Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nano oxit sắt carbon ứng dụng trong pin kim loại khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM THỊ THỦY TRIỀU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO OXIT SẮT CARBON ỨNG DỤNG TRONG PIN KIM LOẠI - KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM THỊ THỦY TRIỀU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO OXIT SẮT CARBON ỨNG DỤNG TRONG PIN KIM LOẠI - KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS BÙI THỊ HẰNG Hà Nội - 2018 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc tới cô Bùi Thị Hằng - Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS) - Đại học Bách khoa học Hà Nội Cơ tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian hồn thành luận văn Cơ hƣớng dẫn em nghiên cứu đề tài luận văn thiết thực, có nhiều ứng dụng khoa học nhƣ sống Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS) - Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ em suốt trình học tập hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) Nghiên cứu luận văn đƣợc tài trợ Quỹ đề tài mã số 103.02.2018.04 Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, ngƣời bên em, cổ vũ động viên tinh thần em lúc khó khăn để em vƣợt qua hồn thành tốt luận văn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Khóa luận khơng có chép tài liệu, cơng trình nghiên cứu ngƣời khác mà khơng rõ mục tài liệu tham khảo Những kết số liệu khóa luận chƣa đƣợc cơng bố dƣới hình thức Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng cam đoan Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Học viên Phạm Thị Thủy Triều ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3 Các phƣơng pháp nghiên cứu .3 Cấu trúc luận văn CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ PIN KIM LOẠI - KHÍ 1.1 Các khái niệm pin 1.2 Tổng quan pin kim loại - khí .8 1.3 Pin Fe - khí .12 1.3.1 Một số khái niệm 12 1.3.2 Nguyên lý hoạt động đặc trƣng pin Fe - khí 13 1.3.3 Điện cực sắt 14 1.3.4 Điện cực khí 17 1.3.5 Dung dịch điện ly 18 CHƢƠNG II THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHÉP ĐO 19 2.1 Hoá chất nguyên vật liệu 19 2.2 Chế tạo vật liệu Fe2O3 phƣơng pháp sol-gel 19 2.2.1 Quy trình sol-gel 20 2.2.2 Quy trình sol-gel 20 2.3 Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) .22 2.4 Phép đo hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2.5 Phƣơng pháp quét vòng tuần hoàn (CV) 25 2.6 Chế tạo cell ba điện cực 28 2.6.1 Tạo điện cực Fe2O3 Fe2O3/AB 28 2.6.2 Tạo dung dịch điện ly .29 iii 2.6.3 Tạo cell điện cực 29 2.7 Phổ tổng trở điện hóa (EIS) .30 CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Hình thái học cấu trúc vật liệu Fe2O3 chế tạo phƣơng pháp sol-gel 33 3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) Fe2O3 .33 3.1.2 Hình thái học Fe2O3 36 3.2 Đặc trƣng điện hóa Fe2O3 chế tạo theo quy trình sol-gel .38 3.2.1 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3 38 3.2.2 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3/AB 40 3.2.3 Ảnh hƣởng chất phụ gia K2S đến đặc trƣng điện hóa điện cực