Vật liệu oxide cấu trúc lớp là một trong các vật liệu điện cực tiềm năng ứng dụng cho pin sạc Na-ion thế hệ mới. Trong đó, oxide kim loại dạng lớp từ kim loại chuyển tiếp mangan và sắt gây được nhiều sự chú ý do giá thành rẻ, không độc hại và dễ tổng hợp. Bài viết nghiên cứu vật liệu cấu trúc lớp NaFexMn1−xO2 (x = 1 /3, 1 /2 và 2 /3) được tổng hợp bằng phương pháp nung pha rắn ở nhiệt độ 900 ◦C trong thời gian 12–36 giờ.
Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):317-325 Bài Nghiên cứu Open Access Full Text Article Nghiên cứu cấu trúc tính chất điện hóa vật liệu NaFexMn1-xO2 Nguyễn Thị Kiều Duyên1,2 , Huỳnh Lê Thanh Nguyên2,3,* , Nguyễn Thị Thu Trang1 , Lê Mỹ Loan Phụng2,3 , Trần Văn Mẫn2,3 TÓM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM, Việt Nam Vật liệu oxide cấu trúc lớp vật liệu điện cực tiềm ứng dụng cho pin sạc Na-ion hệ Trong đó, oxide kim loại dạng lớp từ kim loại chuyển tiếp mangan sắt gây nhiều ý giá thành rẻ, không độc hại dễ tổng hợp Trong nghiên cứu này, vật liệu cấu trúc lớp NaFex Mn1−x O2 (x = /3 , /2 /3 ) tổng hợp phương pháp nung pha rắn nhiệt độ 900 ◦ C thời gian 12–36 Kết nhiễu xạ tia X cho thấy tất vật liệu NaFex Mn1−x O2 tổng hợp đơn pha có cấu trúc lớp Với hai tỷ lệ Fe:Mn = /3 :2 /3 /2 :1 /2 , vật liệu tạo thành có cấu trúc lớp dạng P3; đó, tỷ lệ Fe:Mn = /3 :1 /3 , vật liệu tạo thành có cấu trúc lớp dạng O3 Kích thước mạng thể tích ô mạng phụ thuộc vào bán kính ion Mn3+ bán kính ion Fe3+ Khả đan cài ion Na+ thuận nghịch vào vật liệu khảo sát phương pháp phóng-sạc dịng cố định Tùy thuộc vào tỉ lệ Fe:Mn, đường cong phóng-sạc có khác hình dạng dung lượng riêng Dung lượng riêng đạt tương ứng với tỉ lệ Fe:Mn 120 mAh/g (1 /2 :1 /2 ), 118 mAh/g (2 /3 :1 /3 ) 120 mAh/g (1 /3 :2 /3 ) Sau 20 chu kỳ, dung lượng riêng có suy giảm 77 mAh/g (1 /2 :1 /2 ), 88 mAh/g (2 /3 :1 /3 ) 80 mAh/g (1 /3 :2 /3 ) Từ khoá: đan cài ion Na+, pin sạc Na-ion, vật liệu cấu trúc lớp, NaFexMn1-xO2 Phịng thí nghiệm Hóa lý Ứng dụng, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM, Việt Nam Bộ mơn Hóa lý, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM, Việt Nam Liên hệ Huỳnh Lê Thanh Ngun, Phịng thí nghiệm Hóa lý Ứng dụng, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM, Việt Nam Bộ mơn Hóa lý, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM, Việt Nam Email: hltnguyen@hcmus.edu.vn Lịch sử • Ngày nhận: 03-12-2018 • Ngày chấp nhận: 05-8-2019 • Ngày đăng: 31-12-2019 DOI : 10.32508/stdjns.v3i4.573 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, với trọng phát triển công nghệ “xanh”, pin sạc Li-ion (Lithium ion batteries, LIBs) ứng dụng nhiều thiết bị có kích thước lớn xe điện (EV), xe lai điện