Vật liệu điện cực cacbon

giới thiệu các quá trình tổng hợp nên vật liệu cacbon và ứng dụng của chúng trong siêu tụ, acquyli ion, pin khô, điện phân..., các tính chất thuận lợi của cacbon và ưu nhược điểm của chúng như độ xốp, bề mặt riêng, kích thước lỗ, qua các phương pháp phân tích phi điện hóa như SEM, TEM......

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, chúng ta đang được sống trong thời đại văn minh nhất củanhân loại Sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ đãgiúp cho đời sống con người ngày càng phát triển Sự phát triển vềmáy móc đã giúp con người giảm thiểu được đáng kể sức lao động

và cùng với đó là những vật liệu chế tạo nên chúng phải đáp ứngđược những tiêu chí ngày càng cao Thiết bị tích trữ năng lượng cũngvậy, có rất nhiều loại thiết bị tích trữ năng lượng kiểu mới ra đời gópphần vào sự tiến bộ của thời đại Đồng hành với sự phát triển củacác thiết bị ấy cũng đặt ra những thách thức không nhỏ cho việc tìm

ra và ứng dụng của các loại vật liệu tạo nên chúng và vật liệucacbon đang nổi lên như là một trong những loại vật liệu được ứngdụng nhiều trong thiết bị tích trữ năng lượng với những ưu điểm rấtriêng của chúng Do vậy, dưới sự hướng dẫn của cô PGS.TS.HoàngThị Bích Thủy em đã tìm hiểu và thực hiện đồ án: “vật liệu điện cựccacbon” để nhằm làm rõ ràng hơn việc sử dụng vật liệu cacbon làmđiện cực trong điện phân và các thiết bị tích trữ năng lượng Mặc dù

đã cố gắng hết sức nhưng trong quá trình làm vẫn không thể tránhkhỏi thiếu sót, em mong nhận được những đánh giá nhận xét của cô

để em hoàn thiện hơn kiến thức bản thân Em xin chân thành cảm ơn

cô !!

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ VẬT LIỆU CACBON

1.1 Giới thiệu về nguyên tố C

Cacbon là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu

là C và số nguyên tử bằng 6, nguyên tử khối bằng 12 Là một nguyên

tố phi kim có hóa trị 4 phổ biến, cacbon có nhiều dạng thù hình khácnhau, phổ biến nhất là 3 dạng thù hình gồm cacbon vô địnhhình, graphit và kim cương

Cacbon tồn tại đa số trong mọi sinh vật hữu cơ và nó là nền tảngcủa hóa hữu cơ Phi kim này còn có thuộc tính hóa học đáng chú ý là

có khả năng tự liên kết với nó và liên kết với một loạt các nguyên tốkhác, tạo ra gần 10 triệu hợp chất đã biết Khi liên kết với ôxy nó tạo

ra cacbon điôxít là rất thiết yếu đối với sự sinh trưởng của thực vật.Khi liên kết với hiđrô, nó tạo ra một loạt các hợp chất gọi làcác hiđrôcacbon là rất quan trọng đối với công nghiệp trong dạngcủa các nhiên liệu hóa thạch Khi liên kết với cả ôxy và hiđrô nó cóthể tạo ra rất nhiều nhóm các hợp chất bao gồm các axít béo, là cầnthiết cho sự sống, và este, tạo ra hương vị của nhiều loại hoa quả

Một vài dạng thù hình của cacbon, chẳng hạn như than hoạt tính(AC), ống nano cacbon (CNT) đã được ứng dụng trong điện hóa trongnhiều thập kỷ Vật liệu cacbon xốp đã thu hút sự chú ý đáng kể kể từ

những năm 1960 cho nhiều ứng dụng khoa học và công nghệ Chođến nay, đã có rất nhiều kỹ thuật mới để nghiên cứu các ứng dụngvật liệu cacbon xốp đã được đưa vào ứng dụng trong thương mại.