Fe2O3/AB 43 3.3 Đặc trƣng điện hóa Fe2O3 chế tạo theo quy trình sol-gel .47 3.3.1 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3 47 3.3.2 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3/AB 49 3.3.3 Ảnh hƣởng chất phụ gia K2S đến đặc trƣng điện hóa điện cực Fe2O3/AB 51 3.4 Phổ tổng trở điện hóa điện cực Fe2O3/AB 55 KẾT LUẬN .59 CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên chi tiết HEVs Xe điện hybrid (Hybrid Electric Vehicles) EVs Xe điện (Electric Vehicles) XRD Phổ nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) SEM Hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy) CV Qt vịng tuần hồn (cyclic voltammetry) EIS AB Acetylen black bon (carbon acetylen black) PTFE Polytetrafluoroethylene OCP Thế mạch hở (open circuit potential) Phổ tổng trở điện hóa (electrochemical impedance spectroscopy) v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số liệu so sánh công nghệ số pin kim loại - khí Bảng 1.2 Đặc trƣng pin Fe – khí 13 Bảng 2.1 Bảng hoá chất nguyên vật liệu 19 Bảng 2.2 Danh sách mẫu Fe2O3 chế tạo theo quy trình sol-gel 22 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả cấu tạo pin Hình 1.2 Cấu tạo pin kim loại – khí Hình 1.3 Q trình phóng - nạp pin kim loại - khí Hình 1.4 Mô tƣợng ―dendrite‖ (nhánh cây) gây hỏng pin 10 Hình 1.5 Nguyên tắc hoạt động pin Na - khí 11 Hình 1.6 Ngun lý hoạt động pin Fe - khí 13 Hình 1.7 Phản ứng điện hóa pin Fe - khí dung dịch kiềm 14 Hình 1.8 Đƣờng cong phóng - nạp điện cực sắt 15 Hình 2.1 Quy trình sol-gel chế tạo vật liệu Fe2O3 20 Hình 2.2 Quy trình sol-gel chế tạo vật liệu Fe2O3 21 Hình 2.3 Nguyên lý phép đo phổ nhiễu xạ tia X 23 Hình 2.4 Dải làm việc kỹ thuật hiển vi điện tử quang học 24 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động kính hiển vi điện tử quét (SEM) 25 Hình 2.6: Đồ thị quét vịng tuần hồn (CV) 25 Hình 2.7 Quan hệ điện dòng điện quét vòng tuần hồn 27 Hình 2.8 Cấu tạo cell ba điện cực 28 Hình 2.9 Hệ đo Keithley Viện ITIMS (hình 2.9a) hệ AutoLab Viện Kỹ thuật Hóa học - Đại học Bách Khoa Hà Nội (hình 2.9b) 28 Hình 2.10 Cell điện cực 29 Hình 2.11 Vectơ Fresnel mặt phẳng phức 31 Hình 2.12 Mạch điện tƣơng đƣơng chất điện môi phổ EIS tƣơng ứng 32 vii Hình 3.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu Fe2O3 chế tạo theo quy trình sol-gel Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu Fe2O3 chế tạo theo quy trình sol-gel 34 35 Hình 3.3 Ảnh SEM mẫu Fe2O3 chế tạo theo quy trình sol-gel 36 Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu Fe2O3 chế tạo theo quy trình sol-gel 37 Hình 3.5 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3 (Fe2O3:PTFE = 90:10%) chế tạo theo quy trình sol-gel nồng độ axit citric khác dung 39 dịch KOH 8M Hình 3.6 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3 (Fe2O3:PTFE = 90:10%) sử dụng Fe2O3 thƣơng mại dung dịch KOH 8M 40 Hình 3.7 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3/AB (Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10%) chế tạo theo quy trình sol-gel nồng độ axit citric khác 42 dung dịch KOH 8M Hình 3.8 