hay lưới điện thông minh 1,2 Điều làm tăng mối quan ngại nguy thiếu hụt nguồn nhiên liệu để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng vài chục năm tới trữ lượng Li vỏ trái đất thấp, tập trung chủ yếu Nam Mỹ Hơn nữa, chi phí sản xuất cao làm hạn chế khả ứng dụng LIB Ngược lại với khan Li Na nguyên tố phổ biến trái đất, nguồn trữ lượng lớn, khai thác dễ dàng từ nước biển, mỏ muối sản lượng khai thác cho thể đáp ứng cho nhu cầu sử dụng pin, sản lượng khai thác hàng năm lên đến hàng chục triệu Hơn nữa, giá thành nguyên liệu Na2 CO3 (khoảng 135–165 $/tấn) thấp nhiều so với Li2 CO3 (khoảng 5000 $/tấn) vào năm 2010 Về tính chất hóa học, Na Li lại có nhiều điểm tương đồng với nhau, đó, pin sạc Na-ion (Sodium ion batteries, SIBs) bắt đầu đẩy mạnh nghiên cứu với hy vọng loại pin sạc thay phần pin sạc Li-ion để ứng dụng vào thiết bị dự trữ lượng cỡ lớn Trong số loại vật liệu điện cực cho pin sạc Naion (Sodium-ion batteries, SIBs), vật liệu cấu trúc lớp họ vật liệu nhiều ý có nhiều điểm tương đồng với vật liệu thương mại sử dụng pin sạc Li-ion Các vật liệu oxide kim loại cấu trúc lớp mangan sắt nhà nghiên cứu tập trung phát triển ưu điểm giá thành than thiện môi trường 5,6 Tác giả Naoaki Yabuuchi cộng nghiên cứu tổng hợp thành công vật liệu điện cực dương P2-Na2/3 Fe1/2 Mn1/2 O2 phản ứng nung pha rắn mơi trường khơng khí, kết đánh giá điện hóa cho thấy q trình đan cài thuận nghịch tốt dung lượng đạt 190 mAh/g vùng 1,5–4,2 V (vs Na+ /Na) Tác giả Thorne cộng tổng hợp khảo sát tính chất điện hóa vật liệu Nax Fex Mn1−x O2 với nhiều tỉ lệ x khác (0,5 ≤ x ≤ 1,0) xét vùng khác gồm có 1,5-4,0 V (vs Na+ /Na) 1,5–4,25 V (vs Na+ /Na), kết cho thấy vùng 1,5– 4,25 V (vs Na+ /Na) cho dung lượng cao vùng 1,5–4,0 V (vs Na+ /Na) hiệu suất dòng lại thấp Nhóm nghiên cứu Xu tổng hợp vật liệu P2-Na0,66 Fe0,5 Mn0,5 O2 đo dung lượng hai vùng 1,5–4,0 V (vs Na+ /Na) 1,5–4,3 V(vs Na+ /Na), kết đạt vùng 1,5–4,0 Trích dẫn báo này: Kiều Duyên N T, Thanh Nguyên H L, Thu Trang N T, Loan Phụng L M, Mẫn T V Nghiên cứu cấu trúc tính chất điện hóa vật liệu NaFex Mn1-x O2 Sci Tech Dev J - Nat Sci.; 3(4):317-325 317 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):317-325 V (vs Na+ /Na) dung lượng 110 mAh/g, thấp đo vùng 1,5–4,3 V (vs Na+ /Na) 158,1 mAg/h Tuy nhiên, hiệu suất dòng vùng 1,5–4,0 V (vs Na+ /Na) lại ổn định hơn, sau 50 chu kỳ, hiệu suất dòng 98,2%, vùng 1,5–4,3 V (vs Na+ /Na) đạt 77,2% Tác giả Wesley M Dose cộng nghiên cứu vật liệu điện cực dương Na2/3 Fe0,2 Mn0,8 O2 với dung lượng đạt 190 mAh/g vùng 1,5–4,2 V (vs Na+ /Na), sau 50 chu kỳ hiệu suất dịng 71,7% Trong nghiên cứu này, tổng hợp vật liệu cấu trúc lớp NaFex Mn1−x O2 (x = /3 , /2 /3 ) Các vật liệu tổng hợp tỷ lệ Fe:Mn khác với nhiệt độ nung 900 ◦ C thời gian khác Kết nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng thời gian nung đến cấu trúc vật liệu khả đan cài thuận nghịch ion Na+ THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tổng hợp vật liệu Để tổng hợp vật liệu NaFex Mn1−x O2 , tiền chất hydroxide Fey Mn1−y (OH)2 tổng hợp phương pháp đồng kết tủa (NH4 )2 SO4 FeSO4 6H2 O MnSO4 H2 O mơi trường khí N2 Phản ứng đồng kết tủa hydroxide thực mơi trường khí N2 để đảm bảo kết tủa Mn(OH)2 khơng bị oxi hóa tạo thành MnO2 MnOOH Muối Mn Fe cân theo tỷ lệ hòa tan nước cất Hỗn hợp dung dịch muối sục khí N2 mạnh 30 phút Dung dịch NaOH M (lượng dư 10%) cho vào từ từ dung dịch giữ ổn định pH = 11 nhiệt độ 50 ◦ C Hệ phản ứng giữ vòng 12 kể từ lúc kết thúc giai đoạn cho NaOH nhiệt độ hệ phản ứng trì ổn định 50 ◦ C Sau phản ứng kết thúc, kết tủa lọc, rửa với nước cất đến pH trung tính sấy khơ chân khơng 80 ◦ C vịng 12 Vật liệu có cấu trúc lớp Nax Fex Mn1−x O2 tổng hợp từ tiền chất Fey Mn1−y (OH)2 Na2 CO3 Tiền chất Fey Mn1−y (OH)2 nghiền với Na2 CO3 với tỉ lệ tổng mol ion kim loại Na 1:1, lượng Na2 CO3 thêm dư 10% nung 900 ◦ C khoảng thời gian 12 giờ, 15 giờ, 24 36 Kí hiệu mẫu cho tỉ lệ khác Fe:Mn Bảng Vật liệu điện cực sau nung tiếp tục trộn với bột C65 chất kết dính polytetrafluoroethylene (PTFE) với tỉ lệ 80:15:5 theo khối lượng, trình cán màng điện cực thực tủ thao tác khí argon để hạn chế ảnh hưởng khí 318 oxygen nước Màng sau cán sấy chân không 80 ◦ C 12 Pin mơ hình lắp ráp tủ thao tác khí argon với anode sodium kim loại, màng ngăn sợi thủy tinh GF/F, cathode màng điện cực chế tạo Pin mơ hình sử dụng hệ điện giải NaClO4 M dung môi propylene carbonate (PC) chứa 2% thể tích flouroethylene carbonate (FEC) Đánh giá cấu trúc tính chất điện hóa Các mẫu vật liệu ứng với ba tỉ lệ khác điều kiện khảo sát nhiệt độ 900 ◦ C 12 giờ, 15 giờ, 24 giờ, 36 phân tích cấu trúc phương pháp nhiễu xạ tia X thiết bị Advance D8 (Brucker) xạ CuKα (λ = 1,56 Å), với tốc độ quét 0,02 o /s, góc quét 2θ từ 10◦ –70◦ Tính chất điện hóa nghiên cứu phương pháp phóngsạc dịng cố định với mật độ dòng C/10 vùng 1,5–40 V (vs Na+ /Na) 20 chu kỳ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đánh giá cấu trúc vật liệu Các vật liệu NaFex Mn1−x O2 sau phân tích cấu trúc phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) với tốc độ quét 0,02o /s với góc quét 2θ = 10–70◦ Kết giản đồ XRD xử lý phần mềm X’pert HighScore Plus (PW) Release Notes; thơng số mạng tính toán từ giản đồ XRD phần mềm Celref Các giản đồ nhiễu xạ tia X biển diễn Hình thơng số mạng chi tiết Bảng Trong kết XRD mẫu vật liệu khơng quan sát thấy tín hiệu oxide Mn2 O3 