Nghiên cứu chế tạo vật liệu composit oxit sắtcác bon định hướng ứng dụng trong tích trữ năng lượng

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới TS Bùi Thị Hằng - Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS) - Đại học Bách khoa học Hà Nội, TS Doãn Hà Thắng - Bộ Khoa học Cơng nghệ Thầy tận tình giúp đỡ hướng dẫn em nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian hoàn thành luận án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS) - Đại học Bách khoa Hà Nội gia đình bạn bè giúp đỡ suốt q trình học tập hồn thành luận án Do thời gian có hạn nên luận án khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận góp ý thầy bạn để luận án hoàn thiện Nghiên cứu sinh TRỊNH TUẤN ANH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Luận án khơng có chép tài liệu, cơng trình nghiên cứu người khác mà không rõ mục tài liệu tham khảo Những kết số liệu luận án chưa công bố hình thức Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước nhà trường cam đoan Hà Nội, ngày Thay mặt tập thể hướng dẫn tháng năm 2019 Nghiên cứu sinh BÙI THỊ HẰNG TRỊNH TUẤN ANH ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Lý chọn đề tài Phương pháp nghiên cứu Các đóng góp luận án Bố cục luận án Kết luận 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN…………………………………………………………… 11 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PIN 11 1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 13 1.2.1 Dung lượng lý thuyết .13 1.2.2 Năng lượng lý thuyết .14 1.3 TỔNG QUAN VỀ PIN KIM LOẠI - KHÍ 14 1.4 PIN Fe - KHÍ 18 1.4.1 Nguyên lý hoạt động đặc trưng pin Fe - khí .18 1.4.2 Điện cực sắt .19 1.4.3 Những thách thức điện cực sắt 22 1.4.4 Phương pháp khắc phục 22 1.4.5 Điện cực khí .24 1.4.6 Dung dịch điện ly 25 1.5 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ VỀ PIN Fe - KHÍ 25 1.5.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu quốc tế pin Fe - khí 25 1.5.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước pin Fe - khí 27 iii 1.6 THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 1.6.1 Thực nghiệm 29 1.6.1.4 Dung dịch điện ly 32 1.6.1.5 Chế tạo cell ba điện cực 32 1.6.2 Các phương pháp nghiên cứu 33 1.7 KẾT LUẬN 34 CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HĨA CỦA VẬT LIỆU COMPOSIT ƠXIT SẮT/CÁC BON BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN TRỘN 35 2.1 GIỚI THIỆU 35 2.2 KẾT QUẢ HÌNH THÁI HỌC VÀ ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HĨA CỦA VẬT LIỆU ƠXIT SẮT/CÁC BON 36 2.2.1 Hình thái học vật liệu AB, Fe2O3 Fe2O3/AB .36 2.2.2 Sự phân bố thành phần vật liệu composit Fe2O3/AB .38 2.2.3 Đặc trưng điện hóa điện cực AB 39 2.2.4 Đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3 40 2.2.5 Đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3/AB 42 2.2.6 Sự phân bố thành phần vật liệu điện cực Fe2O3/AB sau phóng - nạp 45 2.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HÓA CỦA ĐIỆN CỰC nm Fe2O3/AB 47 2.3.1 Ảnh hưởng chất kết dính 47 2.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng Fe2O3 AB .50 2.3.3 Ảnh hưởng chất phụ gia K2S 53 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 56 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSIT ÔXIT SẮT/CÁC BON BẰNG CÁC QUY TRÌNH THỦY NHIỆT VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HĨA CỦA CHÚNG 57 3.1 GIỚI THIỆU 57 3.2 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU Fe2O3 TỔNG HỢP THEO QUY TRÌNH THỦY NHIỆT 57 3.2.1 Quy trình thủy nhiệt chế tạo vật liệu Fe2O3 57 iv 3.2.2 Kết phân tích cấu trúc vật liệu giản đồ nhiễu xạ tia X 58 3.2.3 Kết phân tích hình thái bề mặt vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 59 3.2.4 Đặc trưng điện hóa điện cựcFe2O3/AB………………………………… …….68 3.3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU Fe2O3 TỔNG HỢP THEO QUY TRÌNH THỦY NHIỆT 64 3.3.1 Quy trình thủy nhiệt chế tạo vật liệu Fe2O3 65 3.3.2 Kết phân tích cấu trúc vật liệu giản đồ nhiễu xạ tia X 66 3.3.3 Kết phân tích hình thái bề mặt vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 66 3.3.4 Đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3/AB 68 3.4 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU Fe2O3 TỔNG HỢP THEO QUY TRÌNH THỦY NHIỆT 71 3.4.1 Quy trình thủy nhiệt chế tạo vật liệu Fe2O3 71 3.4.2 Kết phân tích cấu trúc vật liệu giản đồ nhiễu xạ tia X 72 3.4.3 Kết phân tích hình thái bề mặt vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) 73 3.5 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU Fe2O3/AB TỔNG HỢP THEO QUY TRÌNH THỦY NHIỆT BƯỚC 80 3.5.1 Quy trình thủy nhiệt bước chế tạo vật liệu Fe2O3/AB 80 3.5.2 Đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3/AB .80 3.6 ĐẶC TRƯNG ĐIỆN HÓA CỦA ĐIỆN CỰC Fe2O3/AB SỬ DỤNG VẬT LIỆU Fe2O3 CĨ KÍCH THƯỚC MICRO MÉT 83 3.6.1 Hình thái học vật liệu Fe2O3 kích thước micro mét 83 3.6.2 Đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3/AB sử dụng vật liệu µm-Fe2O3 83 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 88 CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CHẤT PHỤ GIA LÊN TÍNH CHẤT ĐIỆN HĨA CỦA ĐIỆN CỰC COMPOSIT ÔXIT SẮT/CÁC BON 89 4.1 MỞ ĐẦU 89 4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA K2S LÊN TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC Fe2O3/AB CHẾ TẠO BẰNG CÁC QUY TRÌNH THỦY NHIỆT 89 4.2.1 Ảnh hưởng K2S đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 cầu xốp 89 v 4.2.2 Ảnh hưởng K2S đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 cầu rỗng .92 4.2.3 Ảnh hưởng K2S đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 lập phương 94 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA Bi2S3 LÊN TÍNH CHẤT ĐIỆN HĨA ĐIỆN CỰC Fe2O3/AB CHẾ TẠO BẰNG QUY TRÌNH THỦY NHIỆT 97 4.3.1 Ảnh hưởng Bi2S3 đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 cầu xốp 97 4.3.2 Ảnh hưởng Bi2S3 đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 cầu rỗng 99 4.3.3 Ảnh hưởng Bi2S3 đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 lập phương 101 4.4 ẢNH HƯỞNG CỦA K2S + Bi2S3 LÊN TÍNH CHẤT ĐIỆN HĨA ĐIỆN CỰC Fe2O3/AB CHẾ TẠO BẰNG BẰNG QUY TRÌNH THỦY NHIỆT 104 4.4.1 Ảnh hưởng K2S +Bi2S3 đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 cầu xốp 104 4.4.2 Ảnh hưởng K2S +Bi2S3 đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 cầu rỗng 106 4.4.3 Ảnh hưởng K2S + Bi2S3 đến đặc trưng điện hóa vật liệu Fe2O3 lập phương 107 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 113 KẾT LUẬN 114 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 115 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 126 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên chi tiết m - Fe2O3 Sắt ôxit kích thước micro mét nm - Fe2O3 Sắt oxit kích thước nano mét A AB Acetylen black bon (carbon Acetylen Black) Ah Ampe - (dung lượng) Ca Dung lượng pin CV Qt vòng tuần hồn (Cyclic voltammetry) DOD Độ phóng sâu EVs Xe điện 10 HEVs 11 M Kim loại 12 n Số ơxy hóa 13 Ni-MH 14 PTFE Polytetrafluoroethylene 15 PVdF Polyvinylidene fluoride 16 SEM Hiển vi điện tử quét 17 SEM-EDS 18 TEM 19 V 20 W/kg 21 Wh 22 Wh/kg Năng lượng riêng 23 Wh/L (Oát – giờ)/lít (Mật độ lượng) 24 XRD Giản đồ nhiễu xạ tia X Năng lượng pin Xe điện hybrid Pin niken kim loại hyđrô (Nikel-Metal Hydride) Hiển vi điện tử quét – phổ tán xạ lượng Hiển vi điện tử truyền qua Điện áp Công suất riêng Oát – (năng lượng) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số liệu so sánh công nghệ số pin sạc lại [8-12] 15 Bảng 1.2 Đặc trưng pin Fe - khí [73] 18 Bảng 1.3 Bảng hoá chất nguyên vật liệu 29 Bảng 3.1 Danh sách mẫu chế tạo theo quy trình thủy nhiệt 58 Bảng 3.2 Danh sách mẫu chế tạo theo quy trình thủy nhiệt 65 Bảng 3.3 Danh sách mẫu chế tạo quy trình thủy nhiệt 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Một số loại pin thơng dụng 12 Hình 1.2 Cấu tạo pin kim loại - khí 15 Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động pin Fe - khí 18 Hình 1.4 Phản ứng điện hóa Pin Fe - khí dung dịch kiềm [5] 19 Hình 1.5 Đường cong phóng - nạp điện cực sắt [75] 20 Hình 1.6 Quy trình thủy nhiệt chế tạo α-Fe2O3 30 Hình 1.7 Các thiết bị để chế tạo vật liệu Fe2O3 phương pháp thủy nhiệt: (a) Bình thủy nhiệt, (b) Máy quay ly tâm, (c) Lò thủy nhiệt (d) Lò ủ mẫu 31 Hình 1.8 Sơ đồ mô tả cấu trúc điện cực làm việc 32 Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo cell ba điện cực 32 Hình 2.1 Ảnh SEM (a) TEM (b) Acetylene black cacbon (AB) 36 Hình 2.2 Ảnh SEM hạt Fe2O3 kích thước (a) nano mét (b) micro mét 37 Hình 2.3 Ảnh SEM vật liệu (a) nm-Fe2O3/AB (b) μm-Fe2O3/AB 37 Hình 2.4 Ảnh SEM - EDS phân bố Fe, C mẫu (a) μm-Fe2O3/AB (b) nm-Fe2O3/AB chế tạo phương pháp nghiền trộn 38 Hình 2.5 Đặc trưng CV điện cực AB (AB:PTFE = 90:10%) dung dịch KOH M 39 Hình 2.6 Đặc trưng CV điện cực Fe2O3 (Fe2O3:PTFE = 90:10%) dung dịch KOH M (a) µm - Fe2O3 (b) nm - Fe2O3 40 Hình 2.7 Đặc trưng CV điện cực Fe2O3/AB (Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10%) dung dịch KOH M (a)µm - Fe2O3/AB (b) nm - Fe2O3/AB 42 Hình 2.9 Đặc trưng CV điện cực nm - Fe2O3/AB với tỷ lệ khối lượng Fe2O3:AB:chất kết dính = 45:45:10 % KOH sử dụng (a) PVdF (b) PTFE 48 Hình 2.10 Đặc trưng CV điện cực composite Fe2O3/AB với tỷ lệ khối lượng (a) Fe2O3:AB:PTFE = 47,5:47,5:5%, (b) Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10%, (c) Fe2O3:AB:PTFE = 42,5:42,5:15% (d) Fe2O3:AB:PTFE =40:40:20% dung dịch KOH M 49 Hình 2.11 Đặc trưng CV điện cực composit Fe2O3/AB với tỷ lệ khối lượng (a) Fe2O3:AB:PTFE = 30:60:10%, Fe2O3:AB:PTFE = 45:45;10%, Fe2O3:AB:PTFE = 60:30:10% (b) Fe2O3:AB:PTFE= 70:20:10% dung dịch KOH M 52 Hình 2.12 Kết CV điện cực composite Fe2O3/AB (Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10%) dung dịch KOH (a) 0,005 M, (b) 0,01 M K2S,55,(c) 0,05 M K2S (d) 0,1 M K2S 55 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Fe2O3 tổng hợp quy trình thủy nhiệt nồng độ khác DMSO: (a) ml, (b) ml, (c) ml (d) ml…………… 59 Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu Fe2O3 chế tạo theo quy trình thủy thiệt 1: (a) DMSO-1 ml, (b) DMSO-2 ml, (c) DMSO-4 ml (d) DMSO-8 ml 60 Hình 3.3 Đặc trưng CV điện cực Fe2O3/AB dung dịch KOH M sử dụng Fe2O3 chế tạo theo quy trình thủy nhiệt 1: (a) DMSO-1 ml, (b) DMSO-2 ml, (c) DMSO-4 ml (d) DMSO-8 ml 63 Hình 3.4 Dung lượng phóng điện cực Fe2O3/AB 64 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Fe2O3 tổng hợp quy trình thủy nhiệt 2: (a) (NH2)2CO-0,5 mM, (b) (NH2)2CO-1 mM (c) (NH2)2CO-2 mM 66 Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu Fe2O3 chế tạo theo quy trình thủy thiệt 2: (a) NH2)2CO-0,5 mM: Fe2O3 hình cầu rỗng, (b) (NH2)2CO-1 mM, Na2HPO4-1mM: Fe2O3 hình ống, (c) (NH2)2CO-2 mM, Na2HPO4-2 mM: Fe2O3 hình đĩa 67 Hình 3.7 Đặc trưng CV Fe2O3/AB chế tạo theo quy trình thủy nhiệt dung dịch KOH M: (a) hình cầu rỗng, (b) hình ống, (c) hình đĩa 69 Hình 3.8 Dung lượng điện cực Fe2O3/AB 70 Hình 3.9 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu α-Fe2O3 tổng hợp quy trình thủy thiệt 3: (a) Fe2O3 dạng hạt tự do, (b) Fe2O3 dạng hình cầu, (c ) Fe2O3 dạng que, (d) Fe2O3 dạng que + lập phương, (e) Fe2O3 dạng lập phương, (f) Fe2O3 dạng lập phương rỗng, (g) Fe2O3 dạng đa diện 73 Hình 3.10 Kết đo SEM mẫu α-Fe2O3 chế tạo theo quy trình thủy thiệt 3: (a) Fe2O3 dạng hạt tự do, (b) Fe2O3 dạng hình cầu, (c ) Fe2O3 dạng que, (d) Fe2O3 dạng que + lập phương, (e) Fe2O3 dạng lập phương, (f) Fe2O3 dạng lập phương rỗng, (g) Fe2O3 dạng đa diện……………………… .76 Hình 3.11 Đặc trưng CV Fe2O3/AB chế tạo theo quy trình thủy nhiệt dung dịch KOH M: (a) Fe2O3 dạng hạt tự do, (b) Fe2O3 dạng hình cầu, (c ) Fe2O3 dạng que, (d) Fe2O3 dạng que + lập phương, (e) Fe2O3 dạng lập phương, (f) Fe2O3 dạng lập phương rỗng, (g) Fe2O3 dạng đa diện……………………………………………………………… …….78 Hình 4.23 Dung lượng phóng điện cực Fe2O3/AB Fe2O3/AB + Bi2S3 sử dụng Fe2O3 cầu rỗng dung dịch KOH KOH + K2S Do hệ đo phóng - nạp hệ đo chuyên dụng chưa có PTN Việt Nam nên để nghiên cứu chi tiết đặc trưng phóng - nạp hai mẫu lại Fe2O3 cầu xốp lập phương, sử dụng đồng thời hai chất phụ gia điện cực Bi2S3 dung dịch điện ly K2S, thời gian tới nhóm nghiên cứu phối hợp với đối tác nước để thực phép đo 112 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Các vật liệu điện cực Fe2O3/AB sử dụng Fe2O3 cầu xốp, cầu rỗng lập phương chế tạo quy trình thủy nhiệt bước sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng chất phụ gia cho dung dịch điện ly K2S chất phụ gia cho điện cực Bi2S3 đến đặc trưng điện hóa chúng, kết thu sau: • Chất phụ gia K2S dung dịch điện ly KOH làm tăng tốc độ phản ứng ơxy hóa sắt, khử lượng H2 sinh giúp làm tăng hiệu suất nạp điện cực Fe2O3/AB Trong điện cực Fe2O3/AB sử dụng Fe2O3 cầu xốp thể đặc trưng điện hóa dung lượng tốt dung dịch điện ly KOH 7,99 M +K2S 0,01 M • Chất phụ gia Bi2S3 điện cực Fe2O3/AB cho thấy tương tự ảnh hưởng K2S dung dịch KOH Trong điện cực Fe2O3/AB + Bi2S3 1% khối lượng cho thấy mẫu Fe2O3 cầu rỗng cho dung lượng cao suy giảm dần theo số chu kỳ phóng - nạp Fe2O3 lập phương cho dung lượng tăng dần theo số chu kỳ phóng - nạp để đạt giá trị ổn định • Kết hợp hai loại chất phụ gia K2S Bi2S3 tất điện cực cải thiện so với mẫu sử dụng loại chất phụ gia Trong mẫu Fe2O3 cầu rỗng cho dung lượng cao đạt 760 mAh/g đặc trưng điện hóa tốt 15 chu kỳ đầu ứng dụng làm cực âm cho pin Fe - khí 113 KẾT LUẬN • Bằng phương pháp nghiền trộn, chế tạo thành công mẫu composit Fe2O3/AB sử dụng Fe2O3 thương mại, kết đạt sau: ✓ Vật liệu nm - Fe2O3/AB cho