4. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
3.2.1.1. Đường cong phóng/sạc
Khả năng và các đặc trưng phóng/sạc của điện cực α-MnO2-PP được khảo sát bằng phương pháp đo phóng/sạc ở dòng cố định, thực hiện trên máy đo phóng/sạc NEWARE (China) ở vùng thế 0,01 V - 3,0 V ở mật độ dòng 100 mA/g. Đường cong phóng/sạc của các điện cực α-MnO2 – PP trong 3 chu kì đầu tiên được đo đạc, thu thập và trình bày như Hình 3.6.
Hình 3. 6. Kết quả xác định đường cong phóng/sạc ở 3 chu kì đầu tiên của điện cực α-MnO2 – PP
Từ kết quả ở Hình 3.6,cho thấy hiệu điện thế hoạt động của α-MnO2 với màng dẫn PP ở chu kì đầu tiên được xác định khoảng 0,82 V, ổn định ở chu kì thứ 2 và giảm ở chu kì thứ 3 với hiệu điện thế khoảng 0,74 V. Sự khác nhau về hiệu điện thế hoạt động giữa hai chu kì đầu tiên và chu kì tiếp theo là do có sự hình thành của lớp SEI (solid electrolyte interface) trên bề mặt điện cực trong
quá trình phóng. Kết quả là dung lượng của pin ở chu kì phóng/sạc đầu tiên luôn luôn lớn hơn rất nhiều so với dung lượng phóng/sạc ở các chu kì tiếp theo. Cụ thể, dung lượng phóng/sạc ở 3 chu kì lần lượt là 1512/1347 mAh/g, 1374/1361 mAh/g và 1461/1371 mAh/g. Điều này dẫn đến hiệu suất Coulomb ở chu kì đầu tiên luôn thấp hơn so với hai chu kì còn lại (89% với chu kì đầu tiên, 99% và 94% lần lượt cho hai chu kì tiếp theo).
Sự chênh lệch dung lượng này cho thấy trong quá trình phản ứng với Li+, trên bề mặt anode xảy ra phản ứng bất thuận nghịch để hình thành lớp SEI ở chu kì đầu tiên, lớp SEI xuất hiện cũng là nguyên nhân làm tăng điện thế hoạt động của điện cực α-MnO2-PP. Lớp SEI có tác dụng hạn chế chất điện giải tiếp tục bị phản ứng khi quá trình phóng xảy ra ở vùng điện thế thấp. Do đó, ở những chu kì phóng/sạc sau đó thì sự chênh lệch này không quá lớn, làm cho hiệu suất Coulomb cũng tăng lên, và sau chu kì phóng/sạc thứ năm thì hiệu suất Coulomb luôn đạt xấp xỉ 100%. Điều này chứng tỏ quá trình phóng và quá trình sạc có độ thuận nghịch rất cao, hay sự ổn định của cấu trúc vật liệu α-MnO2 với màng dẫn PP trong quá trình phóng/sạc rất tốt.