hay Fe2 O3 ; chứng tỏ vật liệu tổng hợp Giản đồ XRD chuỗi vật liệu M01 thời gian nung khác cho mũi nhiễu xạ tương ứng với giản đồ nhiễu xạ XRD chuẩn vật liệu Na0,6 CoO2 (JCPDS: 01-071-1281) 10 , mũi nhiễu xạ lệch phía góc 2θ nhỏ so với giản đồ chuẩn Na0,6 CoO2 , điều cho thấy mở rộng khoảng cách lớp cấu trúc P3Na0,6 Fe1/2 Mn1/2 O2 tăng khả di chuyển ion Na+ Các mũi nhiễu xạ thu từ mẫu chuỗi vật liệu M02 cho thấy mẫu tinh thể kết tinh tốt, cường độ mũi nhiễu xạ cao, chân mũi hẹp, vị trí tương đối mũi nhiễu xạ phù hợp với giản đồ chuẩn O3NaFe2/3 Mn1/3 O2 (JCPDS: 00-053-0349) Đối với mẫu chuỗi vật liệu M03 cho mũi nhiễu xạ phù hợp với giản đồ chuẩn XRD vật liệu có cấu trúc lớp P2-Na0,67 Ni0,33 Mn0,67 O2 (JCPDS: 00-054-0894) Trong bốn mẫu chuỗi vật liệu M03, mẫu M03–915 cho mũi nhiễu xạ rõ Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):317-325 Bảng 1: Khảo sát tỉ lệ Fe:Mn kí hiệu mẫu Tỉ lệ y Vật liệu Thời gian nung 12 15 24 36 1/2 NaFe1/2 Mn1/2 O2 M01_912 M01_915 M01_924 M01_936 2/3 NaFe2/3 Mn1/3 O2 M02_912 M02_915 M02_924 M02_936 1/3 NaFe1/3 Mn2/3 O2 M03_912 M03_915 M03_924 M03_936 Hình 1: Giản đồ XRD chuỗi vật liệu M01 (NaFe1/2 Mn1/2 O2 ), M02 (NaFe2/3 Mn1/3 O2 ) M03 (NaFe1/3 Mn2/3 O2 ) sắc nét mẫu cịn lại Ngồi ra, mũi nhiễu xạ mẫu M03–915 có khuynh hướng dịch phía góc 2θ nhỏ, điều cho thấy tăng khoảng cách d lớp (thông số mạng c) Từ kết thông số mạng cho thấy, mẫu M01, giá trị thông số mạng a, b, c thể tích mạng lớn giá trị vật liệu Na0,6 CoO2 bán kính ion sắt (rFe3+ = 0,64 Å) mangan (rMn2+ = 0,8 Å) lớn bán kính ion coban (rCo3+ = 0,63 Å) Các giá trị thông số mạng giảm theo thời gian nung Mẫu M02–912 có giá trị thơng số mạng thể tích lớn mẫu M02–915 M02–924, điều chứng tỏ mẫu M02–912 có cạnh lớn hơn, tạo khơng gian rộng hơn, thuận lợi cho ion Na đan cài vào cấu trúc Các mẫu M03 thời gian nung khác có giá trị thơng số lớn giá trị chất chuẩn Na0,67 Ni0,33 Mn0,67 O2 , điều giải thích bán kính ion sắt Fe3+ (0,64 Å) lớn bán kính ion niken Ni2+ (0,62 Å), xét mẫu với nhau, mẫu M03–915 có giá trị thơng mạng a, b, c thể tích mạng V lớn mẫu lại Kết cho thấy hàm lượng Mn tăng giá trị thơng số mạng thể tích giảm 319 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):317-325 Bảng 2: Các giá trị thông số mạng vật liệu Mẫu Thời gian nung (giờ) a = b (Å) c (Å) V (Å)3 M01 NaFe1/2 Mn1/2 O2 12 2,9036 16,9330 124,40 15 2,9101 16,9132 124,04 24 2,8981 16,8377 122,47 36 2,8936 16,8209 121,97 2,8310 16,5300 114,73 12 2,9738 16,3815 125,46 15 2,9688 16,3335 124,67 24 2,9589 16,2909 123,52 36 2,9747 16,4011 125,98 2,9551 16,5630 125,26 12 2,8956 11,2337 81,57 15 2,9226 11,3079 83,65 24 2,8987 11,2162 81,62 36 2,8967 11,2002 81,39 2,8846 11,1829 