khả chu trình hóa tốt vật liệu µmFe2O3/AB Tỷ lệ thành phần Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10% chất phụ gia K2S 0,01 M dung dịch điện ly KOH 7.99 M phù hợp ✓ Đã tìm chế suy giảm dung lượng điện cực, chế kết tủa - hòa tan q trình phóng - nạp dẫn đến phân bố lại mảnh sắt, gây co cụm, kết đám hạt sắt làm giảm diện tích bề mặt hoạt động dẫn đến suy giảm dòng điện theo số chu kỳ quét • Đã chế tạo thành công vật liệu Fe2O3 với hình dạng, kích thước khác quy trình thủy nhiệt bước vật liệu Fe2O3/AB quy trình thủy nhiệt bước Kết cho thấy: ✓ Hình dạng, kích thước hạt Fe2O3 có ảnh hưởng mạnh đến đặc trưng điện hóa điện cực Fe2O3/AB Các mẫu có đặc trưng điện hóa tốt vật liệu Fe2O3 dạng cầu xốp, dạng cầu rỗng dạng lập phương • Các vật liệu điện cực Fe2O3/AB sử dụng Fe2O3 cầu xốp, cầu rỗng lập phương kết hợp với chất phụ gia K2S Bi2S3, kết thu sau: ✓ Fe2O3 cầu xốp thể đặc trưng điện hóa dung lượng tốt dung dịch điện ly KOH 7,99 M + K2S 0,01 M ✓ Fe2O3 cầu rỗng cho dung lượng cao Fe2O3/AB + 1% Bi2S3 suy giảm dần theo số chu kỳ phóng nạp, Fe2O3 lập phương cho dung lượng tương đối ổn định sau số chu kỳ phóng nạp ✓ Kết hợp hai loại chất phụ gia K2S Bi2S3 tất điện cực cải thiện so với mẫu sử dụng loại chất phụ gia Trong mẫu Fe2O3 cầu rỗng cho dung lượng cao đạt 760 mAh/g, hiệu suất cao đạt 75,4% đặc trưng điện hóa tốt 15 chu kỳ đầu ứng dụng làm cực âm cho pin Fe - khí 114 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Trên sở kết thu từ luận án, chúng tơi có số kiến nghị sau: • Phối hợp với đối tác nước để đo đặc trưng phóng - nạp hệ đo chuyên dụng cho mẫu Fe2O3 dạng cầu xốp lập phương • Sử dụng dạng bon nano khác CNT, CNF … để khảo sát ảnh hưởng cấu trúc bon đến đặc trưng điện hóa điện cực composit Fe2O3/C để cải thiện suy giảm dung lượng theo số chu kỳ quét • Khảo sát điều kiện phóng, nạp để tìm điều kiện phóng - nạp tối ưu cho điện cực composit Fe2O3/C 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Girishkumar et al (2010), "Lithium-Air Battery: Promise and Challenges," J Phys Chem Lett vol 1, pp 2193-2203 [2] T M Gür (2018), “Review of electrical energy storage technologies, materials and systems: challenges and prospects for large-scale grid storage” Energy Environ Sci, vol 11, pp 2696-2767 [3] N A Hampson, R J Latham, A Marshall, s R D Gile (1974), “Some aspects of the electrochemical behaviour of the iron electrode in alkaline solutions,”, Electrochim Acta, vol 19, pp 397-405 [4] X Wang, X Chen, X Ma, H Zheng, M Ji, Z Zhang (2004), “Lowtemperature synthesis of a-Fe2O3 nanoparticles with a closed cage structure”, Chemical Physics Letters, vol 384, pp 391–393 [5] A R Paulraj, (2019), “Studies on Rechargeable Fe-air electrodes in Alkaline electrolyte” , D Thesis, C Engineering and E Sciences [6] R S Schrebler-Guzman, J R Viche, A J Arvia (1979), “The potentiodynamic behaviour of iron in alkaline solutions”, Electrochim Acta, vol 24, pp 395-403 [7] R D McKerracher, C Ponce de Leon, R G A Wills, A A Shah, and F C Walsh (2015), “A Review of the Iron-Air Secondary Battery for Energy Storage,” Chempluschem, vol 80, no 2, pp 323–335 [8] F Cheng and J Chen (2012), “Metal–air batteries: from oxygen reduction electrochemistry to cathode catalysts,” Chem Soc Rev., vol 41, no 6, p 2172 [9] K F Blurton and A F Sammells (1979), “Metal/air batteries: Their status and potential — a review,” J Power Sources, vol 4, no 4, pp 263–279 [10] M Chamoun, A R Paulraj, B Skårman, H Vidarsson, Y Kiros, D Noréus (2018), “Bifunctional Performance of Flow Assisted Rechargeable Iron-Air Alkaline Batteries” Materials Chemistry, Inorganic Chemistry, vol 24, pp 399413 [11] IRON-AIR RECHARGEABLE BATTERY, “A Robust and Inexpensive IronAir Rechargeable Battery for Grid-Scale Energy Storage”, University of Southern California (USC) 116 [12] The European FP7 funded project, NECOBAUT, “New Concept of Metal-Air Battery for Automotive Application based on Advanced Nanomaterials”, http://necobaut.eu/home/home.php [13] Q Wang and Y Wang (2016), “Overcoming the Limiting Step of Fe2O3 Reduction via in Situ Sulfide Modification”, ACS Applied materials & interfaces, pp 10334-10342 [14] B Chen, D Y C Leung, J Xuan, and H Wang (2015), “A High Performance Dual Electrolyte Aluminium-air Cell,” Energy Procedia, vol 75, pp 1983–1989 [15.] M L Doche, F Novel-Cattin., R., Durand and J J Rameau (1997), “Characterization of different grades of aluminum anodes for aluminum/air batteries,” J