5. Phƣơng pháp nghiên cứu
3.2.Tính chất điện hóa và tích thoát ion của điện cực anốt C/Li2SnO3
Tính chất điện hóa của các điện cực đƣợc nghiên cứu thông qua việc khảo sát phổ điện thế quét vòng (CV), khả năng tích/thoát ion liti đƣợc đánh giá thông qua phép đo phƣơng pháp dòng không đổi hai điện cực trên cơ sở của một pin ion Li với cấu trúc gồm điện cực làm việc là các điện cực làm từ vật liệu chế tạo đƣợc, điện cực đối là điện cực đối là điện cực chuẩn Pt, trong dung dịch chất điện phân là 1M LiPF6 + ethylene cacbonat + diethyl cacbonat. Các phép đo đƣợc thực hiện trên hệ AutoLab PSG-30.
3.2.1. Phổ đặc trưng C-V của điện cực C/Li2SnO3
Hình 3.3 cho thấy chu kỳ điện thế vòng của điện cực C/Li2SnO3 tại 5 chu kỳ. Tốc độ quét là 0,2 mV/s giữa điện thế 0,0 V đến 3,0 V. Chu kỳ đầu tiên, các đỉnh cực anốt đƣợc đặt tại 1,3 – 0,6 V trong khi đỉnh catốt đƣợc quan sát tại điện thế 1 V. Đỉnh khử (xảy ra tại anốt) có thể tạo ra sự hình thành mặt phân cách chất điện phân rắn (SEI), màng trên bề mặt của điện cực, sự khử Li2SnO3 thành Sn và sự hình thành đồng thời của Li2O. Trong các chu kỳ dƣới đây các đỉnh catốt di chuyển sang bên trái giữa 0,7 đến 0,9 V. Tại điện thế 1V thì đỉnh catốt bị biến mất và chỉ ra rằng phản ứng không thuận nghịch chỉ xảy ra tại chu kỳ đầu tiên.
29
Quá trình nạp Li+ với Li2SnO3, hình thành kim loại Sn và Li2O, tiếp theo là quá trình hình thành hợp kim LixSn. Trong quá trình nạp/phóng chỉ có phản ứng hợp kim hóa/khử hợp kim của Sn với Li là thuận nghịch và tạo ra dung lƣợng của điện cực. Vậy nên, các quá trình tiêm/thoát Li+
có thể đƣợc biểu diễn bởi phƣơng trình [6]:
Li2SnO3 + 4Li+ + 4e- → 3Li2O + Sn (3.1) Sn + xLi+ + xe- → LixSn (x ≤ 4,4) (3.2) Lƣu ý rằng, trong phản ứng (2), hàm lƣợng Li tối đa x = 4,4 trong hợp kim LixSn đƣợc thông qua từ các kết quả tài iệu về các hợp kim Li-Sn [5].
3.2.2. Khảo sát đặc trưng phóng nạp của điện cực C/Li2SnO3
Để đánh giá khả ngăng tiêm thoát ion Liti của vật liệu C/Li2SnO3, phép đo dòng không đổi với bình điện phân hai cực đã đƣợc sử dụng. Điện cực làm việc (WE) đƣợc chế tạo từ C/Li2SnO3, điện cực đối (SE) đƣợc sử dụng trong phép đo là Pt. Các điện cực này nhúng trong chất điện ly lỏng 1M LiPF6 + ethylene cacbonat + diethylene cacbonat.
Hình 3.4 thể hiện đƣờng cong phóng/nạp của điện cực C/Li2SnO3 trong dải
30 điện thế từ 0,05 V và 2 V (Li/Li+
). Kết quả cho thấy dung lƣợng phóng/nạp đầu tiên của hợp chất C/Li2SnO3 là 1671 mAh/g và 1558 mAh/g. Sau 50 chu kỳ thì dung lƣợng giữ lại của C/Li2SnO3 576 mAh/g. Nền tảng phóng điện tại 0,9 – 0,6 V và 0,5 – 0,38 V đƣợc quan sát trong giây đầu tiên phóng điện/tích điện. Trong chu kỳ 20 lần và 40 lần, dung lƣợng phóng/nạp của C/Li2SnO3 tƣơng ứng là 820 mAh/g.
Điện cực C/Li2SnO3 có dung lƣợng phóng/nạp ban đầu thấp hơn nhƣng hiệu suất chu kỳ lại tối hơn so với điện cực Li2SnO3. Bời vì cacbon đã bị pha tạp có thêm (tăng/bổ sung) đệm vào thể tích giãn nở của Li – Sn và cung cấp một môi trƣờng có tính dẫn cao cho vận chuyển electron.
Sự phát điện của Li2O có thể cái thiện chu kỳ của hợp kim Li –Sn theo phƣơng trình (3.1) [13], [15].
31
KẾT LUẬN
Sau một thời gian tập trung nghiên cứu với mục tiêu đặt ra khi chọn đối tƣợng nghiên cứu là vật liệu dùng làm điện cực anốt cho pin ion Liti. Những kết quả nghiên cứu ban đầu đạt đƣợc bao gồm:
1. Đã chế tạo thành công vật liệu Li2SnO3 từ hỗn hợp oxit SnO2 và muối Li2CO3
bằng phƣơng pháp phản ứng pha rắn. Các kết quả phân tích nhiễu xạ tia X cho thấy vật liệu Li2SnO3 là đơn pha và bảo đảm đúng thành phần hợp thức.