80,59 P3-Na0,6 CoO2 M02 NaFe2/3 Mn1/3 O2 NaFe2/3 Mn1/3 O2 M03 NaFe1/3 Mn2/3 O2 Na0,67 Ni0,33 Mn0,67 O2 Tính chất điện hóa Tính chất điện hóa mẫu M01 (NaFe1/2 Mn1/2 O2 ), M02 (NaFe2/3 Mn1/3 O2 ) M03 (NaFe1/3 Mn2/3 O2 ) nghiên cứu phương pháp phóng sạc dịng cố định pin mơ hình Swagelok hai điện cực vùng 1,5–4 V (vs Na+ /Na) tốc độ phóng sạc C/10 Pin mơ hình Swagelok sau lắp ráp bắt đầu với q trình sạc điện (q trình oxy hóa) từ mạch hở (OCV) đến V, sau pin thực q trình phóng điện (q trình khử) đến 1,5 V, q trình phóng sạc nghiên cứu 20 chu kỳ Vật liệu M01: NaFe1/2 Mn1/2 O2 Đường cong phóng sạc chu kỳ mẫu M01 biển diễn Hình 2a Các mẫu M01–912, M01–915, M01–924 M01–936 có khả đan cài thuận nghịch ion Na+ với số ion đan cài 0,34 (90 mAh/g), 0,33 (105 mAh/g), 0,38 (102 mAh/g) 0,43 (120 mAh/g) Các đường cong phóng sạc xuất vùng phẳng 2,3 V tương ứng với phản ứng oxy hóa khử cặp Mn4+ /Mn3+ Ngồi ra, đường cong phóng sạc ba mẫu M01–912, M01– 915 M01–924 xuất điểm uốn 3,5 V chứng tỏ đóng góp dung lượng cặp oxy hóa khử Fe4+ /Fe3+ Mẫu M01–936 đạt dung lượng riêng 120 mAh/g, kết tương đồng với báo cáo vật liệu cấu trúc lớp dạng P3 320 Hình biểu diễn thay đổi đường cong phóng sạc mẫu M01 20 chu kỳ Mẫu M01–912 có trì dung lượng 2,5 V giảm dung lượng vùng phẳng tương tự mẫu M01–936 Điều giải thích hiệu ứng Jahn–Teller với hịa tan ion Mn3+ sau chu kỳ phóng sạc Sự giảm dung lương mẫu M01–915 M01–924 xảy tăng phân cực chu kỳ phóng sạc tiếp theo, điều giải thích có cạnh tranh vị trí ion Na+ cấu trúc Biến thiên dung lượng riêng sau 20 chu kì phóng sạc mẫu M01–912, M01–915, M01–924 M01– 936 biển diễn Hình 2b Dung lượng riêng mẫu sau 20 chu kỳ 59 mAh/g, 42 mAh/g, 20 mAh/g 60 mAh/g Mặc dù dung lượng riêng có suy giảm đáng kể, mẫu M01– 936 có cấu trúc ổn định, độ kết tinh tốt nên độ suy giảm dung lượng thấp nhất, cho thấy với tỉ lệ Fe: Mn = 21 : 12 , thời gian nung mẫu 36 cho kết tốt Vật liệu M02: NaFe2/3 Mn1/3 O2 Đường cong phóng sạc chu kì mẫu M02–912, M02–915, M02–924 M02–936 biểu diễn Hình Các đường cong phóng sạc xuất điểm uốn ~3,5 V tương ứng với cặp oxy hóa khử Fe4+ /Fe3+ điểm uốn Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):317-325 Hình 2: Đường cong phóng sạc biến thiên dung lượng riêng sau 20 chu kỳ mẫu M01–912, M01–915, M01–924 M01–936 Hình 3: Đường cong phóng sạc mẫu M01–912, M01–915, M01–924 M01–936 321 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):317-325 Hình 4: Đường cong phóng sạc chu kì bién thiên dung lương sau 20 chu kỳ mẫu M02–912, M02–915, M02–924 M02–936 ngắn vùng 2,3 V tương ứng cặp oxy hóa khử Mn4+ /Mn3+ Dung lượng riêng mẫu M02 có đóng góp hai cặp oxy hóa khử Ngồi ra, đường cong phóng sạc có độ sụt lớn ~500 