Các vật liệu cacbon xốp xốp mới đã thu hút được sự chú ý đáng kểkhi sử dụng trong làm chất hấp phụ, lưu trữ khí, chất xúc tác, điệncực pin, điện phân và các siêu tụ điện Vật liệu cacbon xốp đã chứng

tỏ là các điện cực hứa hẹn nhất trong LIBs vì chi phí thấp, dễ kiếm do

có sẵn rất nhiều trong tự nhiên, cho dung lượng cao do khả năng xử

lý của chúng

CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP VẬT LIỆU CACBON TỪ MỘT SỐ

NGUỒN KHÁC NHAU2.1 Các nguồn tổng hợp cacbon trong tự nhiên

Sinh vật tự nhiên có thành phần chủ yếu là cacbon (C), hydro (H) vàoxy (O) có thể chuyển đổi thành năng lượng xanh và tổng hợp thànhvật liệu cacbon có chi phí thấp Nhiều sinh khối có nguồn gốc thựcvật như vỏ dừa, vỏ hạt cao su, tre, vỏ trấu, vỏ bắp ngô, vỏ chuối, vỏsắn, vỏ bưởi, cây cọ, hạt mận, sợi bông đay, bã mía, hạt ô liu, gỗ,bông, có thể được sử dụng làm vật liệu để tổng hợp ra các cacbonxốp.

Vỏ dừa là một nguồn nguyên liệu điển hình trong việc tổng hợpcacbon xốp đã thu hút được sự chú ý rất lớn do cấu trúc tự nhiêntuyệt vời của nó với hàm lượng cacbon cao

(tức là 53-64%) và tỉ lệ H/C và O/C thấp Sự có mặt của mesopores(lỗ xốp có đường kính 2nm) trong cacbon xốp trong dừa cải thiệnhiệu suất điện hóa Chuyển đổi từ vỏ dừa tươi thành cacbon xốp códiện tích bề mặt riêng từ 800-1500 m2/g và thể tích riêng khoảng ~0,3 cm3/g đã được báo cáo rộng rãi So với các nguyên tử cacbon xốpđược sản xuất từ các polyme, các nguyên tử cacbon xốp có nguồngốc thực vật cho thấy lợi thế của chi phí thấp và rất phong phú.Ngoài ra hàm lượng cacbon trong vỏ chuối chiếm 40% tổng trọnglượng Cacbon có cấu trúc xốp được hình thành bởi các polyme sinhhọc như cellulose, hemicellulose, pectin, lignin và protein trongthành tế bào thực vật có bề mặt riêng khoảng 2741 (m2/g) và thểtích lỗ rỗng mecropore khoảng 0,71 (cm3/g)

2.2 Quá trình tổng hợp

Hoạt hóa vật lý và hoạt hóa hoá học đã được sử dụng rộng rãi trướckhi cacbon hóa để tạo ra mạng lưới lỗ rỗng trong vật liệucacbon Hoạt hóa vật lý (cái gọi là hoạt hóa khí) là sự oxy hóa cacbontạo ra các chất khí để tạo độ xốp Mặt khác, hoạt hóa hóa họcthường được thực hiện thông qua việc ngâm tẩm hóa chất và cácchất khử nước ở một tỷ lệ cụ thể

• Giai đoạn 2: hoạt hóa nhiệt: các sản phẩm sau khi cacbon hóacho tiếp xúc với chất oxy hoá, chẳng hạn như hơi nước ở nhiệt

độ cao lên trên 250 °C (thường là 600 - 1200 °C)

C+ H2O  CO+ H2

C + 2H2O  CO2+2 H2

Các khí thoát ra ngoài tạo thành lỗ rỗng trên bề mặt than Đây chính

là các mao quản hình thành trong quá trình hoạt hóa, ban đầu cácmao quản sẽ có kích thước nhỏ, khi thời gian tiếp xúc càng kéo dàithì kích thước mao quản sẽ càng tăng lên Tuy nhiên thời gian tiếpxúc quá lâu sẽ làm phá vỡ các cấu trúc mao quản