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3/AB (Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10%) chế tạo theo quy trình sol-gel nồng độ axit citric khác 44 dung dịch KOH + K2S Hình 3.9 Sự thay đổi dung lƣợng riêng theo số chu kỳ phóng - nạp điện cực Fe2O3/AB chế tạo theo quy trình sol-gel dung dịch (a) KOH 45 (b) KOH + K2S Hình 3.10 Sự thay đổi lƣợng H2 sinh theo số chu kỳ phóng - nạp mẫu chế tạo theo quy trình sol-gel dung dịch (a) KOH (b) KOH + 46 K2S Hình 3.11 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3 (Fe2O3:PTFE = 90:10%) chế tạo theo quy trình sol-gel độ pH khác dung dịch KOH 8M viii 48 Đối với mẫu axit oxalic pH3, pH7, pH11 pH11-600C, quét theo chiều oxy hóa số đỉnh quan sát bao gồm đỉnh hấp phụ Fe(OH)ad(a0), đỉnh oxy hóa Fe(I)/Fe(II) (a1) Fe(II)/Fe(III)(a2) xuất khoảng −1.0V(a0), −0,8 V(a1) −0,6 V(a2) tƣơng ứng Đỉnh khử Fe(III)/Fe(II)(c2) xuất khoảng −1,1 V đỉnh khử Fe(II)/Fe(c1) bị che phủ đỉnh sinh khí H2 theo chiều quét ngƣợc lại Khi có mặt AB điện cực, đỉnh oxy hóa - khử xuất rõ ràng hơn, dòng lớn hơn, đặc biệt đỉnh oxy hóa Đây tác dụng tích cực AB điện cực Fe2O3 Tuy nhiên cƣờng độ dòng điện bị giảm theo số chu kì quét đỉnh khử c1 chƣa tách biệt khỏi đỉnh sinh khí hyđrơ Điều chứng tỏ AB có mặt điện cực Fe2O3 ngồi việc tăng độ dẫn điện điện cực làm tăng tốc độ phản ứng oxy hóa sắt 3.3.3 Ảnh hƣởng chất phụ gia K2S đến đặc trƣng điện hóa điện cực Fe2O3/AB Để đánh giá vai trò chất phụ gia K2S điện cực Fe2O3/AB, phép đo CV mẫu đƣợc thực dung dịch điện ly chứa K 2S, kết đƣợc biểu diễn hình 3.13 Ta dễ dàng nhận thấy đỉnh oxi hóa cao hơn, nhọn đỉnh khử c1 bắt đầu đƣợc tách khỏi đỉnh sinh khí H2 vài mẫu có độ pH thấp Các đỉnh oxy hóa cao chứng tỏ tốc độ phản ứng oxy hóa sắt tăng lên, nhiên cƣờng độ dòng điện suy giảm theo chu kỳ quét Vậy có mặt K2S dung dịch điện ly có ảnh hƣởng tích cực đến khả chu trình hóa điện cực Fe 2O3 Đó ion S2- kết hợp vào mạng oxit sắt tƣơng tác với Fe(I), Fe(II) Fe(III) lớp màng oxit để kích thích phân hủy sắt [25,38] làm tăng độ dẫn điện điện cực [7,34,42] cải thiện khả chu trình hóa sắt 51 Cƣờng độ dòng điện (A/g) Điện (V) so với Hg/HgO Hình 3.13 Đặc trƣng CV điện cực Fe2O3/AB (Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10%) chế tạo theo quy trình sol-gel độ pH khác dung dịch KOH + K2S 52 Khi K2S có mặt dung dịch điện ly, ban đầu tốc độ phản ứng cặp Fe/Fe(II) Fe(II)/Fe(III) đƣợc tăng lên, sau số vịng qt tăng lên, lớp Fe(OH)2 dày lên nên thụ động lấn át tăng tốc độ phản ứng oxy hóa - khử K2S nên cƣờng độ dịng oxy hóa - khử lại bị giảm Sự dày lên lớp thụ động theo chu kỳphóng - nạp dẫn đến nội điện trở mẫu tăng lên lại gây Dung lƣợng riêng (mAh/g) suy giảm dung lƣợng điện cực Fe2O3 Chu kì Hình 3.14 Sự thay đổi dung lƣợng riêng theo số chu kỳ phóng - nạp điện cực Fe2O3/AB chế tạo theo quy trình sol-gel dung dịch (a) KOH (b) KOH + K2S 53 Để đánh giá xác vai trị chất phụ gia K2S dung dịch điện ly điện cực Fe2O3/AB, dung lƣợng riêng điện cực đƣợc tính tốn từ kết đo CV điện cực Fe2O3/AB với Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10% KOH (hình 3.12) KOH + K2S (hình 3.13), kết đƣợc biểu diễn hình 3.14 Ta thấy dung dịch điện ly KOH 8M (hình 3.14a), mẫu axit oxalic pH11-600C cho dung lƣợng riêng cao tƣơng đối ổn định Khi cho chất phụ gia K2S vào dung dịch điện ly (hình 3.14b), tất mẫu cho dung lƣợng riêng cao so với dung dịch điện ly KOH 8M So sánh mẫu pH = 3,7,11 pH11-600C ta thấy mẫu axit oxalic pH11-600C cho giá trị dung lƣợng cao nhƣ kết quan sát thấy đƣờng CV (hình 3.13) Nhƣ vậy, mẫu Fe2O3 chế tạo theo quy trình sol-gel mẫu axit oxalic pH11-600C có ƣu vƣợt trội thể đỉnh oxi hóa - khử cao, sắc nhọn cƣờng độ dịng giảm nhẹ theo số chu kì qt Đặc biệt, dung lƣợng riêng cao mẫu lại So sánh với mẫu chế tạo theo quy trình (hình 3.9), mẫu axit oxalic pH11-600C cho giá trị dung lƣợng cao hơn, vật liệu tiềm ứng dụng làm điện cực âm pin Fe - khí Tƣơng tự nhƣ mẫu chế tạo theo quy trình sol-gel 1, để đánh giá vai trò chất phụ gia K2S dung dịch điện ly, lƣợng H2 sinh mẫu chế tạo theo quy trình sol-gel đƣợc tính tốn từ phép đo CV (hình 3.12, 3.13) tất chu kỳ dung dịch có khơng có S2- kết đƣợc biểu diễn hình 3.15 Ta thấy mẫu pH3 pH7 có lƣợng H2 sinh dung dịch điện ly chứa K2S (hình 3.15b) nhỏ lƣợng H2 sinh dung dịch điện ly khơng có chất phụ gia (hình 3.15a) tƣợng ngƣợc lại xuất mẫu pH11 pH11-600C Điều chứng tỏ lƣợng H2 sinh bị khử phần trình phản ứng mẫu pH3 pH7 nhƣng chƣa đƣợc khử mạnh mẫu pH11 pH11-600C Đó khử điện cực sắt bị âm tăng lên làm cho dịng khử khơng tách biệt với dịng H2 sinh gây nên tăng dòng H2 Tuy nhiên ảnh hƣởng tích cực K2S đến đặc trƣng điện hóa 54 Fe2O3/AB đƣợc thể nhƣ làm tăng tốc độ phản ứng oxy hóa - khử, tăng cƣờng độ dòng điện dẫn đến cải thiện dung lƣợng, hiệu suất phóng - nạp điện Cƣờng độ dịng điện (A/g) cực Fe2O3/AB Chu kì Hình 3.15 Sự thay đổi lƣợng H2 sinh theo số chu kỳ phóng nạp mẫu chế tạo theo quy trình sol-gel dung dịch (a) KOH (b) KOH + K2S 3.4 Phổ tổng trở điện hóa điện cực Fe2O3/AB Một đặc trƣng điện hóa quan trọng điện cực tổng trở điện hóa Phép đo phổ tổng trở điện hóa (EIS) đƣợc thực cell ba điện cực sử dụng hệ Auto Lab với xoay chiều 10mV dải tần số từ 10 mHz đến 105 Hz 55 Hai mẫu Fe2O3/AB có đƣờng đặc trƣng CV tốt dung lƣợng tính tốn cao chế tạo theo quy trình sol-gel (axit citric 100ml-0,5M) (axit oxalic pH11-600C) đƣợc đo tổng trở điện hóa mạch hở (OCP) trƣớc sau chu kỳ phóng - nạp dung dịch điện ly có chứa K2S, kết đƣợc biểu diễn hình 3.16 3.17 tƣơng ứng Z‖ () Trƣớc CV Sau 5CV Sau 10CV Sau 15CV Z’ () Hình 3.16 Phổ tổng trở điện hóa điện cực Fe2O3/AB sử dụng mẫu 100ml-0,5M chế tạo theo quy trình sol-gel dung dịch KOH + K2S Trong trƣờng hợp mẫu 100ml-0,5M (hình 3.16), phổ tổng trở điện hóa điện cực trƣớc sau phóng - nạp bao gồm đƣờng bán nguyệt vùng tần số cao đặc trƣng cho lớp tiếp xúc bề mặt điện cực dung dịch điện ly tiếp đến đƣờng thẳng vùng tần số thấp tƣơng ứng với trình khuếch tán Warburg Sau chu kỳ phóng - nạp, đƣờng kính đƣờng bán nguyệt tăng dần lên chứng tỏ điện trở điện cực tăng lên Kết chứng tỏ điện trở điện cực tăng dần theo số chu kỳ phóng - nạp Hiện tƣợng hoàn toàn phù hợp với tƣợng giảm