Li+ Trộn vật liệu với chất kết dính PVDF Khuấy máy khuấy từ Phủ trải lên đế điện cực Để khô tự nhiên 12h Sấy khô không khí 80oC 2h Ép điện cực với áp lực 450 MPa Ủ nhiệt 120 oC 4h Hình 2.5: Quy trình chế tạo điện cực 31 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 Các cấu trúc tinh thể vật liệu chế tạo khảo sát thông qua phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Hình thái vĩ mô vật liệu đánh giá ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) Hình 3.1 cho thấy giản đồ XRD qua bột vật liệu Li2SnO3 chế tạo phương pháp Sol- gel theo quy trình trình bày mục 2.2.1 sau ủ nhiệt 800 oC 5h đo nhiệt độ phòng Cường độ(đ.v.t.y)  : SnO2 2 (độ) Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X bột Li2SnO3 sau ủ 800 oC 5h 32 Từ phổ nhiễu xạ, ta thấy: - Các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng xuất mạnh góc 2θ, tương ứng với mặt phản xạ giản đồ nhiễu xạ So với phổ liệu XRD vật liệu Li2SnO3 (theo thư viện liệu JCPDS, thẻ số 31−0761), cấu trúc tinh thể đơn tà Li2SnO3 thuộc nhóm không gian C2/c phù hợp Như vậy, phương pháp sol- gel, chế tạo thành công vật liệu Li2SnO3 có cấu trúc tinh thể đơn tà, thuộc nhóm không gian C2/c - Trên phổ XRD cho thấy xuất số đỉnh nhiễu xạ đặc trưng pha SnO2 Kết phù hợp với kết công bố nhóm nghiên cứu Q Wang đồng [15-17] Nguyên nhân tính dễ bay liti nhiệt độ thiêu kết cao (800 oC), dẫn đến thiếu hụt liti Trên hình 3.2 ảnh SEM mẫu bột Li2SnO3 sau ủ nhiệt 800 o C thời gian 5h Bằng ảnh SEM, kích thước hạt bột Li2SnO3 đồng đều, ước tính khoảng 100 nm ÷ 500 nm Hình 3.2: Ảnh SEM vật liệu Li2SnO3 33 3.2 Tính chất điện hóa vật liệu điện cực anôt Li2SnO3 Tính chất điện hóa điện c ựcđược nghiên cứu thông qua việc khảo sát phổ điện quét vòng (CV), khả tích/thoát ion liti đánh giá thông qua phép đo phương pháp dòng không đổi sở mẫu đo điện cực kiểu bánh kẹp gồm: điện cực làm việc (WE/SE) điện cực làm từ vật liệu chế tạo được, điện cực đối (CE/RE) điện cực Li kim loại, dung dịch chất điện phân M LiPF6 + ethylene cacbonat + diethyl cacbonat Các phép đo thực hệ AutoLab PGSTAT302N 3.2.1 Phổ đặc trưng CV điện cực anốt Li2SnO3 Hình 3.3 cho thấy kết đo phổ điện quét vòng (CV) mẫu đo với điện cực Li2SnO3 sau ủ nhiệt 800 oC 5h khoảng điện từ đến 3,0 V Hình 3.3: Phổ CV điện cực Li2SnO3 với tốc độ quét mV/s: 34 Trong phổ CV mẫu đo Li/Li+ (hình 3.3) với điện cực WE làm từ Li2SnO3 nhận sau ủ nhiệt 800 oC h xuất đỉnh giảm 0,33 V trình ion Li+ tiêm vào anốt (quá trình khử anốt), đỉnh tăng 1,86 V trình Li+ thoát từ anốt (quá trình oxy hóa anốt – khử hợp kim LixSn) Các đỉnh tiêm/thoát nhận từ phổ CV tương ứng với phản ứng điện hoá xảy trình nạp/phóng ion Liti vào điện cực WE Quá trình nạp Li+ dẫn tới phản ứng Li+ với Li2SnO3, hình thành kim loại Sn Li2O, trình hình thành hợp kim LixSn thứ cấp Quá trình phóng (tách ion Li+ khỏi điện cực WE) trình khử hợp kim LixSn Trong trình nạp/phóng có phản ứng hợp kim hóa/khử hợp kim Sn với Li thuận nghịch tạo dung lượng điện cực Các trình xảy điện cực WE tiêm/thoát Li+ biểu diễn phương trình (3.1) (3.2) [5]: Li2SnO3 + 4Li+ + 4e− → 3Li2O + Sn (3.1) Sn + xLi+ + xe− ↔ LixSn (3.2) (x ≤ 4,4) Điều cho thấy điện cực Li2SnO3 trao đổi ion Li+ với chất điện ly Nói cách khác, điện cực Li2SnO3 thể khả tích/thoát ion Li+, đặc trưng