Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ tới đặc trưng tiêm thoát ion của hạt vật liệu điện cực anốt li2sno3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ĐỖ HUY LIÊN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ủ TỚI ĐẶC TRƯNG TIÊM/THOÁT ION CỦA VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ANỐT Li2SnO3 Chuyên ngành: Vật lí chất rắn Mã số: 60 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Người hướng dẫn khoa học: PGS TS LÊ ĐÌNH TRỌNG HÀ NỘI, 2016 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu với hướng dẫn tận tình PGS.TS Lê Đình Trọng, luận văn em hoàn thành Qua em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Đình Trọng, người trực tiếp hướng dẫn đóng góp nhiều ý kiến quý báu thời gian em thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo khoa Vật lí tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; Khoa Vật lí trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội giúp đỡ trình thực cơng trình Luận văn hồn thành với hỗ trợ kinh phí từ đề tài ưu tiên cấp sở Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, mã số C2015-18-05 Mặc dù có nhiều cố gắng hạn chế thời gian kiến thức nên chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận giúp đỡ, đóng góp ý kiến thầy bạn học viên viên để luận văn em hoàn thiện Hà Nội, tháng năm 2016 Học viên Đỗ Huy Liên LỜI CAM ĐOAN Luận văn tốt nghiệp em hoàn thành hướng dẫn tận tình PGS.TS Lê Đình Trọng với cố gắng thân Trong trình nghiên cứu em có tham khảo số tài liệu số tác giả (đã nêu mục tham khảo) Em xin cam đoan kết luận văn kết nghiên cứu thân, không trùng với kết tác giả khác Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng năm 2016 Học viên Đỗ Huy Liên MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp NỘI DUNG Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂM CHO PIN ION LITI 1.1 Pin liti 1.1.1 Một vài nét nguồn điện hóa 1.1.2 Pin liti 1.1.3 Pin Li-ion 1.2 Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa vật liệu điện cực âm 1.2.1 Vật liệu tích trữ ion 1.2.2 Đặc trưng cấu trúc 11 1.2.3 Tính chất điện hóa 13 1.2.3.1 Sự phân tầng (staging) tính chất đan xen điện hóa vào cacbon 13 1.2.3.2 Tính chất cacbon 15 1.3 Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa vật liệu điện cực âm Li2SnO3 18 1.3.1 Đặc trưng cấu trúc 18 1.3.2 Tính chất điện hóa 19 Chương PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 21 2.1 Phương pháp chế tạo mẫu 21 2.2 Các phương pháp nghiên cứu mẫu 23 2.2.1 Kỹ thuật phân tích cấu trúc phổ nhiễu xạ tia X 23 2.2.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2.2.3 Phương pháp đo điện hóa 24 2.2.3.1 Phương pháp phổ điện quét vòng (Cyclic Voltammetry CV) 24 2.2.3.2 Phương pháp dịng khơng đổi (Chrono potentiometry) 25 2.3 Thực nghiệm chế tạo mẫu 26 2.3.1 Chế tạo vật liệu điện cực Li2SnO3 26 2.3.2 Chế tạo điện cực anốt Li2SnO3 27 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu Li2SnO3 29 3.2 Tính chất điện hố tích ion Li2SnO3 32 3.2.1 Phổ đặc trưng C-V điện cực Li2SnO3 32 3.2.2 Khảo