dần cƣờng độ dòng điện đƣờng CV tƣơng ứng 56 mẫu theo chu kỳ phóng - nạp (hình 3.8) Khi lặp lại chu trình quét điện trở điện cực tăng lên lớp thụ động Fe(OH)2 hình thành dày lên sau lần qt Z‖ () cƣờng độ dịng oxy hóa - khử giảm Z‖ () Z’ () Trƣớc CV Sau 5CV Sau 10CV Sau 15CV Z’ () Hình 3.17 Phổ tổng trở điện hóa điện cực Fe2O3/AB sử dụng mẫu pH11-600C chế tạo theo quy trình sol-gel dung dịch KOH + K2S Đối với mẫu pH11-600C chế tạo theo quy trình sol-gel 2, phổ tổng trở điện hóa điện cực trƣớc sau phóng - nạp bao gồm đƣờng bán nguyệt vùng tần số cao đặc trƣng cho lớp tiếp xúc bề mặt điện cực dung dịch điện ly đƣờng thẳng vùng tần số thấp tƣơng ứng với q trình khuếch tán Warburg (hình 3.17) Do vịng bán nguyệt mẫu nhỏ nên để quan sát rõ thay đổi điện trở mẫu pH11-600C, phổ tổng trở vùng tần số cao đƣợc vẽ chi tiết hình vẽ nhỏ bên hình 3.17 Đƣờng kính vịng bán nguyệt nhỏ chứng tỏ điện trở truyền điện tích thấp nghĩa điện trở điện cực Fe2O3/AB thấp, thấp mẫu 100ml-0,5M chế tạo theo quy trình sol-gel (hình 3.16) Sau chu kỳ phóng nạp, đƣờng kính đƣờng bán nguyệt 57 tăng dần lên chứng tỏ điện trở điện cực mẫu pH11-600C tăng lên theo số chu kỳ quét Kết chứng tỏ điện trở điện cực tăng dần theo số chu kỳ phóng - nạp Nhƣ vậy, xu hƣớng thay đổi điện trở điện cực mẫu pH11-600C giống xu hƣớng thay đổi điện trở điện cực mẫu 100ml-0,5M phù hợp với tƣợng giảm dần cƣờng độ dòng điện đƣờng CV tƣơng ứng mẫu theo chu kỳ phóng - nạp (hình 3.13) Lý giải cho tƣợng đƣợc mô tả chi tiết bên nguyên nhân đƣợc quy cho lớp thụ động Fe(OH)2 hình thành dày lên sau chu kỳ phóng - nạp cƣờng độ dịng oxy hóa - khử giảm 58 KẾT LUẬN Chế tạo thành cơng vật liệu Fe2O3 kích thƣớc nanomet với hình dạng khác phƣơng pháp sol-gel Đã làm chủ đƣợc quy trình chế tạo Fe2O3 có kích thƣớc, hình dạng mong muốn Đã khảo sát hình thái học, cấu trúc Fe2O3 chế tạo đƣợc: Mẫu xít sắt thu đƣợc theo hai quy trình chế tạo có cấu trúc Fe2O3 theo chuẩn ICSD 64599 PDF 00-039-1346 Theo quy trình sol-gel 1, mẫu Fe2O3 tổng hợp đƣợc có dạng hình lập phƣơng mẫu Fe2O3 có dạng hình cầu chế tạo quy trình sol-gel Khảo sát đặc trƣng điện hóa vật liệu Fe2O3 thu đƣợc quy trình sol-gel kích thƣớc, hình thái học Fe2O3 ảnh hƣởng mạnh đến khả chu trình hóa sắt Nghiên cứu ảnh hƣởng chất phụ gia AB lên tính chất điện hóa điện cực Fe2O3 tổng hợp hai quy trình sol-gel cho thấy việc đƣa AB vào điện cực làm tăng độ dẫn điện cải thiện khả chu trình hóa điện cực Fe2O3/AB Nghiên cứu ảnh hƣởng chất phụ gia K2S đến tính chất điện hóa điện cực Fe2O3/AB cho thấy ảnh hƣởng tích cực K2S nhƣ làm tăng tốc độ phản ứng oxy hóa khử sắt, tăng dung lƣợng điện cực Fe2O3/AB giảm lƣợng H2 sinh Dung lƣợng riêng mẫu chế tạo theo quy trình lớn quy trình 2, nhiên dung lƣợng riêng mẫu chế tạo theo quy trình giảm nhanh theo chu kỳ phóng - nạp dung lƣợng riêng mẫu chế tạo theo quy trình giảm chậm • Quy trình 1: mẫu 100ml-0,5M tốt • Quy trình 2: mẫu pH11-600C tốt Nghiên cứu tổng trở điện hóa mẫu trƣớc sau phóng - nạp điện trở điện cực tăng lên theo số chu kỳ phóng - nạp 59 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Vu