Hoạt hóa vật lí là một quá trình thân thiện với môi trường vì nó sửdụng các tác nhân khí để hoạt hóa nên không tạo ra chất thải Tuynhiên, nó thường mất một thời gian hoạt hóa dài hơn, do đó nănglượng nhiệt lớn hơn so với hoạt hóa hóa học và diện tích bề mặtriêng không lớn lắm (<1000 m2/g)

2.2.2 Hoạt hóa hoá học

Trong hoạt hóa hóa học, trước khi tiến hành hoạt hoá, nguyên liệuđược tẩm với một số hoá chất nhất định (tác nhân hoạt hóa), cácchất khử nước, và sau đó được cacbon hóa ở nhiệt độ từ 450 đến 900

°C Sản phẩm sau khi hoạt hóa tiếp tục được rửa sạch và tiến hànhcác bước nghiên cứu tiếp theo

Tác nhân hoạt hóa bao gồm kali hydroxit (KOH), natri hydroxit(NaOH), natri cacbonat (Na2CO3), magiê clorua (MgCl2), axitphotphoric (H3PO4) và kẽm clorua (ZnCl2)

Hoạt hóa hóa học có thể cải thiện diện tích bề mặt riêng của cacbonxốp ở trên 2000 m2/g, thậm chí lên đến 3400 m2/g đối trường hợphoạt hóa KOH Ưu điểm của hoạt hóa hóa học là nhiệt độ hoạt hóatương đối thấp, thời gian hoạt hóa ngắn, và diện tích bề mặt riêngcao hơn hoạt hóa vật lí Tuy nhiên, cũng có những nhược điểm như

sự ăn mòn gây ra bởi các hóa chất được đưa vào

Ví dụ trong quá trình hoạt hóa KOH thì KOH được biến đổi thành K2Othông qua phản ứng phân hủy dưới 700 oK, như được biểu diễn trongphương trình sau:

2 KOH (l)  K2O (r) + H2O (k)

Sau đó cacbon sẽ được phân hủy bởi phản ứng giữa C và H2O tạo ra

CO2 và H2, thể hiện trong các phương trình :

C (r) + H2O (k)  CO (k) + H2 (k)

CO (k) + H2O (l)  CO2 (k) + H2 (k) Sau đó, K2CO3 có thể được hình thành thông qua phản ứng giữa K2O

và CO2:

K2O (r) + CO2 (k)  K2CO3 (r) Khi nhiệt độ tăng lên đến 900o K, KOH phản ứng hoàn toàn, dẫn tới

sự hình thành kali kim loại, như được biểu diễn trong phương trình.Kali kim loại hình thành có thể khuếch tán vào mạng lưới cacbon,kết quả là sự mở rộng của lưới cacbon

6 KOH(l) +2 C(r)  2 K(r) +3 H2(k) +2 K2CO3 (r) Khi nhiệt độ trên 1000 oK, K2CO3 bắt đầu phân hủy thành K2O và CO2,

và nó phân hủy hoàn toàn ở ~ 1100 oK, như được biểu thị theophương trình:

K2CO3 (s)  K2O (s) + CO2(g) Cacbon thu được khi xử lý bằng KOH có bề mặt riêng cao hơn nhiều

so với hoạt hóa vật lí, thể tích lỗ xốp là 2,7 cm3/g và dung lượngriêng của điện cực cacbon là 145 F/g Các vật liệu cacbon xốp (ACs)được hoạt hóa bằng hoạt hóa vật lý (hình 2.1) thể hiện các vùng bềmặt riêng thấp hơn và thể tích riêng thấp hơn các mẫu được chuẩn

bị bởi hoạt hóa hóa học (hình 2.2)