2. Các kết quả nghiên cứu điện hóa và khảo sát các quá trình phóng nạp cho thấy vật liệu C/Li2SnO3 nhận đƣợc sau ủ nhiệt ở 800 oC trong 6 h có khả năng tiêm/thoát ion Li+ tốt với điện thế thấp, thích hợp cho việc sử dụng làm vật liệu điện cực anốt cho pin ion Liti.
32
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyen Nang Dinh, Pham Duy Long, Le Dinh Trong, Crystalline perovskite
La0,67-xLi3xTiO3: preparation and ionic conducting characterization,
Communications in Physics, Vol 14, N02 (2004), page 90-94.
[2] Le Dinh Trong, Pham Duy Long, Vu Van Hong, Nguyen Nang Dinh, Optical and electrical properties of perovskite La0.67-xLi3xTiO3 solid electrolyte thin films made by electron beam deposition, A Journal of the Asean Commitee on Science & Technology, Vol.24 No.1&2 page 35-40 (2007).
[3] Le Dinh Trong, Pham Duy Long, Nguyen Nang Dinh, Fabrication of ion conductive materials La0.67-xLi3xTiO3 used as electrolyte for all solid Li+ ion batteries, Reports of the Eleventh Vietnamese-German Seminar on Physics and Engieering (VGS 11), Nha Trang City, from March, 31, to April, 5, 2008. [4] A. Aboulaich, M. Mouyane, F. Robert, P. E. Lippens, J. O. Fourcade, P.
Willmann, J. C. Jumas, (2007),“New Sn-based composites as anode materials for Li-ion batteries”, Journal of Power Sources, 174, 1224–1228.
[5] A. R. Kamali and D. J. Fray (2011), “Tin-based materials as advanced anode materials for Lithium ion batteries”, Rev.Adv.Mater.Sci, 27, 14-24.
[6] D. Deng, M. G. Kim, J. Y. Lee and Jaephil Cho (2011), “Green energy storage meterials: Nanostructured TiO2 anhd Sn- based anodes for lithium- ion batteries”, Energy Environ. Sci., 2, 818-837.
[7] J. Hassoun, S. Panero, P. Reale and B. Scrosati (2006), “ A New Type of Lithium-ion Battery Based on Tin Electroplated Negative Electrodes”, Int. J. Electrochem.Sci., Volume 1, 110-121. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[8] I. C. Halalay, S. J. Harris, T. J. Fuller (2009), “ Lithium ion battery”, GM Global Technology Operation, 12/642,313.
[9] Z. Q. He, X. H. Li, L. Z. Xiong, X. M. Wu, Z. B. Xiao, M. Y. Ma, (2005), “Wet chemical synthesis of tin oxide-based material for lithium ion battery anodes”, Materials Research Bulletin, Volume 40, Issue 5, 861-868.
33
[10] P. Meduri, C. Pendyala, V. Kumar, G. U. Sumanasekera and M. K. Sunkara (2009), “ Hybrid Tin Oxide Nanowires as Stable and High Capacity Anodes for Li-Ion Batteries”, Nano Lett., 9 (2), 612–616.
[11] X.Yin, L. Chen, C. Li, Q. Hao, S.Liu, Q.Li, E. Zhang, T. Wang (2011), “Synthesis of mesoporous SnO2 spheres via self-assembly and superior lithium storage properties”, Electrochimica Acta, Volume 56, Issue 5, 2358-2363. [12] Z. Ying, Q. Wan, H. Cao, Z. T. Song, and S. L. Feng (2005), “Characterization
of SnO2 nanowires as an anode material for Li-ion batteries”, Appl. Phys. Lett.
87, 113108.
[13] X. Zhu, Y. Zhu, S. Murali, M. D. Stoller, R. S. Ruoff , (2011), “Reduced graphene oxide/tin oxide composite as an enhanced anode material for lithium ion batteries prepared by homogenous coprecipitation”, Journal of Power Sources, Volume 196, Issue 15, 6473-6477.
[14] Z. Ying, Q. Wan, H. Cao, Z. T. Song, S. L. Feng (2005), “Characterization of SnO2 nanowires as an anode material for Li-ion batteries”, Applied Physics Lettes 87, 113108.
[15] Q. Wang, Y. Huang, J. Miao, Y. Wang, Y. Zhao (2012), “Synthesis and properties of Li2SnO3/polyaniline nanocomposites as negative electrode material for lithium-ion batteries”, Applied Surface Science 258, Issue 24, Pages 9896-9901
[16] Q. Wang, Y. Huang, J. Miao, Y. Wang, Y. Zhao (2012), “Hydrothermal derived Li2SnO3/C composite as negative electrode materials for lithium-ion batteries”, Applied Surface Science 258, Issue 18, Pages 6923-6929.
[17] Q. Wang, Y. Huang, J. Miao, Y. Wang, Y. Zhao (2012), “Synthesis and properties of carbon-doped Li2SnO3 nanocomposite as cathode material for lithium-ion batteries”, Materials Letters 71, Pages 66-69.