Manh Thuan, Trinh Tuan Anh, Pham Thi Thuy Trieu, Doan Ha Thang*, Bui Thi Hang*, Preparation and electrochemical properties of Fe3O4 in alkaline solution, Proceedings of The 3rd International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (ICAMN - 2016) 336-339 Vũ Mạnh Thuần, Phạm Thị Thủy Triều, Nguyễn Thị Tiên, Dỗn Hà Thắng, Bùi Thị Hằng*, Chế tạo tính chất điện hóa điện cực Fe2O3 dung dịch kiềm, Tuyển tập báo cáo Hội nghị VLCR & KHVL toàn quốc lần thứ X (SPMS - 2017) 648-651 Phạm Thị Thủy Triều, Trịnh Tuấn Anh, Doãn Hà Thắng, Bùi Thị Hằng*, Tổng hợp đặc trưng điện hóa nano Fe2O3 ứng dụng làm điện cực âm cho pin sắt - khí, Tuyển tập báo cáo Hội nghị VLCR & KHVL toàn quốc lần thứ X (SPMS - 2017) 652-655 Phạm Thị Thủy Triều, Bùi Thị Hằng*, Tổng hợp Fe2O3 phương pháp sol- gel ứng dụng cho pin sắt - khí, Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam 60(8)(2018) 50-54 (ISSN: 1859-4794) 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T T Anh, Vu Manh Thuan, Doan Ha Thang, B T Hang (2017), ―Effect of Fe2O3 and Binder on the Electrochemical Properties of Fe2O3/AB (Acetylene Black) Composite Electrodes‖, Journal of Electronic Materials, vol 46, pp 3458-3462 [2] T.S Balasubramanian, A.K Shukla (1993), ―Effect of metal-sulfide additives on charge/discharge reactions of the alkaline iron electrode‖, J Power Sources, vol 41, pp 99-105 [3] Binder L., Odar W (1984), ―Experimental survey of rechargeable alkaline zinc electrodes‖, J Power Sources, vol 13, pp 9-21 [4] Blurton K F and Sammells A F (1979), ―Metal/air batteries: Their status and potential - a review,‖ J Power Sources, vol 4, no 4, pp 263–279 [5] Chakkaravarthy C., Periasamy P., Jegannathan S., Vasu K I (1991), ―The nickel/iron battery‖, J Power Sources, 35, pp 21-35 [6] Chakkaravarthy C., Waheed A K A., and Udupa H V K (1981), ―Zinc-air alkaline batteries - A review,‖ J Power Sources, vol 6, no 3, pp 203–228 [7] Caldas C.A., Lopes M.C., Carlos I.A.,(1998) ―The role of FeS and (NH4)2CO3 additives on the pressed type Fe electrode‖, J Power Sources, vol 74, pp.108 [8] Cheng F and Chen J., (2012) ―Metal-air batteries: from oxygen reduction electrochemistry to cathode catalysts,‖ Chem Soc Rev., vol 41, no 6, p 2172 [9] Fang Q., Berger C M., Menzler N H., Bram M., and Blum L (2016), ―Electrochemical characterization of Fe-air rechargeable oxide battery in planar solid oxide cell stacks‖, J Power Sources, vol 336, pp 91–98 [10] S.Uno Falk, Alvin J Salking (1971), ―Alkaline Storage Batteries‖, Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, vol 30, pp 139140 61 [11] Goutam S., Omar N., Bossche P.V.D., and Mierlo J V (2017), ―Chapter Two – Review of Nanotechnology for Anode Materials in Batteries,‖ Emerging Nanotechnologies in Rechargeable Energy Storage Systems pp 45–82 [12] Hampson N A., Latham R J., Marshall A., Giles R D (1974), ―Some aspects of the electrochemical behaviour of the iron electrode in alkaline solutions,‖, Electrochim Acta, 19, pp 397-40 [13] B T Hang, Watanabe T., Egashira M., Watanabe I., Okada S., and Yamaki J (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 [14] B T Hang, Watanabe T., Eashira M., Okada S., Yamaki J.I., Hata S., Yoon S.H., Mochida I (2005), ―The electrochemical properties of Fe2O3-loaded carbon electrodes for iron-air battery anodes,‖ J Power Sources, vol 150, no 1–2, pp 261–271 [15] B T Hang, Hayashi H., Yoon S.