quan trọng Trên sở Li2SnO3 sử dụng làm vật liệu để chế tạo điện cực cho pin ion Liti 3.2.2 Khảo sát đặc trưng phóng nạp điện cực anốt Li2SnO3 Hình 3.4 mô tả trình tích/thoát điện cực Li2SnO3 sau nung 800 oC Quá trình nạp biểu thị đường a (Hình 3.4) trình phóng biểu thị đường b (Hình 3.4) Thế nạp bắt đầu 0,6 V sau giảm dần giữ ổn định khoảng 0,25 V Quá trình phóng ứng với mức điện khoảng 0,65 V 35 Hình 3.4: Đường đặc trưng tích/thoát điện cực Li2SnO3 sau ủ nhiệt 800 oC h Để xác định xác dung lượng vật liệu chế tạo phép đo trình tiêm/thoát ion Li+ cần khảo sát đầy đủ với thời gian tiêm/thoát đủ lớn độ bền điện hóa cần nghiên cứu với chu kì tiêm/thoát khác Tóm lại, phương pháp Sol-gel kết hợp với ủ nhiệt, chế tạo thành công vật liệu Li2SnO3 có kích cỡ nano Kết khảo sát đặc trưng điện hóa điện cực chế tạo từ vật liệu Li2SnO3 cho thấy vật liệu sử dụng làm vật liệu điện cực anốt cho pin ion liti Vật liệu Li2SnO3 có đặc trưng tích/thoát ion Li+ tối ưu: dung lượng cao, đặc trưng tích/thoát phẳng 36 KẾT LUẬN Sau thời gian tập trung nghiên cứu với mục tiêu đặt chế tạo vật liệu Li2SnO3 dùng làm điện cực âm cho pin ion Liti, kết nghiên cứu ban đầu đạt bao gồm: - Đã chế tạo thành công vật liệu điện cực anot Li2SnO3 từ vật liệu nguồn phương pháp Sol-gel Bằng phương pháp này, chế tạo vật liệu có kích thước nano, có độ đồng cao - Các kết phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy vật liệu Li2SnO3 có cấu trúc tinh thể đơn tà, thuộc nhóm không gian C2/c Kích thước hạt ước tính từ ảnh SEM cho giá trị cỡ nanomet Các kết nghiên cứu điện hóa khảo sát trình phóng nạp cho thấy vật liệu Li2SnO3 có khả trao đổi tích thoát ion Li+ tốt đáp ứng yêu cầu chế tạo điện cực âm pin ion Liti 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyen Nang Dinh, Pham Duy Long, Le Dinh Trong, Crystalline perovskite La0,67-xLi3xTiO3: conducting preparation and ionic characterization, Communications in Physics, Vol 14, N02 (2004), page 90-94 [2] Le Dinh Trong, Pham Duy Long, Vu Van Hong, Nguyen Nang Dinh, Optical and electrical properties of perovskite La0.67-xLi3xTiO3 solid electrolyte thin films made by electron beam deposition, A Journal of the Asean Commitee on Science & Technology, Vol.24 No.1&2 page 35-40 (2007) [3] Le Dinh Trong, Pham Duy Long, Nguyen Nang Dinh, Fabrication of ion conductive materials La0.67-xLi3xTiO3 used as electrolyte for all solid Li+ ion batteries, Reports of the Eleventh Vietnamese-German Seminar on Physics and Engieering (VGS 11), Nha Trang City, from March, 31, to April, 5, 2008 [4] A Aboulaich, M Mouyane, F Robert, P E Lippens, J O Fourcade, P Willmann, J C Jumas, (2007), “New Sn-based composites as anode materials for Li-ion batteries”, Journal of Power Sources, 174, 1224–1228 [5] A R Kamali and D J Fray (2011), “Tin-based materials as advanced anode materials for Lithium ion batteries”, Rev.Adv.Mater.Sci, 27, 1424 [6] D Deng, M G Kim, J Y Lee and Jaephil Cho (2011), “Green energy storage meterials: Nanostructured TiO2 anhd Sn- based anodes for lithium- ion batteries”, Energy Environ Sci., 2, 818-837 38 [7] J Hassoun, S Panero, P Reale and B Scrosati (2006), “ A New Type of Lithium-ion Battery Based on Tin Electroplated Negative Electrodes”, Int J Electrochem Sci., Volume 1, 110-121 [8] I