Power Sources, vol 65, no 1–2, pp 197–205 [16] J Liu, D Wang, D Zhang, L Gao, and T Lin (2016), “Synergistic effects of carboxymethyl cellulose and ZnO as alkaline electrolyte additives for aluminium anodes with a view towards Al-air batteries,” Journal of Power Sources, vol 335 pp 1–11 [17] R S M Patnaik, S Ganesh, G Ashok, M Ganesan, and V Kapali (1994), “Heat management in aluminium/air batteries: sources of heat,” J Power Sources, vol 50, no 3, pp 331–342 [18] S Yang (2002), “Design and analysis of aluminum/air battery system for electric vehicles,” Journal of Power Sources, vol 112, no pp 162–173 [19] C Chakkaravarthy, A K A Waheed, and H V K Udupa (1981), “Zinc-air alkaline batteries - A review,” J Power Sources, vol 6, no 3, pp 203–228 [20] D Linden, T B Reddy, Fu J.and Chen Z (2006), “Zinc–Air Batteries,”, Handbook of battery, Third Edition, Mc Graw-Hill, 2002 pp 1–20 [21] E Deiss, F Holzer, and O Haas (2002), “Modeling of an electrically rechargeable alkaline Zn-air battery,” Electrochim Acta, vol 47, no 25, pp 3995– 4010 [22] E L Dewi, K Oyaizu, H Nishide, and E Tsuchida (2003), “Cationic polysulfonium membrane as separator in zinc-air cell,” J Power Sources, vol 115, no 1, pp 149–152 117 [23] S Goutam, N Omar, P.V.D Bossche, and J V Mierlo (2017), “Chapter Two – Review of Nanotechnology for Anode Materials in Batteries,” Emerging Nanotechnologies in Rechargeable Energy Storage Systems, vol 6, pp 45–82 [24] S Higashi, S W Lee, J S Lee, i K Takech, and Y Cui (2016), “Avoiding short circuits from zinc metal dendrites in anode by backside-plating configuration,” Nat Commun., vol 7, p 11801-1189 [26] Y Li and H Dai (2014), “Recent advances in zinc–air batteries,” Chem Soc Rev., vol 43, no 15, pp 5257–5275 [27] Wang K et al (2015), “Dendrite growth in the recharging process of zinc–air batteries,” J Mater Chem A, vol 3, no 45, pp 22648–22655 [28] Y Li and J Lu (2017), “Metal–Air Batteries: Will They Be the Future Electrochemical Energy Storage Device of Choice?”, ACS Energy Lett., vol 2, no 6, pp 1370–1377 [29] X Zhang et al (2016), "Recent Progress in Rechargeable Alkali Metal-Air Batteries," Green Energy and Environment vol 1, pp 4-17 [30] M C Wu, T S Zhao, P Tan, H R Jiang, and X B Zhu (2016), “Costeffective carbon supported Fe2O3 nanoparticles as an efficient catalyst for nonaqueous lithium-oxygen batteries,” Electrochim Acta, vol 211, pp 545–551 [31] Z Zhang, G Zhou, W Chen, Y Lai, and J Li (2013), “Facile Synthesis of Fe2O3 Nanoflakes and Their Electrochemical Properties for Li-Air Batteries,” ECS Electrochem Lett., vol 3, no 1, pp 8–10 [32] M A Rahman, X Wang, and C Wen (2013), “High Energy Density MetalAir Batteries: A Review,” J Electrochem Soc., vol 160, no 10, pp 1759–1771 [33] D D Macdonald, D Owen (1976), “The Electrochemistry of Iron in lM Lithium Hydroxide Solution at 22° and 200°C”, J Electrochem., vol 120, pp 317324 [34] S Yang and D J Siegel (2015), “Intrinsic Conductivity in Sodium–Air Battery Discharge Phases: Sodium Superoxide and Sodium Peroxide,” Chem Mater., vol 27, no 11, pp 3852–3860 118 [35] S H Sahgong, S T Senthilkumar, K Kim, S M Hwang, and Y Kim (2015), “Rechargeable aqueous Na–air batteries: Highly improved voltage efficiency by use of catalysts,” Electrochem commun., vol 61, pp 53–56 [36] Q Sun, Y Yang, and Z.-W Fu (2012), “Electrochemical properties of room temperature sodium–air batteries with non-aqueous electrolyte,” Electrochem commun., vol 16, no 1, pp 22–25 [37] P Adelhelm et al (2015), "From Lithium to Sodium: Cell Chemistry of Room Remperature Sodium-Air and Sodium-Sulfur Batteries," Beilstein J Nanotechnol Vol 6, pp 1016-1022 [38] M Chamoun, A R Paulraj, Y Kiros, H Svengren, M Göthelid, B Skårman, H Vidarsson, M Johansson (2019), “Electrochemical Performance and in Operando Charge Efficiency Measurements of Cu/Sn-Doped Nano Iron Electrodes” Batteries, E-ISSN no 1, pp 2313-0105 [39] B T Hang and D H Thang (2016), “Electrochemical properties of Fe2O3 microparticles and their application in Fe/air battery anodes,” Journal of Alloys and Compounds, vol 655 pp 44–49 [40] B T Hang and D H Thang (2016), “Effect of additives on the electrochemical properties of Fe2O3/C nanocomposite for Fe/air battery anode,” J Electroanal Chem., vol 762, pp 59–65 [41] B T Hang, D H Thang, and E Kobayashi (2013), “Fe/carbon nanofiber composite materials for Fe-air battery anodes,” Journal of Electroanalytical Chemistry, vol 704 pp 