Hình 2.1: Hoạt hóa vật lí bằng KOH

Hình 2.2: Hoạt hóa hóa học bằng KOH

CHƯƠNG 3: CÁC ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU CACBON TRONG ĐIỆN PHÂN VÀ CÁC THIẾT BỊ TÍCH TRỮ NĂNG

LƯỢNG3.1 Điện cực trong tụ điện hóa

Tính chất điện hóa và cơ chế tích trữ năng lượng của tụ điện hóa phụthuộc rất nhiều vào loại vật liệu điện cực được sử dụng Thôngthường vật liệu được sử dụng làm điện cực trong tụ điện hóa chialàm 3 loại:

• Vật liệu cacbon có diện tích bề mặt riêng lớn như: cacbon hoạttính , ống nano cacbon, graphen

• Polime dẫn như: polypyron, polyanilin

• Các oxit kim loại chuyển tiếp như: RuO2, MnO2

Từ khi bắt đầu phát triển tụ điện hóa, cacbon đã từng được sử dụngnhư là một vật liệu điện cực diện tích bề mặt lớn, khả năng dẫn điệntốt, bền nhiệt, bền hóa học với giá thành thấp, nguyên liệu tổng hợpsẵn có trong tự nhiên xử lí dễ dàng Hơn nữa vật liệu cacbon đượcchế tạo từ các phụ phẩm nông nghiệp (vỏ trấu , lõi ngô, xơ dừa , rơmrạ ) và phụ phẩm công nghiệp (săm lốp, mùn cưa, báo cũ ) đã gópphần không nhỏ giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

3.1.1 Tụ điện hóa

Tụ điện hóa có cấu tạo dựa trên cấu tạo của tụ điện gồm hai điện cựcnhúng trong dung dịch điện ly, được ngăn cách với nhau bởi màngngăn và có bộ phận dẫn điện ra ngoài Quá trình tích trữ năng lượngđược thực hiện trên hai điện cực do sự tích trữ điện tích tĩnh điện

Sự tích trữ điện của siêu tụ lớp kép không thực hiện trên hai bản điện

điện Năng lượng tích trữ được tích lũy trong lớp điện tích kép tại bềmặt phân chia pha của điện cực dẫn điện với dung dịch điện ly Khinạp điện, các ion âm trong dung dịch điện ly sẽ khuếch tán tới điệncực dương, các ion dương sẽ khuếch tán đến điện cực âm, tạo ra hailớp điện tích riêng biệt của tụ

Lớp điện tích kép đóng vai trò rất quan trọng, quyết đinh khả năngphóng nạp và tích trữ của siêu tụ Mô hình lớp điện tích kép đượcdiễn tả đầy đủ nhất thông qua thuyết Helmholtz

Dựa trên cơ chế tích điện tụ điện hóa chia làm 3 loại :

• Tụ điện lớp kép: cả hai điện cực đều được làm bằng vật liệucacbon (thường là cacbon hoạt tính ), loại tụ này tích điện nhờ

sự hấp phụ ion lên bề mặt vật liệu điện cực

• Giả điện dung: có các điện cực làm từ các oxit kim loại có nhiềutrạng thái oxi hóa như RuO2, MnO2 hoặc từ polime dẫn Loại

tụ này tích điện nhờ các phản ứng oxi hóa khử nhanh của dungdịch chất điện li với vật liệu điện cực

• Tụ hỗn hợp: là tụ điện hóa có cấu tạo gồm 2 loại điện cưc, 1loại là cacbon hoạt tính đóng vai trò là cực âm (anốt) còn 1 loại

là oxit kim loại có nhiều trạng thái oxi hóa đóng vai trò là cựcdương (catốt)

Điện dung riêng của tụ điện hóa được tính theo đơn vị khối lượng(F/g) phụ thuộc vào diện tích bề mặt riêng như sau:

C = e.A/dTrong đó:

e: hằng số điện môi của dd điện ly

d: khoảng cách giữa các điện tích trong lớp kép điện, m

A: diện tích bề mặt riêng của vật liệu điện cực, được đo bằng đơn vị,

m2/g

Theo phương trình này, các vật liệu cacbon có bề mặt riêng cao thíchhợp nhất để sử dụng làm điện cực cho các tụ siêu tụ điện Trong sốcác vật liệu cacbon đã đề cập ở trên, các nguyên tử cacbon hoạt tínhđược thu hút nhiều nhất do bề mặt cao và chi phí tương đối thấp

3.1.2 Điện cực cacbon trong tụ điện hóa

Vật liệu cacbon ở các dạng khác nhau như cacbon hoạt tính, ốngnano cacbon, sợi cacbon, cacbon aerogel đang được tập trungnghiên cứu ứng dụng cho loại siêu tụ lớp kép Theo cơ chế tích trữđiện tích của siêu tụ lớp kép thì diện tích bề mặt đóng vai trò quantrọng và kích thước lỗ xốp ảnh hưởng đáng kể đến dung lượng cũngnhư khả năng phóng nạp của siêu tụ Nếu đường kính lỗ xốp quánhỏ, khó có thể cho các ion điện ly có bán kính lớn di chuyển quađược, kết quả là dung lượng riêng của tụ giảm

sử dụng các quá trình tổng hợp với nguyên liệu đắt tiền ACs cónguồn gốc từ các nguyên liệu hữu cơ giàu cacbon bằng cách xử lýnhiệt trong khí trơ (quá trình cacbon hóa) Cacbon hoạt tính có thểthu được từ tự nhiên từ vỏ trái cây như vỏ dừa, và từ gỗ, hắc ín, thancốc, hoặc từ các nguyên liệu tổng hợp như polyme Quá trình hoạthóa dẫn đến sự phát triển của một mạng lưới xốp trong phần lớn cáchạt cacbon, micropores (kích thước lỗ <2 nm), mesopores (kíchthước lỗ từ 2 đến 50 nm), và macropores (kích thước lỗ lớn hơn 50nm) được tạo ra một cách ngẫu nhiên (Hình 3.1)

Hình 3.1: Sơ đồ mạng lưới kích thước lỗ của một hạt than hoạt tínhDiện tích bề mặt riêng (SSA) có thể đạt được lên đến 3000 m²/g Tuynhiên, giá trị sử dụng được thực tế chỉ trong khoảng 1000-2000 m²/g.Bột than hoạt tính được chế biến thành những tấm màng nguyên liệuhoạt động bằng cách trộn với cacbon đen và chất kết dính hữu cơ.Màng này được phủ lên chất nền kim loại để tạo thành các điện cực.Hầu hết các pin hiện hành sử dụng điện cực gốc cacbon hoạt tínhtrong chất điện ly hữu cơ có điện áp lên đến 2,7 V Trong chất điện ly

đó, điện dung của cacbon hoạt tính đạt khoảng 100 F/g và 50 F/cm3.Trong dung dịch điện phân, nó có thể được tăng lên đến 200 F/gnhưng điện áp pin chỉ giới hạn ở mức 0,9V Vì sự khống chế kémkích thước lỗ xốp trong quá trình hoạt hóa dẫn tới sự phân bố kíchthước lỗ xốp trong phần lớn vật liệu than hoạt tính không phải là tối

ưu Kết quả là diện tích bề mặt cacbon không thể được khai thác hết

để tạo thành lớp kép tốt nhất

3.1.2.2 Sợi cacbon hoạt tính

So với các loại bột, sợi cacbon hoạt tính không yêu cầu bổ sung bất

kỳ chất kết dính nào và có thể được sử dụng trực tiếp như nhữngmàng nguyên liệu hoạt động Độ dẫn điện cao (200 - 1000 S/cm) Sợicacbon hoạt tính được tổng hợp từ sợi polyme, ví dụ như tơ nhân tạo.Sau khi hoạt hóa, diện tích bề mặt tương đương với cacbon hoạt tính,trong khoảng 1000-2000 m²/g, hầu hết các lỗ xốp phát triển trongphạm vi mesopores Tuy nhiên, chi phí của các nguyên liệu này làcao, chỉ sử dụng hạn chế trong EDLCs cho các ứng dụng đặc thù