-H., Okada S., and Yamaki J., (2008) ―Fe2O3filled carbon nanotubes as a negative electrode for an Fe–air battery,‖ J Power Sources, vol 178, no 1, pp 393–401 [16] 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 [17] B T Hang, D H Thang, and Kobayashi E., (2013) ―Fe/carbon nanofiber composite materials for Fe-air battery anodes,‖ Journal of Electroanalytical Chemistry, vol 704 pp 145–152 [18] B T Hang, Hayashi H., Yoon S H., Okada S., and Yamaki J.I, (2008) ―Fe2O3-filled carbon nanotubes as a negative electrode for an Fe-air battery,‖ J Power Sources, vol 178, no 1, pp 393–401 [19] B T Hang, D H Thang, N T Nga, P T L Minh, and Kobayashi E., (2013) ―Nanoparticle Fe2O3-Loaded Carbon Nanofibers as Iron-Air Battery Anodes,‖ J Electrochem Soc., vol 160, no 9, pp A1442–A1445 62 [20] 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 [21] 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 [22] B T H a n g, 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 Nanoscience and Nanotechnology, vol.16, pp.7999-8006 [23] Hislop, Martin (2017) ―Solid-state EV battery breakthrough from Li-ion battery inventor John Goodenough‖, North American Energy News, The American Energy News [24] N Jayalakshmi, V.S Muralidharan (1990), ―Electrochemical behaviour of iron oxide electrodes in alkali solutions‖, J Power Sources, vol 32, pp 277286 [25] Kalaignan G P., Muralidharan V S and Vasu K I.,(1987) ―Triangular potential sweep voltammetric study of porous iron electrodes in alkali solutions‖, J Appl Electrochem Vol 17, pp 1083-1092 [26] Lars Ojefors (1976), ―An iron - air vehicle battery‖, J Electrochem Soc., 123, pp 263-266 [27] Lars Ojefors (1976), ―SEM Studies of Discharge Products from Alkaline Iron Electrodes ", J Electrochem Soc., 123, pp 1691-1696 [28] J.S Lee, K.S Tai, C Ruiguo, C Nam‐Soon, L Meilin, L.K Tae, C Jaephil, ―Metal-Air Batteries with High Energy Density: Li-Air versus Zn-Air,‖ Adv Energy Mater., vol 1, no 1, pp 34–50, Jan 2011 [29] Liu W., Sun Q., Yang Y., Xie J.-Y., and Fu Z.-W., (2013) ―An enhanced electrochemical performance of a sodium–air battery with graphene 63 nanosheets as air electrode catalysts‖, Chem Commun., vol 49, no 19, p 1951 [30] Micka K., Zabransky Z (1987), ―Study of iron oxide electrodes in an alkaline electrolyte‖ J Power Sources, 19, pp 315-323 [31] Mukherjee A., and Basumallick I N (1993), ―Metallized graphite as an improved cathode material for aluminium/air batteries,‖ J Power Sources, vol 45, no 2, pp 243–246 [32] Offer G J., Howey D., Contestabile M., Clague R., and Brandon N P.,(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 [33] Palomares V., Serras P., Villaluenga I., Hueso K B., Carretero-González J., and Rojo T., (2012) ―Na-ion