sát đặc trưng phóng nạp điện cực Li2SnO3 33 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ tới đặc trưng tích/thốt iơn liti vật liệu Li2SnO3 35 KẾT LUẬN 37 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Tính chất hiệu suất loại cacbon 16 Bảng 2: Dung lượng tích điện cực với nhiệt độ thiêu kết khác 35 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ so sánh số loại pin nghiên cứu Hình 1.2: Pin liti: a) Cấu hình tổng quát; b) Khi pin phóng điện Hình 1.3: Mơ hình điện hóa pin Li-ion Hình 1.4: Cấu trúc lục giác lớp cacbon (a), cấu trúc graphit lục giác (b) trực thoi (c) 11 Hình 1.5: Một số thù hình cacbon: a) kim cương; b) graphit c) lonsdaleite; d-f) fullerene (C60, C540, C70); g) cacbon vơ định hình; h) ống nano cacbon 12 Hình 1.6: Phân loại cacbon pha tiền chất 13 Hình 1.7: Điện pin Li/graphit minh họa phân tầng graphit sau trình đan xen Li [5] 13 Hình 1.8: Sơ đồ phân tầng Li graphit [5] 14 Hình 1.9: Điện điện cực âm cacbon pin ion Liti chu kỳ mô tả dung lượng không thuận nghịch kết hợp với vật liệu (a) than cốc (b) graphit nhân tạo [5] 14 Hình 1.10: Ảnh hưởng loại cacbon làm điện cực anốt lên đặc tính phóng điện pin ion Liti 15 Hình 1.11: Mật độ lượng, dung lượng thuận nghịch không thuận nghịch loại cacbon thường sử dụng làm vật liệu điện cực âm 17 Hình 1.12: Cấu trúc tinh thể Li2SnO3 Thay đổi luân phiên LiSn2O6 lớp Li3 cấu trúc Li2SnO3 SnO6 minh họa bát diện nguyên tử Li xuất dạng bóng lớn 19 Hình 2.1: Diễn biến trình sol-gel 22 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ AutoLab PGSTAT302N 24 Hình 2.3: Dạng xung điện Von-Ampe vịng (CV) 25 Hình 2.4: Quy trình chế tạo vật liệu Li2SnO3 26 Hình 2.5: Quy trình chế tạo điện cực 28 Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu bột Li2SnO3 sau ủ nhiệt ở: a) 500 oC; b) 600 oC; c) 700 oC d) 800 oC 30 Hình 3.2: Ảnh SEM bột Li2SnO3 sau ủ nhiệt độ khác nhau: a) 500 oC; b) 600 oC; c) 700 oC d) 800 oC 31 Hình 3.3: Phổ CV điện cực Li2SnO3 với tốc độ quét mV/s: 32 Hình 3.4: Đường đặc trưng tích/thốt điện cực Li2SnO3 sau ủ nhiệt 5h ở: 500 oC (a); 600 oC (b); 700 oC (c) 800 oC (d) 34 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, lượng mơi trường vấn đề nóng bỏng không với nước ta mà với quốc gia tồn giới Vì việc cải thiện nâng cao chất lượng môi trường sống tái tạo nguồn lượng vấn đề đặc biệt quan tâm cho sống tương lai người Các nguồn lượng hóa thạch (dầu mỏ, than, khí đốt, ) lượng hạt nhân sử dụng đứng trước nguy cạn kiệt thời gian khơng xa, khối lượng nhiên liệu hóa thạch có hạn khai thác Mặt khác, khí bon điơxit (CO2) thải đốt nguyên liệu hóa thạch gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ trái đất, điều Arrhenius dự đoán sớm vào năm 1896 [1] Các yêu cầu đặt cần phải tạo nguồn lượng không gây tác hại với môi trường để thay nguồn lượng Đã từ lâu nhà hoạch định chiến lược lượng ý đến nguồn lượng xem vơ tận lượng gió, lượng Mặt Trời,… Tuy nhiên dạng lượng thường khơng liên tục, vậy, để sử dụng chúng cách thực hữu ích lượng cần phải chuyển hóa tích trữ dạng điện Các