C Halalay, S J Harris, T J Fuller (2009), “ Lithium ion battery”, GM Global Technology Operation, 12/642,313 [9] Z Q He, X H Li, L Z Xiong, X M Wu, Z B Xiao, M Y Ma, (2005), “Wet chemical synthesis of tin oxide-based material for lithium ion battery anodes”, Materials Research Bulletin, Volume 40, Issue 5, 861-868 [10] P Meduri, C Pendyala, V Kumar, G U Sumanasekera and M K Sunkara (2009), “ Hybrid Tin Oxide Nanowires as Stable and High Capacity Anodes for Li-Ion Batteries”, Nano Lett., (2), 612–616 [11] X.Yin, L Chen, C Li, Q Hao, S.Liu, Q.Li, E Zhang, T Wang (2011), “Synthesis of mesoporous SnO2 spheres via self-assembly and superior lithium storage properties”, Electrochimica Acta, Volume 56, Issue 5, 2358-2363 [12] Z Ying, Q Wan, H Cao, Z T Song, and S L Feng (2005), “Characterization of SnO2 nanowires as an anode material for Li-ion batteries”, Appl Phys Lett 87, 113108 [13] X Zhu, Y Zhu, S Murali, M D Stoller, R S Ruoff , (2011), “Reduced graphene oxide/tin oxide composite as an enhanced anode material for lithium ion batteries prepared by homogenous coprecipitation”, Journal of Power Sources, Volume 196, Issue 15, 6473-6477 [14] Z Ying, Q Wan, H Cao, Z T Song, S L Feng (2005), “Characterization of SnO2 nanowires as an anode material for Li-ion batteries”, Applied Physics Lettes 87, 113108 39 [15] Q Wang, Y Huang, J Miao, Y Wang, Y Zhao (2012), “Synthesis and properties of Li2SnO3/polyaniline nanocomposites as negative electrode material for lithium-ion batteries”, Applied Surface Science 258, Issue 24, Pages 9896-9901 [16] Q Wang, Y Huang, J Miao, Y Wang, Y Zhao (2012), “Hydrothermal derived Li2SnO3/C composite as negative electrode materials for lithium-ion batteries”, Applied Surface Science 258, Issue 18, Pages 6923-6929 [17] Q Wang, Y Huang, J Miao, Y Wang, Y Zhao (2012), “Synthesis and properties of carbon-doped Li2SnO3 nanocomposite as cathode material for lithium-ion batteries”, Materials Letters 71, Pages 66-69 40 [...]... nhau Giá trị của hằng số mạng a, b và c thu được là trung bình cộng của các nghiệm tương ứng của tất cả các tổ hợp gồm hai mặt (hkl) khác nhau Các thực nghiệm đo giản đồ nhiễu xạ tia X khi thực hiện khóa luận được chúng tôi tiến hành trên máy nhiễu xạ tia X SIMENS D-5005 của Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 2.1.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) Đây là phương pháp... tin về hành vi tích thoát ion của điện cực 2.2 Thực nghiệm chế tạo mẫu 2.2.1 Chế tạo vật liệu Li2SnO3 Vật liệu Li2SnO3 có thể chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên trong khuôn khổ của khóa luận, chúng tôi lựa chọn phương pháp solgel Đây là một trong những phương pháp đơn giản về công nghệ, có hiệu quả kinh tế cao và có thể sản xuất với số lượng lớn Vật liệu tích/thoát ion Li2SnO3 được... lượng còn lại là 569,2 mAh/g cao hơn so với Li2SnO3 là 510,2 mAh/g [15] 22 Chương 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Các phương pháp chế tạo mẫu và khảo sát tính chất đặc trưng 2.1.1 Phương pháp sol- gel Trong luận văn này, vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 được chế tạo bằng phương pháp Sol- gel Phương pháp Sol-gel là một kỹ thuật để tạo ra một số sản phẩm có kích thước mong muốn, có thể ở cấp độ nano Quá trình