4. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
3.2.1.3. Phổ tổng trở
Phổ tổng trở (EIS) được thực hiện trên máy VSP với tần số dao dộng thay đổi từ 100 kHz tới 100 mHz. Các quá trình xảy ra trong pin Li-ion, bao gồm quá trình khuếch tán ion Li+ trong chất điện giải, quá trình khuếch tán ion Li+ vào cấu trúc vật liệu điện cực, và quá trình chuyển điện tích … có thể được nghiên cứu trong phép đo EIS. Kết quả đo EIS được trình bày trong Hình 3.8.
Hình 3.8 cho thấy rằng, đường cong trong phổ tổng trở của điện cực α-MnO2 – PP bao gồm một bán cung tròn ở dải tần số cao và trung bình và một đường dốc thẳng ở vùng dải tần số thấp. Trong đó, bán cung tròn ở vùng tần số cao và trung bình tương ứng với điện trở truyền điện tích (RCT), đường dốc thẳng ở vùng tần số thấp liên quan đến quá trình khuếch tán của ion Li+ (trở kháng Warburg, Zw), và Re là điện trở ohmic của chất điện li và các thành phần tạo nên pin. Giá trị Re và RCT tính toán được lần lượt là 5,1 Ω và 322,2 Ω.
Hình 3. 8. Phổ tổng trở Nyquist sau khi phóng sạc của điện cực α-MnO2 – PP
3.2.1.4.Tính toán hệ số khuếch tán của Li+ ion
Để nghiên cứu rõ và có nhiều thông tin hơn về sự khác biệt trong cách thức Li+ ion vào và ra điện cực α-MnO2 – PP, chúng tôi sử dụng phương pháp đo CV lần lượt ở các tốc độ quét khác nhau (0,1; 0,2; 0,4; 0,6 và 0,8 mV/s) kết hợp với việc áp dụng phương trình Randles-Sevcik để tính toán lần lượt các hệ số khuếch tán (D) của ion Li+ trong điện cực α-MnO2 – PP.
Phương trình Randles-Sevcik: 5 1,5 0,5 0,5 P
Trong đó,
IP: cường độ peak, [A]; n: số electron trao đổi;
A: diện tích của điện cực, [cm2]; D: hệ số khuếch tán, [cm2.s-1]; C: nồng độ của ion Li+, [mol.cm-3]; ν: tốc độ quét, [V.s-1].
Hình 3. 9. Đường cong CV ở các tốc độ quét khác nhau của điện cực α- MnO2 – PP (a) và Đồ thị so sánh hệ số khuếch tán của Li+ ion trong điện
Quan sát đường cong CV ở các tốc độ quét khác nhau của điện cực α-MnO2 – PP thể hiện trên Hình 3.9a cho thấy, cường độ các peak tăng khi tăng
tốc độ quét dần dần từ 0,1 mV/s tới 0,8 mV/s. Khi áp dụng phương trình Randles-Sevcik để tìm mối quan hệ giữa IP và ν, kết quả nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa IP và ν là tuyến tính trong khoảng tốc độ khảo sát. Do đó, hệ số khuếch tán D của ion Li+ được tính toán dựa vào hệ số góc (K) của đường tuyến tính IP và ν như trình bày trong Hình 3.9b là DP.P = 4,5x10-8 cm2.s-1.