thiết bị tích trữ điện thông thường loại pin, ắcquy nạp lại loại tụ điện Tích trữ lượng Mặt Trời qui mô lớn tốt dạng chất hyđrô sử dụng chất làm nhiên liệu hệ thống pin nhiên liệu để sản xuất điện Con đường phải qua ''pin mặt trời - điều chế hyđrô - pin nhiên liệu'', biến dạng lượng tản mạn mặt trời thành điện ổn định tảng kinh tế tương lai Trong tương lai không xa, để đáp ứng lại xã hội tiêu dùng cao đảm bảo ô nhiễm, lựa chọn khác ngồi tơ chạy điện ắcquy để khơng xả khói thải Đáp ứng cho mục tiêu pin nhiên liệu, ắcquy Na/S, ắcquy Ni/MH, ắcquy Li hay ắcquy Li-ion Trong năm cuối kỷ XX năm đầu kỷ XXI, với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ đại, đặc biệt công nghệ điện tử dẫn đến đời hàng loạt thiết bị không dây như: Điện thoại, máy tính xách tay, máy nghe nhạc, máy ảnh 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 nghiên cứu nhà khoa học hướng tới chế tạo loại pin có khả nạp lại Ở Việt Nam hướng nghiên cứu vật liệu linh kiện pin quan tâm nghiên cứu số sở Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Đại học Bách Khoa Hà Nội, đạt số kết ban đầu [4], [16-18] Tuy nhiên dung lượng loại pin nhỏ, hiệu suất chưa cao, phần độ dẫn iôn chất điện li chưa cao, mặt khác nghiên cứu vật liệu làm điện cực catốt điện cực anốt chưa đầy đủ Để góp phần hồn thiện sở khoa học cơng nghệ chế tạo nguồn điện hóa có dung lượng lớn, hiệu suất cao, đặt vấn đề “Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ tới đặc trưng tiêm/thốt iơn vật liệu điện cực anốt Li2SnO3” Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu cơng nghệ, chế tạo vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 có khả tiêm/thốt ion Li+ cao có khả ứng dụng thực tiễn Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu, chế tạo vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 - Khảo sát đặc trưng cấu trúc tính chất điện hóa vật liệu điện cực anốt chế tạo - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ tới đặc trưng tiêm/thốt (tích/phóng) điện cực anốt Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Vật liệu điện cực anốt Li2SnO3 - Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa vật liệu Li2SnO3 làm điện cực anốt cho pin Li-ion 29 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu Li2SnO3 Các cấu trúc tinh thể vật liệu chế tạo khảo sát thông qua phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Hình thái vi mơ vật liệu đánh giá ảnh hiển vi điện tử qt (SEM) Hình 3.1 mơ tả giản đồ nhiễu xạ tia X qua bột mẫu bột Li2SnO3 chế tạo phương pháp sol-gel sau ủ nhiệt nhiệt độ 500, 600, 700 800 oC Từ giản đồ XRD hình 3.1, thấy sau ủ nhiệt, pha Li2SnO3 hình thành Trên phổ XRD xuất đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc tinh thể Li2SnO3 vị trí ứng với góc nhiễu xạ 2θ 18,0o; 19,35o; 20,27o; 34,37o; 35,99o; 42,0o; 46,05o; 55,5o; 60,5o; 61,1o 63,6o tương ứng với mặt phản xạ (002); (020); (111); (200); (131); (202); (133); (135); (060); (062) (402) Bên cạnh đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc Li2SnO3, phổ nhiễu xạ xuất đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc SnO2 Kết phù hợp với các kết nhận từ cơng trình Q Wang đồng tổng hợp Li2SnO3 phương pháp thủy nhiệt [13] phương pháp sol-gel [14,15] So sánh giản đồ nhiễu xạ (Hình 3.1) với liệu JCPDS, thẻ số 31 0761cho thấy, vật liệu Li2SnO3 chế tạo có cấu trúc tinh thể đơn tà, thuộc nhóm khơng gian C2/c với thông số mạng: a = 5,289 Å; b = 9,162 Å; c = 9,960 Å Đỉnh nhiễu xạ ứng với mặt mạng (002) có cường độ mạnh nhất, cho thấy hướng phát triển tốt tinh thể dọc theo trục c So sánh phổ XRD mẫu ủ nhiệt độ khác nhau, 500 oC, 600 o C, 700 oC 800 oC, ta thấy vị trí đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho pha Li2SnO3 khơng thay đổi ngồi thay đổi độ rộng vạch phổ cường độ đỉnh Kết cho thấy tăng nhiệt độ ủ đỉnh nhiễu xạ trở lên sắc nét hơn, đỉnh ứng với mặt phản xạ (002), đỉnh khác có cường độ giảm Điều chứng tỏ q 30 trình kết tinh tăng trưởng theo nhiệt độ ưu tiên theo hướng trục c mạng tinh thể Ngoài ra, nhiệt độ ủ tăng, cường độ đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho pha SnO2 tăng rõ rệt điều tăng trưởng hạt SnO2 tăng nhiệt độ ủ Hơn thiếu hụt liti tính dễ bay liti tăng nhiệt độ ủ, làm tăng tỉ phần SnO2 mẫu Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu bột Li2SnO3 sau ủ nhiệt ở: a) 500 oC; b) 600 oC; c) 700 oC d) 800 oC Như vậy, thay đổi nhiệt độ ủ làm thay đổi cường độ độ rộng đỉnh nhiễu xạ Các đỉnh nhiễu xạ trở nên sắc nét sau ủ 700 oC trở lên Hình 3.2 cho thấy ảnh SEM mẫu bột Li2SnO3 ủ nhiệt độ khác nhau: 500 oC (Hình 3.2a), 600 oC (Hình 3.2b), 700 oC (Hình 3.2c) 800 oC (Hình 3.3d), khơng khí, Từ ảnh SEM nhận thấy, vật liệu bột nhận gồm hạt liên kết lỏng lẻo với Kích thước hạt vật liệu thay đổi rõ rệt ủ nhiệt nhiệt độ khác Khi ủ nhiệt độ 500, 600 700 oC, vật liệu bột gồm hạt với kích thước tăng dần theo nhiệt độ từ 200 ÷ 600 nm xen hạt bột mịn Dựa thay đổi phổ XRD, theo hạt bột mịn SnO2 31 Hình 3.2: Ảnh SEM bột Li2SnO3 sau ủ nhiệt độ khác nhau: a) 500 oC; b) 600 oC; c) 700 oC d) 800 oC Khi ủ 800 oC, tăng trưởng hạt SnO2 trở lên rõ rệt Bột vật liệu nhận gồm Li2SnO3 có kích thước hạt cỡ 300 ÷ 600 nm phân bố đồng hạt bột SnO2 có kích thước cỡ 100 nm Vậy, thay đổi nhiệt độ ủ cho phép thay đổi kích thước hạt tinh thể, kích thước hạt vật liệu thay đổi diện tích bề mặt riêng bột vật liệu Vậy, phương pháp Sol-gel, chế tạo thành công vật liệu Li2SnO3 có cấu trúc tinh thể đơn tà, thuộc nhóm khơng gian C2/c, có độ đồng cao có kích thước hạt cỡ nanomét với độ xốp cao thay đổi nhờ ủ nhiệt độ khác 32 3.2 Tính chất điện hố tích ion Li2SnO3 Tính chất điện hóa vật liệu nghiên cứu thơng qua việc khảo sát phổ điện quét vòng (CV), khả tích trữ ion Li+ khảo sát phép đo phương pháp dịng khơng đổi mẫu đo điện cực gồm điện cực làm việc (WE) chế tạo từ vật liệu hoạt động Li2SnO3 (được trình bày mục 2.3.2), điện cực đối (CE) điện cực Li, điện cực so sánh (RE) Li, dung dịch chất điện phân 1M LiPF6 dung môi ethylene carbonate ethyl methyl carbonate (EMC) Các phép đo thực hệ AutoLab PGSTAT302N 3.2.1 Phổ đặc