145–152 [42] B T Hang, D H Thang, N T Nga, P T L Minh, and E Kobayashi (2013), “Nanoparticle Fe2O3-Loaded Carbon Nanofibers as Iron-Air Battery Anodes,” J Electrochem Soc., vol 160, no 9, pp 1442–1445 [43] B T Hang, H Hayashi, S H Yoon, S Okada, and J.I Yamaki (2008), “Fe2O3-filled carbon nanotubes as a negative electrode for an Fe-air battery,” J Power Sources, vol 178, no 1, pp 393–401 [44] B T Hang, T Watanabe, M Eashira, S Okada, J.I Yamaki, S Hata, S.H Yoon, I Mochida (2005), “The electrochemical properties of Fe2O3-loaded carbon 119 electrodes for iron-air battery anodes,” J Power Sources, vol 150, no 1–2, pp 261–271 [45] B T Hang, T Watanabe, M Egashira, I Watanabe, S Okada, and J Yamaki (2006), “The effect of additives on the electrochemical properties of Fe/C composite for Fe/air battery anode,” J Power Sources, vol 155, no 2, pp 461–469 [46] B T Hang, Yoon S.-H., Okada S., and Yamaki J (2007), “Effect of metalsulfide additives on electrochemical properties of nano-sized Fe2O3-loaded carbon for Fe/air battery anodes,” J Power Sources, vol 168, no 2, pp 522–532 [47] N V Long, Y Yang, C M Thi, B T Hang, Y Cao, and M Nogami (2014), “Controlled synthesis and characterization of iron oxide micro-particles for Fe-air battery electrode material,” Colloid Polym Sci., vol 293, no 1, pp 49–63 [48] N V Long, Y Yang, C Minh Thi, Y Cao, and M Nogami (2014), “Ultrahigh stability and durability of iron oxide micro- and nano-structures with discovery of new three-dimensional structural formation of grain and boundary,” Colloids Surfaces A Physicochem Eng Asp., vol 456, no 1, pp 184–194 [49] K F Blurton and A F Sammells (1979), “Metal/air batteries: Their status and potential — a review,” J Power Sources, vol 4, no 4, pp 263–279 [50] B T Hang, D H Thang (2016), “Electrochemical properties of Fe2O3 microparticles and their application in Fe/air battery anodes”, Journal of Alloys and Compounds, vol 655, pp 44–49 [51] B T Hang, T V Dung, N T Nga, D H Thang (2015), “Electrochemical properties of Fe/C electrode in alkaline solution with LiOH additive applying for Fe-air battery anode”, Jounal of Science and Technology, vol 108, pp 115-119 [52] A S Rajan, M K Ravikumar, K R Priolkar, S Sampath, and A K Shukla (2014), “Carbonyl-Iron Electrodes for Rechargeable-Iron Batteries”, Electrochem Energy Technol., vol 1, pp 2–9 [53] Cerny, J Jindra, K Micka, (1993), “Comparative study of porous iron electrodes”, J Power Sources, vol 45, pp 262 - 267 [54] H A Figueredo-Rodrıguez, R D McKerracher, M Insausti, A Garcia Luis, C Ponce de Leon, C Alegre, V Baglio, A S Arico, ` and F C Walsh (2017), “A Rechargeable, Aqueous Iron Air 120 Battery with Nanostructured Electrodes Capable of High Energy Density Operation”, Journal of The Electrochemical Society, vol 164, no 6, pp 1148-1157 [55] B Yang, S Malkhandi, A K Manohar, G K Surya Prakash and S R Narayanan (2014), “Organo-sulfur molecules enable iron - based battery electrodes to meet the challenges of large-scale electrical energy storage”, Energy Environ Sci., vol 7, pp 2753–2763 [56] S Narayanan, G S Prakash, A Manohar, B Yang, S Malkhandi, A Kindler (2012), “Materials challenges and technical approaches for realizing inexpensive and robust iron–air batteries for large-scale energy storage”, Solid State Ionics, vol 216, pp 105-109 [57] A Inoishi, Y W Ju, S Ida, T Ishihara (2013), “Fe-air rechargeable battery using oxide ion conducting electrolyte of Y2O3 stabilized ZrO2”, Journal of Power Sources, vol 229, pp 12-15 [58] X Zhao, Y Gong, X Li, N Xu, K Huang (2013), “Performance of solid oxide iron-air battery operated at 550°C”, J Electrochem Soc., vol 160, pp 12411247 [59] C A Caldas, M C Lopes, I A Carlos, (1998), “The Role of FeS and (NH4)2CO3 Additives on The Pressed Type Fe Electrode”, J Power Sources, vol 74 no 1, pp 108−112 [60] J Černý and K Micka (1989), “Voltammetric study of an iron electrode in alkaline electrolytes,” J Power Sources, vol 25, no 2, pp 111–122 [61] A K Shukla, M K Ravikumar., T S Baasubramanian (1994), “Nickel/iron batteries”, J Power Sources, vol 51, pp 29-36 [62] C A C Souza, s I A Carlo, M C Lopes, G A Finazzi, M R H de Almeida (2004), “Self-discharge of Fe–Ni alkaline batteries”, J Power Sources, vol 132, pp 288-290 [63] Q Fang, C M Berger, N H Menzler, M Bram, and L Blum (2016), “Electrochemical characterization of Fe-air rechargeable oxide battery in planar solid oxide cell stacks,” J Power Sources, vol 