do các đặc tính kỵ nước của bề mặt CNT Ngày nay, nhiều nỗ lựcđược tập trung vào việc phát triển một mạng lưới CNT dày đặc đượcsắp xếp thành hàng theo trật tự nano có thể giúp tăng điện dungbằng cách tinh chỉnh khoảng cách giữa các ống CNT bên trong.Những CNT có cấu trúc nano như vậy hứa hẹn sử dụng chủ yếu choứng dụng vi điện tử.

3.1.2.4 Cacbon aerogel

Cacbon aerogel là vật liệu có độ xốp cao, chất liệu siêu nhẹ có nguồngốc từ gelatin hữu cơ mà trong đó các thành phần chất lỏng củagelatin đã được thay thế bằng một chất khí Nó cũng được gọi là khóiđóng băng Nếu lấy ngón tay nhấn mạnh lên aerogen thì sẽ khiếnaerogen bị vỡ vụn và do đó sẽ làm hỏng mẫu Mặc dù thực tế nó rất

dễ bị biến dạng khi có tác dụng lực nhưng nó rất bền vững về mặtcấu trúc Khả năng chịu lực của nó là do các cấu trúc hình cây, trong

đó các hạt có kích thước trung bình (2-5 nm) được tụ với nhau thànhcụm Những cụm tạo thành một cấu trúc chuỗi ba chiều xốp với lỗ

xốp chỉ dưới 100 nm Kích thước trung bình và mật độ của các lỗ xốp

có thể được kiểm soát trong quá trình sản xuất

Trong thành phần của aerogen có tới 98.2% khí do vậy aerogel gầnnhư không có trọng lượng Đó chính là sự khác biệt trong cấu trúccủa aerogel so với các dạng cacbon khác Aerogel có một mạng lướixốp vững mà mạng lưới này đóng vai trò là các túi chứa khí và cáctúi này chiếm phần lớn không gian bên trong vật liệu Aerogel cáchnhiệt và cách điện rất tốt bởi vì chúng được cấu tạo từ gần như hoàntoàn từ khí mà khí lại là chất dẫn điện rất kém Aerogel có đặc tínhkhô và hút ẩm mạnh mẽ Aerogel là một mạng lưới xốp mở Sự khácbiệt giữa một mạng lưới xốp mở và một mạng lưới xốp kín là mạnglưới xốp mở cho phép khí vào và ra các chất mà không có giới hạn ,trong khi mạng lưới xốp kín giữ khí bên trong vật và ngăn không chokhí đi ra Cacbon aerogel được tổng hợp từ các dòng sol-gel, ví dụ,phản ứng trùng ngưng của resorcinol và formaldehyde hình 2.3

Hình 3.3: nhiệt phân aerogel hữu cơ tạo thành cacbon aerogelMột phương pháp nhiệt phân trong môi trường khí trơ dẫn đến sựhình thành của một cacbon aerogen xốp có cấu trúc mesoporous(kích thước lỗ giữa 2 và 50 nm), và độ dẫn điện cao Diện tích bề mặtriêng trong khoảng 400-900 m²/g, tức là thấp hơn so với than hoạttính Do cấu trúc các lỗ liên kết với nhau, khả năng tích trữ nănglượng của điện cực aerogel nhìn chung là cao

3.1.2.6 Sự phụ thuộc của điện dung vào kích thước lỗ của vật liệu cacbon

Điện dung riêng của cacbon phụ thuộc tuyến tính vào diện tích bềmặt khi diện tích bề mặt thấp, nhưng nó có xu hướng nhanh chóng