trưng C-V điện cực Li2SnO3 Hình 3.3 cho thấy phổ điện quét vòng (CV) tiêu biểu mẫu đo ba điện cực với điện cực làm việc (WE) làm từ Li2SnO3 dải điện quét từ 0,1 V đến 2,0 V, với tốc độ quét mV/s Hình 3.3: Phổ CV điện cực Li2SnO3 với tốc độ quét mV/s: Từ phổ CV nhận thấy, Li+ tiêm vào WE, đường cong nạp khoảng điện áp từ 0,1 ÷ 2,0 V(Li/Li+) xuất hai đỉnh khử Đỉnh xuất 1,5 V Đỉnh hình thành màng giao diện điện phân rắn (SEI) bề mặt điện cực chất điện phân hữu EMC bị khử để tạo thành cacbonat lithium lithium carbonate alkyl [6] Đỉnh khử 33 thứ hai liên quan đến phản ứng Li2SnO3 với liti kim loại tạo thành Li2O kim loại Sn (không thuận nghịch) phản ứng hợp kim Sn với Li (thuận nghịch) [6] Trên đường cong phóng, q trình ơxy hóa, hai đỉnh ơxy hóa tìm thấy 1,2 V 1,8 V, tương ứng với trình khử hợp kim LixSn Li+ thoát từ điện cực làm việc (WE) Các đỉnh tiêm/thoát nhận từ phổ CV tương ứng với phản ứng điện hố xảy q 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 Q trình phóng (tách ion Li+ khỏi điện cực WE) trình khử hợp kim LixSn Trong q 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/thốt Li+ biểu diễn phương trình (3.1) (3.2) [6]: Li2SnO3 + 4Li+ + 4e Sn + xLi+ + xe → 3Li2O + Sn ↔ LixSn (x ≤ 4,4) (3.1) (3.2) 3.2.2 Khảo sát đặc trưng phóng nạp điện cực Li2SnO3 Để đánh giá khả tích/thốt ion liti vật liệu Li2SnO3, phép đo dịng khơng đổi với bình điện phân ba điện cực sử dụng Điện cực làm việc (WE) chế tạo từ Li2SnO3, điện cực đối (SE) điện cực so sánh sử dụng phép đo Li kim loại Các điện cực nhúng chất điện phân 1M LiPF6 dung môi ethylene carbonate ethyl methyl carbonate (EMC) Trên hình 3.4 thể đặc trưng tích/thốt ion liti điện cực Li2SnO3 thiêu kết nhiệt độ khác nhau: 500 oC (Hình 3.4a), 600 oC (Hình 3.4b), 700 oC (Hình 3.4d), nhiệt độ phịng, với mật độ dịng 60 mA/g Từ giản đồ ta nhận thấy, đường tích ion Li+, nạp khoảng 1,8 V(Li/Li+) giảm nhanh tới 1,5V(Li/Li+) khoảng thời gian cỡ 10 giây sau nạp giảm dần giữ ổn định điện nạp 0,9 V Trên đường tích thấy xuất hai đoạn phẳng khoảng điện 0,9 ÷ 0,7 V(Li/Li+) khoảng điện thấp 34 Hình 3.4: Đường đặc trưng tích/thốt điện cực Li2SnO3 sau ủ nhiệt 5h ở: 500 oC (a); 600 oC (b); 700 oC (c) 800 oC (d) Trên đường phóng điện điện cực làm việc chế tạo từ bột Li2SnO3 ủ 500 oC, 600 oC, 700 oC 800 oC, với mật độ dịng phóng 60 mA/g, nhận thấy phóng điện tăng nhanh từ 0,7 V((Li/Li+) tới khoảng 1,2 V sau tăng từ từ đạt giá trị ổn định khoảng 1,8 V Q trình phóng điện xác định điện phóng tới khoảng 1,9 V Như vậy, thấy điện cực Li2SnO3 chế tạo thể tốt khả tích/thốt ion Li+ với điện nạp từ 1,9 ÷ 0,5 V(Li/Li+) phóng khoảng từ 0,7 ÷ 1,9 V(Li/Li+) 35 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ tới đặc trưng tích/thốt iơn liti vật liệu Li2SnO3 Từ giản đồ phóng điện cực làm từ vật liệu Li2SnO3 ủ nhiệt độ khác nhau, nhận thấy ảnh hưởng chế độ xử lý nhiệt tới điện phóng dung lượng phóng rõ rệt Các mẫu ủ nhiệt độ 700 oC cho thấy đường cong tích có đoạn phẳng dài hơn, q trình phóng điện giữ điện áp ổn định thấp so với mẫu ủ nhiệt độ khác Tất phép đo thực với tốc độ phóng (C/10), nhiệt độ phịng Dung lượng riêng phóng điện với điện áp ngưỡng 1,9 V(Li/Li+), điện cực Li2SnO3 ủ 500 oC có dung lượng cỡ 900 mAh/g, ủ 600 oC có dung lượng cỡ 1030 mAh/g, ủ 700 oC có dung lượng cỡ 1100 mAh/g 800 oC có dung lượng cỡ 1050 mAh/g (Bảng 2) Bảng 2: Dung lượng tích điện cực với nhiệt độ thiêu kết khác Nhiệt độ thiêu kết 500 oC 600 oC 700 oC 800 oC Dung lượng tích (mAh/g) 1160 1160 1160 1160 Dung lượng phóng (mAh/g) 900 1030 1100 1050 Hiệu suất phóng/nạp (%) 88 95 90 78 Từ kết nhận khảo sát trình tích/thốt ion Li+, nhận thấy điện cực Li2SnO3 ủ 700 oC thể khả tích/thốt ion Li+ tốt điện cực Li2SnO3 làm từ mẫu vật liệu nhiệt độ khác Q trình tích/thốt xảy điện ổn định hơn, đường tích/phóng phẳng hơn, hiệu suất phóng/tích cao Khi sử dụng làm vật liệu điện cực anốt cho pin ion Liti, mẫu Li2SnO3 ủ 700 oC hứa hẹn cho pin điện động lớn Kết giải thích ảnh hưởng nhiệt độ ủ dẫn đến thay đổi kích thước hạt tinh thể kích thước hạt bột vật liệu, làm thay đổi diện tích bề mặt riêng độ dẫn điện vật liệu Khi nhiệt độ thiêu kết tăng, kích thước hạt vật liệu tăng làm giảm diện tích bề mặt riêng Tuy nhiên, tăng nhiệt độ thiêu kết làm giảm độ xốp vật liệu cho phép tăng độ dẫn điện vật liệu 36 Các kết xác định chu kỳ phóng nạp đầu tiên, để đánh giá độ bền điện hóa tuổi thọ chu trình tích/phóng điện cực phép đo q trình tiêm/thốt ion Li+ cần khảo sát đầy đủ với chu kì tiêm/thốt khác Tóm lại, kết khảo sát đặc trưng điện hóa điện cực chế tạo từ vật liệu điện cực Li2SnO3 cho thấy: - Bột Li2SnO3 nhận đường sol-gel Các vật liệu sử dụng làm vật liệu điện cực anốt cho pin Li-ion - Trong vật liệu khảo sát, Li2SnO3 nhận sau ủ nhiệt 700 oC h, có khả tiêm/thốt ion Li+ tốt với điện tiêm/thoát phẳng Do sử dụng làm điện cực anốt cho pin ion Liti cho điện động lớn nhất, dung lượng cao hiệu suất cao 37 KẾT LUẬN Sau thời gian tập trung nghiên cứu với mục tiêu đặt chọn đối tượng nghiên cứu vật liệu dùng làm điện cực anốt cho pin ion Liti Những kết nghiên cứu ban đầu đạt bao gồm: Đã chế tạo thành công vật liệu Li2SnO3 từ vật liệu nguồn SnCl4.5H2O Li2CO3 phương pháp Sol-gel Bằng phương pháp này, chế tạo vật liệu có kích thước nano, có độ đồng cao, phổ kích thước hạt hẹp, giảm thời gian nhiệt độ ủ Các kết phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy vật liệu Li2SnO3 chế tạo có kích thước hạt ước tính từ ảnh SEM cho giá trị cỡ vài trăm nanomet Các kết nghiên cứu điện hóa khảo sát q trình phóng nạp cho thấy vật liệu Li2SnO3 có khả trao đổi tích ion Li+ tốt đáp ứng yêu cầu chế tạo điện cực âm pin ion Liti Đã nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên đặc trưng tiêm thoát ion Li+ vật liệu điện cực âm Li2SnO3 Các kết nghiên cứu cho thấy, vật liệu Li2SnO3 nhận sau ủ nhiệt nhiệt độ 700 oC có khả tiêm/thốt ion Li+ tốt với điện ổn định, đặc trưng tiêm/thoát phẳng, thích hợp cho việc sử dụng làm vật liệu điện cực âm cho pin ion Liti 38 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ [1] Đỗ Huy Liêna, Nguyễn Thị Thươnga, Phạm Trọng