mV, điều cho thấy nội trở lớn màng vật liệu tiến hành phóng sạc Sự thay đổi đường cong phóng sạc mẫu M02–912, M02–915, M02–924 M02–936 biểu diễn Hình Khả đan cài ion Na mẫu M02–912 khoảng 0,42 F/mol, tương ứng với dung lượng 120 mAh/g, Mẫu M01–912 có dung lượng ổn định so với mẫu có thời gian nung dài, dung lượng đạt 80 mAh/g sau 20 chu kì Các mẫu có thịi gian nung dài M02–915, M02–924 M02–936 có dung lượng giảm nhanh qua chu kỳ, dung lượng trì 60 mAh/g sau 20 chu kỳ Vật liệu M03: NaFe1/3 Mn2/3 O2 Đường cong phóng sạc chu kì mẫu M03–912, M03–915, M03–924 M03–936 với tốc độ dịng C/10 (Hình 6) Các đường cong phóngsạc chu kỳ có hình dạng tương đồng với với số ion Na+ đan cài khoảng 0,4 ion (tương dương 120 mAh/g) Kết đường cong phóng sạc mẫu M03 khoảng thời gian khác với tốc độ dịng C/10 20 chu kì, cho thấy khả đan cài ion Na mẫu M01–915 tốt nhất, khoảng 0,42 F/mol, tương ứng với dung lượng 120 mAh/g (Hình 7) Sau 20 chu kì dung lượng mẫu M03_915 có giảm giảm chậm so với ba mẫu lại Đối với mẫu vật liệu M03 thời gian nung lâu làm cặp oxi hóa khử Mn3+ /Mn4+ (vùng 2–2,5 V) nghĩa chúng 322 không tham gia vảo phản ứng oxi hóa khử, hoạt tính điện hóa phụ thuộc hoàn toàn vào sắt Như vậy, mẫu vật liệu cấu trúc lớp Mn Fe có khả đan cài thuận nghịch ion Na+ với dung lượng riêng xấp xỉ 120 mAh/g Kết thấp so với vật liệu thương mại sử dụng pin sạc Li-ion LiCoO2 (140 mAh/g) Điều giải thích q trình đan cài ion Na+ gặp khó khăn kích thước ion đan cài lớn trình chuyển qua trình đan cài Ngoài ra, phương pháp chế tạo mạng polytetrafluoroethylene (PTFE) cho điện trở màng cao, dẫn đến suy giảm dung lượng theo thời gian KẾT LUẬN Vật liệu NaFex Mn1−x O2 với tỉ lệ Fe:Mn (1 /3 , / / ) tổng hợp thành công, vật liệu kết tinh tốt, sạch, Từ kết phân tích chọn thời gian nung tối ưu cho vật liệu NaFe1/2 Mn1/2 O2 (M01) 36 giờ, NaFe2/3 Mn1/3 O2 (M02) 12 NaFe1/3 Mn2/3 O2 (M03) 15 Các vật liệu tổng hợp có khả đan cài thuận nghịch ion Na+ vùng 1,5–4 V (vs Na+ /Na) Các vật liệu đạt dung lượng tương ứng 120 mAh/g, 118 mAh/g 120 mAh/g 20 chu kỳ với tốc độ dòng C/10 Hơn nữa, tùy thuộc vào tỉ lệ Fe:Mn, đường cong phóng-sạc có khác hình dạng dung lượng riêng LỜI CÁM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) khuôn khổ đề tài mã số 104.06-2018.359 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):317-325 Hình 5: Đường cong phóng sạc mẫu M02–912, M02–915, M02–924 M02–936 Hình 6: Đường cong phóng sạc chu kì bién thiên dung lương sau 20 chu kỳ mẫu M03–912, M03–915, M03–924 M03–936 323 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):317-325 Hình 7: Đường cong phóng sạc mẫu M03_912, M03_915, M03_924 M03_936 XUNG ĐỘT LỢI ÍCH Các tác giả cơng bố khơng có xung đột lợi ích ĐĨNG GĨP CỦA CÁC TÁC GIẢ Tác giả Nguyễn Thị Kiều Duyên Nguyễn Thị Thu Trang phụ trách thí nghiệm (tổng hợp vật liệu, phân tích XRD, đo điện hóa) Tác giả Huỳnh Lê Thanh Nguyên, Trần Văn Mẫn Lê Mỹ Loan Phụng phụ trách soạn thảo chỉnh sửa thảo DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT EV: Electric Vehicle LIBs: Lithium-ion batteries SIBs: Sodium-ion batteies XRD: X-ray diffraction EG: Ethylene glycol PTFE: Polytetrafluoroethylene FEC: Fluoroethylene carbonate PC: Propylene carbonate TÀI LIỆU THAM KHẢO Tarascon JM, Armand M Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries Nature 2001, Nov, 324 15;414(6861):359–67 Armand M, Tarascon JM Building better batteries Nature 2008;451(7179):652–657 Yabuuchi N, Kubota K, Dahbi M, Komaba S Research development on sodium-ion batteries Chem Rev 2014 Dec 10;114(23):11636–82 Slater MD, Kim D, Lee E, Johnson CS Sodium-ion batteries Adv Funct Mater 2013, Feb 25;23(8):947–58 You Y, Manthiram A Progress in high-voltage cathode materials for rechargeable sodium-ion batteries Adv Energy Mater 2017 Sep 18;p 1701785 Xu GL, Amine R, Abouimrane A, Che H, Dahbi M, Ma ZF, et al Challenges in Developing Electrodes, electrolytes, and diagnostics tools to understand and advance sodium-ion batteries Adv Energy Mater 2018;8(14):1702403 Yabuuchi N, Kajiyama M, Iwatate J, Nishikawa H, Hitomi S, Okuyama R, et al P2-type Nax[Fe1/2Mn1/2]O2 made from earth-abundant elements for rechargeable Na batteries Nat Mater 2012 Jun;11(6):512–7 Thorne JS, Dunlap RA, Obrovac MN Structure and electrochemistry of NaxFexMn1-xO2 (1.0 ≤ x ≤ 0.5) for Na-ion battery positive electrodes J Electrochem Soc 2013;160(2):A361–A367 Dose WM, Sharma N, Pramudita JC, Brand HEA, E G, Rojo T Structure-Electrochemical evolution of a Mn-Rich P2 Na2/3Fe0.2Mn0.8O2 Na-Ion Battery Cathode Chem Mater 2017, Sep 12;29(17):7416–23 10 Fouassier C, Matejka G, Reau JM, Hagenmuller P Sur de nouveaux bronzes oxygénés de formule Naχ CoO2 (χ < 1) Le système cobalt-oxygène-sodium J Solid State Chem 1973 Apr 1;6(4):532–7 Science & Technology Development Journal – Natural Sciences, 3(4):317-325 Research Article Open Access Full Text Article Investigation of structure and electrochemical properties of layered structure NaFex Mn1−x O2 Nguyen Thi Kieu Duyen1 , Huynh Le Thanh Nguyen2,3,* , Nguyen Thi Thu Trang1 , Le My Loan Phung2,3 , Tran Van Man2,3 ABSTRACT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Faculty of Chemistry, University of Education Ho Chi Minh City, Vietnam Layered oxides are promising electrode materials for sodium-ion batteries, the next generation of rechargeable batteries The layered oxides with the tránition