336, pp 91–98 121 [64] A Ito, L Zhao, S Okada, and J I Yamaki (2011), “Synthesis of nano-Fe3O4loaded tubular carbon nanofibers and their application as negative electrodes for Fe/air batteries”, J Power Sources, vol 196, no 19, pp 8154–8159 [65] A K Manohar, C Yang, S Malkhandi, G K S Prakash, Narayanan, S R (2013), “Enhancing the Performance of the Rechargeable Iron Electrode in Alkaline Batteries with Bismuth Oxide and Iron Sulfide Additives”, J Electrochem Soc., vol 160, no 11, pp 2078−2084 [66] K Micka, Z Zabransky (1987), “Study of iron oxide electrodes in an alkaline electrolyte” J Power Sources, vol 19, pp 315-323 [67] L Öjefors (1976), “Self-discharge of the alkaline iron electrode,” Electrochim Acta, vol 21, no 4, pp 263–266 [68] A K Manohar, S Malkhandi, B Yang, C Yang, G K S Prakash, S R Narayanan (2012), “A High-Performance Rechargeable Iron Electrode for LargeScale Battery-Based Energy Storage” J Electrochem Soc vol 159, no 8, pp 1209−1214 [69] M Jayalakshmi, B.N Begumi, V.R Chidambaram, R Sabapathi, V.S Muralidharan (1992), “Role of activation on the performance of the iron negative electrode in nickel/iron cells”, J Power Sources, vol 39, pp 97-113 [70] A K Manohar, C Yang, S Malkhandi, B Yang, G K S Prakash, S R Narayanan (2012), Understanding the Factors Affecting the Formation of Carbonyl Iron Electrodes in Rechargeable Alkaline Iron Batteries J Electrochem Soc Vol 159, no 12, pp 2148−2155 [71] D W Shoesmith, P Taylor, M G Bailey and B Ikeda (1978), “Electrochemical behaviour of iron in alkaline sulphide solutions”, Electrochim Acta, vol 23, pp 903-916 [72] P Periasamy, B.R Babu, S.V Iyer (1996), “Electrochemical behaviour of Teflon-bonded iron oxide electrodes in alkaline solutions”, J Power Sources, vol 63, pp.79-85 [73] K Vijayamohanan, T S Balasubramanian, A K Shukla (1991), “Rechargeable alkaline iron electrodes”, J Power Sources, vol 34, pp 269-285 122 [74] K Vijayamohanan, A K Shukla and S Sathyanarayana (1990), “Role of Sulfide Additives on the Performance of Alkaline Iron Electrodes”, J Electroanal Chem vol 289, pp 55-68 [75] Z K Manohar, C Yang, and S R Narayanan (2015), “The Role of Sulfide Additives in Achieving Long Cycle Life Rechargeable Iron Electrodes in Alkaline Batteries”, Journal of The Electrochemical Society, vol 162 No 9, pp 1864-1872 [76] G J Offer, D Howey, M Contestabile, R Clague, and N P Brandon (2010), “Comparative analysis of battery electric, hydrogen fuel cell and hybrid vehicles in a future sustainable road transport system,” Energy Policy, vol 38, no 1, pp 24– 29 [77] Lars Ojefors (1976), “Temperature Dependence of Iron and Cadmium Alkaline Electrodes” J Electrochem Soc., vol 123, pp 1139-1144 [77] G P Kalaignan, V S Muralidharan and K I Vasu (1987), “Triangular potential sweep voltammetric study of porous iron electrodes in alkali solutions”, J Appl Electrochem Vol 17, pp 1083-1092 [78] H Kitamura, L Zhao, B T Hang, S Okada, J I Yamaki (2012), “Effect of Charge Current Density on Electrochemical Performance of Fe/C Electrodes in Alkaline Solutions, J Electrochem Soc., vol 159, no 6, pp 720-726 [79] Lars Ojefors (1976), “An iron—air vehicle battery”, J Electrochem Soc., vol 123, pp 263-266 [80] Lars Ojefors (1976), “SEM Studies of Discharge Products from Alkaline Iron Electrodes ", J Electrochem Soc., vol 123, pp 1691-1696 [81] G Girishkumar et al (2010), "Lithium-Air Battery: Promise and Challenges," J Phys Chem Lett vol 1, pp 2193–2203 [82] A Haleem et al (2008), “Effect of Sulphide Ions on Corrosion Behaviour of Iron in Alkaline Solutions”, Corros Eng., Sci Technol., vol 43, no 3, pp 225−230 [83] N A Hampson, R J Latham, A Marshall, R D Giles (1974), “Some aspects of the electrochemical behaviour of the iron electrode in alkaline solutions,”, Electrochim Acta, vol 19, pp 397-40 123 [84] A Inoishi, Y W Ju, Ida S., and T Ishihara (2013), “Fe–air rechargeable battery using oxide ion conducting electrolyte of Y2O3 stabilized ZrO2,” J Power Sources, vol 229, pp 12–15 [85] A Paulraj, Y Kiros, B Skårman, H Vidarsson (2018), “Capacity Limited Cycle Life of Cu/Sn Doped Nano-Iron/Carbon Electrodes in Alkaline Electrolyte”, The Electrochemical Society, vol 58, pp 2151-2043 [86] A R Paulraj, Y Kiros, B Skårman, H Vidarsson (2017) “Core/Shell Structure Nano-Iron/Iron Carbide Electrodes for Rechargeable Alkaline Iron Batteries” Journal of The Electrochemical Society, vol 164, no 7, pp 1665-1672 [87] A R