Triệua, Lê Đình Trọngb, Tạ Anh Tấnc (2016), “Tính chất điện hố LiMn2O4 Spinel tổng hợp phương pháp Sol-gel”, Tạp chí khoa học Trường ĐHSP Hà Nội (43), xx-xx 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngơ Quốc Quyền (2004), Tích trữ chuyển hóa lượng hóa học, vật liệu công nghệ, Bộ sách chuyên khảo Viện khoa học Công nghệ Việt Nam Tiếng Anh [2] A R Kamali and D J Fray (2011), “Tin-based materials as advanced anode materials for Lithium ion batteries”, Reviews on Advanced Materials Science 27, Pages 14-24 [3] D Deng, M G Kim, J Y Lee and J Cho (2009), “Green energy storage meterials: Nanostructured TiO2 and Sn- based anodes for lithium- ion batteries”, Energy & Environmental Science 2, Pages 818-837 [4] Nguyen Nang Dinh, Pham Duy Long, Le Dinh Trong (2004), “Crystalline perovskite La0,67-xLi3xTiO3: preparation and ionic conducting characterization”, Communications in Physics 14, N02, Pages 90-94 [5] D Linden, T.B Reddy (2002), Handbook of Batteries, Mc Graw-Hill Companies, Inc., Printed in the United States of America [6] D W Zhang, S Q Zhang, Y Jin, T H Yi, S Xie, C H Chen (2006), “Li2SnO3 derived secondary Li–Sn alloy electrode for lithium-ion batteries”, Journal of Alloys and Compounds 415, Pages 229-233 [7] G Du, C Zhong, P Zhang, Z Guo, Z Chen, H Liu (2010), “Tin dioxide/carbon nanotube composites with high uniform SnO2 loading as anode materials for lithium ion batteries”, Electrochimica Acta 55, Issue 7, Pages 2582-2586 [8] L P Teo, M H Buraidah, A F M Nor and S R Majid (2012), “Conductivity and dielectric studies of Li2SnO3”, IONICS 18, Number 7, Pages 655-665 [9] Mark Solomon (1996), Lithium Batteries: Present Trends and Prospects, Army Reasearch Laboratory, America [10] N Kuwata, J Kawamura, K Toribami, T Hattori, N Sata (2004), “Thin-film lithium-ion battery with amorphous solid electrolyte fabricated by pulsed laser deposition”, Electrochemistry Communications 6, Pages 417-421 40 [11] N Kuwata, R Kumar, K Toribami, T Suzuki, T Hattori, J Kawamura (2006), “Thin film lithium ion batteries prepared only by pulsed laser deposition”, Solid State Ionics 177, Pages 2827-2832 [12] N V Tarakina, T A Denisova, L G Maksimova, Y V Baklanova, A P Tyutyunnik, I F Berger, V G Zubkov, G van Tendeloo (2009), “Investigation of stacking disorder in Li2SnO3”, Zeitschrift für Kristallographie 30, Pages 375-380 [13] 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 [14] 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 [15] 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 [16] Le Dinh Trong, Pham Duy Long, Vu Van Hong, Nguyen Nang Dinh (2007), “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 24, No.1&2, Pages 35-40 [17] Le Dinh Trong, Pham Duy Long, Nguyen Nang Dinh (2008), “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 [18] Le Dinh Trong, Tran Thi Thao, Nguyen Nang Dinh, “Characterization of the Li-ionic conductivity of La(2/3-x)Li3xTiO3 ceramics used for all-solid-state batteries”, Solid State Ionics 278 (2015), pp 228–232 41 42 43