metallic manganese and iron have paid more attention due to its low-cost, eco-friendly, and facile preparation In this work, the metallic sodium oxides with a layered structure based on Fe and Mn, NaFex Mn1−x O2 (x = /3 , /2 /3 ) were synthesized via a solid-state reaction at 900 o C for 12–36 hours All XRD patterns of NaFex Mn1−x O2 pointed out the layered structure In two ratio Fe:Mn = /3 :2 /3 and /2 :1 /2 , the synthesized samples presented the P3-layered structure, while in ratio Fe:Mn = /3 :1 /3 , the O3-structure was obtained The lattice parameters were determined by Celref software The lattice parameters and the volumic of unit cells depended on the ionic radius of cation Mn3+ and Fe3+ The Namigration was studied by the cycling test with a constant current The charge-discharge curves and the specific capacity depended on the ratio of Fe:Mn The specific capacity was found out 120 mAh/g (1 /2 :1 /2 ), 118 mAh/g (2 /3 :1 /3 ), and 120 mAh/g (1 /3 :2 /3 ) After 20 cycles, the capacity was maintained 77 mAh/g (1 /2 :1 /2 ), 88 mAh/g (2 /3 :1 /3 ), and 80 mAh/g (1 /3 :2 /3 ) Key words: Layered cathode materials, Na+ insertion, Sodium-ion batteries, NaFexMn1-xO2 Applied Physical Chemistry Laboratory, University of Science, VNU-HCM, Vietnam Department of Physical Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Science, VNU-HCM, Vietnam Correspondence Huynh Le Thanh Nguyen, Applied Physical Chemistry Laboratory, University of Science, VNU-HCM, Vietnam Department of Physical Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Science, VNU-HCM, Vietnam Email: hltnguyen@hcmus.edu.vn History • Received: 03-12-2018 • Accepted: 05-8-2019 • Published: 31-12-2019 DOI : 10.32508/stdjns.v3i4.573 Copyright © VNU-HCM Press This is an openaccess article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license Cite this article : Thi Kieu Duyen N, Le Thanh Nguyen H, Thi Thu Trang N, My Loan Phung L, Van Man T Investigation of structure and electrochemical properties of layered structure NaFex Mn1−x O2 Sci Tech Dev J - Nat Sci.; 3(4):317-325 325 ... O2 Tính chất điện hóa Tính chất điện hóa mẫu M01 (NaFe1/2 Mn1/2 O2 ), M02 (NaFe2/3 Mn1/3 O2 ) M03 (NaFe1/3 Mn2/3 O2 ) nghiên cứu phương pháp phóng sạc dịng cố định pin mơ hình Swagelok hai điện. .. điện cực chế tạo Pin mơ hình sử dụng hệ điện giải NaClO4 M dung môi propylene carbonate (PC) chứa 2% thể tích flouroethylene carbonate (FEC) Đánh giá cấu trúc tính chất điện hóa Các mẫu vật liệu. .. cộng nghiên cứu vật liệu điện cực dương Na2/3 Fe0,2 Mn0,8 O2 với dung lượng đạt 190 mAh/g vùng 1,5–4,2 V (vs Na+ /Na), sau 50 chu kỳ hiệu suất dịng 71,7% Trong nghiên cứu này, tổng hợp vật liệu cấu