Paulraj (2019), “Studies on Rechargeable Fe-air electrodes in Alkaline electrolyte”, Engineering and Technology Chemical Process Engineering Chemical Sciences, vol 23, pp 108-115 [88] Y Jiao, Y Liu, F Qu, A Umar, and X Wu (2015), “Journal of Colloid and Interface Science Visible-light-driven photocatalytic properties of simply synthesized a -Iron ( III ) oxide nanourchins,” J Colloid Interface Sci., vol 451, pp 93–100 [89] Z Liu, R Yu, Y Dong, W Li, and W Zhou (2016), “Preparation of α- Fe2O3 hollow spheres, nanotubes, nanoplates and nanorings as highly efficient Cr(VI) adsorbents,” RSC Adv., vol 6, no 86, pp 82854–82861 [90] S Bharathi, D Nataraj, D Mangalaraj, Y Masuda, K Senthil, and K Yong (2010), “nanostructures: preparation, characterization and improved photocatalytic performance towards Rhodamine B (RhB),” J Phys D Appl Phys., vol 43, no 1, pp 9-16 [91] S Han, L Hu, Z Liang, S Wageh, and A A Al-ghamdi (2014), “One-Step Hydrothermal Synthesis of 2D Hexagonal Nanoplates of α–Fe2O3/Graphene Composites with Enhanced Photocatalytic Activity,” vol 6, no 86, pp 1–9 [92] Z Pu, M Cao, J Yang, K Huang, and C Hu (2006), “Controlled synthesis and growth mechanism of hematite nanorhombohedra, nanorods and nanocubes,” Nanotechnology, vol 17, no 3, pp 799–804 124 [93] Q Dong et al (2012), “Preparation of α-Fe2O3 particles with controlled shape and size via a facile hydrothermal route,” J Phys Conf Ser., vol 339, pp 1200412013 [94] G Zhang, Y Feng, Y Xu, D Gao, and Y Sun (2012), “Controlled synthesis of mesoporous a -Fe2O3 nanorods and visible light photocatalytic property,” Mater Res Bull., vol 47, no 3, pp 625–630 [95] J Liu, J Wang, Y Li, P Jia, F Lu, and K Chen (2015), “Hydrothermal synthesis of monodisperse α-Fe2O3 nanocubes,” Mater Res Innov., vol 19, no sup 5, pp 5-371-5-375 [96] B B Lv, Z Liu, H Tian, Y Xu, D Wu, and Y Sun (2010), “SingleCrystalline Dodecahedral and Octodecahedral α -Fe2O3 Particles Synthesized by a Fluoride Anion – Assisted Hydrothermal Method,” Advance Functional Material, vol 201203, pp 3987–3996 125 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Bui Thi Hang, Vu Manh Thuan, Trinh Tuan Anh, Doan Ha Thang (2016), "Effect of Fe2O3 particle size on the electrochemical properties of Fe2O3/AB composite electrode in alkaline solution", Proceedings of the 3rd International Conference on Advanced Materials and Nanotechnologies (ICAMN) 205-208 (ISBN: 978-604-95-0010-7) Vu Manh Thuan, Trinh Tuan Anh, Pham Thi Thuy Trieu, Doan Ha Thang, Bui Thi Hang (2016), "Preparation and electrochemical properties of Fe2O3 in alkaline solution", Proceedings of The 3rd International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (ICAMN) 336-339 (ISBN: 978-604-95-0010-7) Bui Thi Hang, Trinh Tuan Anh, and Doan Ha Thang (2016), “Effect of Fe2O3 Morphology on the Electrochemical Properties of Fe2O3/C Composite Electrode as Fe-Air Battery Anode”, Journal of Nanoscienceand Nanotechnology, Vol 16, No 8, pp 7999–8006 Phạm Thị Thủy Triều, , Trịnh Tuấn Anh, Doãn Hà Thắng, Bùi Thị Hằng (2017), “Tổng hợp đặc trưng điện hóa nano Fe2O3 ứng dụng làm điện cực âm cho pin sắt khí” Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS, 648-652 Trinh Tuan Anh, Vu Manh Thuan, Doan Ha Thang, Bui Thi Hang (2017), “Effect of Fe2O3 and binder on the electrochemical properties of Fe2O3/AB (Acetylene Black) composite electrodes”, Journal of Electronic Materials, 46 (6) 3458-3462 (ISSN: 0361-5235) Trinh Tuan Anh, Doan Ha Thang, Bui Thi Hang (2018), “The influence of carbon additive on the electrochemical behaviors of Fe2O3/C electrodes in alkaline solution”, Vietnam Journal of Science and Technology, 56 (1), pp 24-3 Trinh Tuan Anh, Bui Thi Hang (2019), “Electrochemical Performance of Fe2O3-AB Based Composite Electrode”, VNU Journal of Science: Mathematics – Physics, Vol 35, No (2019) pp 88-98 126 ... Nghiên cứu chế tạo vật liệu composit ôxit sắt/các bon định hướng ứng dụng tích trữ lượng nhằm góp phần đẩy nhanh q trình thương mại hóa sản phẩm, hạn chế ô nhiễm môi trường Mục tiêu nghiên cứu. .. vật liệu cấu trúc nano sở ôxit sắt bon để cải thiện hạn chế tồn pin Fe - khí, góp phần thúc đẩy định hướng nghiên cứu gắn với ứng dụng thực tiễn Mục tiêu cụ thể: • Tìm quy trình chế tạo vật liệu. .. hóa điện cực composit Fe2O3/AB khảo sát chi tiết nhằm tìm vật liệu phù hợp ứng dụng làm điện cực âm cho pin Fe - khí Chương 3: Nghiên cứu chế tạo vật liệu composit ơxit sắt/các bon quy trình