ổn định (đồ thị) khi diện tích bề mặt được tăng thêm Một trong

những vấn đề quan trọng trong việc thiết kế cấu trúc điện cựccacbon cho các EDLC là sự hiểu biết về mối quan hệ giữa kích thướcion điện ly và kích thước lỗ cacbon Do quá trình hoạt hóa truyềnthống không khống chế được kích thước lỗ xốp đạt như mong muốnnên nhiều nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc thiết kế cacbonxốp bằng việc tinh chỉnh kích thước lỗ để tăng điện dung riêng bằngnhiều biện pháp khác nhau Điện dung đạt mức tối đa khi kích thước

lỗ xốp đạt được trong phạm vi mesoporous Theo các kết quả nghiêncứu rút ra từ trước thì các lỗ xốp có kích thước gấp đôi ion hòa tan làđiều kiện cần để tối ưu hóa điện tích lưu trữ, giá trị điện dung riêngkhoảng 200 F/g trong axit sulfuric và 100 F/g trong chất điện ly hữu

cơ Gần đây một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, điện dung riêng cao

có thể thu được với cacbon có cấu trúc lỗ micropore Điều này chothấy rằng ngay cả các micropores (kích thước nhỏ hơn 2 nm) cũngđóng góp cho cơ chế tích điện

Hình 3.4: Điện dung so với kích thước lỗ xốp trung bình cho TiC-CDCs

và cacbon khác từ tài liệu thử nghiệm trong cùng chất điện ly

Sự biểu hiện của sự tích điện trong lỗ nhỏ hơn kích thước của các ionđiện ly hòa tan đã được thực hiện bằng cách sử dụng hợp chấtcacbua có nguồn gốc từ cacbon (CDCs) Những vật liệu này chỉ cómột sự phân bố kích thước lỗ với giá trị trung bình có thể điều chỉnhđược với độ chính xác hơn 0,05 nm, đã được sử dụng như là các hợpchất điển hình để nghiên cứu sự hấp phụ ion có kích thước lỗ giữa0,6 và 1,1 nm Hình 3.4 cho thấy sự phụ thuộc của điện dung riêngvới kích thước lỗ CDCs, thu được trong dung dịch điện phânacetonitrile chứa 1.5M muối Net4BF4 Thực tế là khi giảm kích thước

lỗ xốp thì điện dung sẽ giảm theo nhưng tới một giá trị tới hạn nào

đó thì điện dung sẽ không giảm nữa, khác với giả thiết rằng điệndung sẽ tiếp tục giảm Lỗ nhỏ hơn 1 nm đóng góp rất lớn cho sự tíchđiện lớp kép ngay cả khi kích thước của các ion hòa tan lớn Sự giatăng điện dung cho kích thước lỗ <1 nm đã được giải thích bởi sựbiến dạng của vỏ ion hòa tan dẫn đến các ion có thể tiếp cận gầnhơn với bề mặt cacbon Các kết quả này mang lại nhiều hướng tíchcực cho thêm những ý tưởng mới về việc thiết kế thế hệ EDLC saunày

3.2 Điện cực cacbon trong ắc quy Li-ion

3.2.1 Ắc quy Li-ion

Ắc quy Li-ion có cấu tạo gồm nhiều lớp vật liệu được cuộn lại theohình trụ hoặc hình lăng trụ Các lớp vật liệu này bao gồm hợp chấtcực dương ( muối của Li) và hợp chất cực âm (C) phủ lên các tấm Al

và Cu và giữa các lớp đó là tấm cách xốp có tẩm chất điện ly Khihoạt đông, các ion Li+ sẽ di chuyển giữa các điện cực dương và âmtạo ra dòng điện Hệ thống điện hóa trong ắc quy Li – ion là:

Cu / muối Li+ (cực dương ) / tấm cách / C ( cực âm)/Al

Cơ chế hoạt động :

Cực dương: LiMO2  Li1-x MO2 + xLi+ + xe

Cực âm: C+ xLi++ xe-  Lix C

Phản ứng tổng: LiMO2 + C  Li1-xC+ LixMO2