batteries, recent advances and present challenges to become low cost energy storage systems,‖ Energy Environ Sci., vol 5, no 3, p 5884 [34] Periasamy P., Babu B.R., Iyer S.V., (1996) ―Electrochemical behaviour of Teflon-bonded iron oxide electrodes in alkaline solutions‖, J Power Sources, vol 63, pp.79-85 [35] Rand D A J (1979), ―Battery systems for electric vehicles — a state-of-theart review,‖ J Power Sources, 4, pp 101-143 [36] Sahgong S H., Senthilkumar S T., Kim K., Hwang S M., and Kim Y., (2015) ―Rechargeable aqueous Na–air batteries: Highly improved voltage efficiency by use of catalysts,‖ Electrochem commun., vol 61, pp 53–56 [37] Schrebler-Guzman R S., Viche J R., Arvia A J (1979), ―The potentiodynamic behaviour of iron in alkaline solutions‖, Electrochim Acta, 24, pp 395-403 [38] Shoesmith D W., Taylor P., Bailey M G and Ikeda B., (1978) ―Electrochemical behaviour of iron in alkaline sulphide solutions‖, Electrochim Acta, vol 23, pp 903-916 64 [39] Souza C A C., Carlos I A., Lopes M C., Finazzi G A., M R H de Almeida (2004), ―Self-discharge of Fe–Ni alkaline batteries‖, J Power Sources, 132, pp 288-290 [40] Sun Q., Yang Y., and Fu Z.-W, (2012) ―Electrochemical properties of room temperature sodium–air batteries with non-aqueous electrolyte,‖ Electrochem commun., vol 16, no 1, pp 22–25 [41] Vijayamohanan K., Balasubramanian T S., Shukla A K (1991), ―Rechargeable alkaline iron electrodes‖, J Power Sources, 34, pp 269-285 [42] Vijayamohanan K., Shukla A K and Sathyanarayana S., (1990) ―Role of Sulfide Additives on the Performance of Alkaline Iron Electrodes‖, J Electroanal Chem vol 289, pp 55-68 [43] Wu M C., Zhao T S., Tan P., Jiang H R., and Zhu X B., (2016) ―Costeffective carbon supported Fe2O3 nanoparticles as an efficient catalyst for nonaqueous lithium-oxygen batteries,‖ Electrochim Acta, vol 211, pp 545–551 [44] Yang S., (2002) ―Design and analysis of aluminum/air battery system for electric vehicles,‖ Journal of Power Sources, vol 112, no pp 162–173 [45] Yang S and Siegel D J (2015), ―Intrinsic Conductivity in Sodium–Air Battery Discharge Phases: Sodium Superoxide vs Sodium Peroxide,‖ Chem Mater., vol 27, no 11, pp 3852–3860 [46] Zhang J.-G., Bruce P G., and Zhang X G (2013), ―Handbook of Battery Materials‖ Chapter 22: Metal-Air Batteries p 1000 [47] Zhang X., Wang X.-G., Xie Z., and Zhou Z (2016), ―Recent progress in rechargeable alkali metal-air batteries,‖ Green Energy & Environment, vol 1, pp 4-17 65 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM THỊ THỦY TRIỀU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO OXIT SẮT CARBON ỨNG DỤNG TRONG PIN KIM LOẠI - KHÍ LUẬN VĂN THẠC... pháp chế tạo nguyên vật liệu có giá thành rẻ, độ cao, chất lƣợng tốt… khâu quan trọng Vì thế, chúng tơi chọn đề tài luận văn: ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp nano oxit sắt carbon ứng dụng pin. .. đẩy mạnh 1.2 Tổng quan pin kim loại - khí Cấu tạo pin kim loại - khí đƣợc thể hình 1.2 Hình 1.2 Cấu tạo pin kim loại - khí Nguyên lý hoạt động nhƣ sau: Trong q trình phóng, kim loại M bị oxy