2. Nội dung nghiên cứu
3.4.2. Đo tổng trở của hệ pin
Kết quả đo tổng trở của hệ pin Zn/KOH/Ag2O, điện cực ZnO chế tạo từ điều kiện tổng hợp ở nhiệt độ 180oC, nạp điện 0,1C, trong 10 giờ, điều kiện đo 10mHz đến 100kHz, biên độ 5mV, tại điện thế mạch hở 1,55 V, được cho ở Hình 3.24.
Từ Hình 3.24 (a), cho thấy phổ Nyquist có một hình bán nguyệt ở tần số cao đến trung bình chủ yếu liên quan đến một quá trình phản ứng phức chất tại vùng catot/chất điện phân. Đoạn đường dốc, thắng ở vùng tần số thấp hơn được quy cho trở kháng Warburg, có liên quan đến sự khuếch tán ion Zn2+ trong điện cực xốp ZnO.
Hình 3.24. Phổ tổng trở điện hóa của hệ pin Zn/KOH/Ag2O, điện cực ZnO chế tạo từ điều kiện tổng hợp ở nhiệt độ 180oC, nạp điện 0,1C, trong 10 giờ, điều kiện đo
10mHz đến 100kHz, biên độ 5mV, tại điện thế mạch hở 1,55 V
Nhận xét:
Từ vật liệu nano ZnO, khi sử dụng làm điện cực âm trong hệ ắc quy bạc - kẽm, cho dung lượng riêng đạt 54 % lý thuyết và có khả năng cho dòng phóng lớn, với chế độ phóng 0,5 C, khả năng nạp/phóng điện ổn định, sau 30 chu kỳ, dung lượng giảm còn 313,5 mAh/g. Nano ZnO tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt có tiềm năng và ứng dụng hiệu quả trong việc chế tạo điện cực âm trong ắc quy bạc - kẽm.
Kết quả đo tổng trở của hệ Zn/KOH/Ag2O cho thấy phổ Nyquist có một hình bán nguyệt ở tần số cao đến trung bình chủ yếu liên quan đến một quá trình phản ứng phức chất tại vùng catot/chất điện phân. Đoạn đường dốc, thắng ở vùng tần số thấp hơn được quy cho trở kháng Warburg, có liên quan đến sự khuếch tán ion Zn2+ trong điện cực xốp ZnO.
KẾT LUẬN
1. Đã chế tạo được vật liệu ZnO theo phương pháp thủy nhiệt, có kích thước từ 50 - 200 nm, từ thành phần dung dịch: 25 mL Zn(NO3)2 0,1M + NaOH 0,1M + 20 mL hỗn hợp rượu nước (tỉ lệ về thể tích C2H5OH : H2O = 1 : 1), pH = 11, trong thời gian 24 giờ ở 180oC.
2. Đã tiến hành phân tích cấu trúc, thành phần vật liệu ZnO kết quả cho thấy: Kết quả phân tích XRD, EDS chỉ ra ZnO có cấu trúc dạng wurtzite, hàm lượng bề mặt đạt 99,99%. Đặc biệt phương pháp ICP-MS cho kết quả tin cậy cao, không phát hiện được lượng vết các chất như kim loại khác như Fe, Mn, Se, Cd,... trong thành phần mẫu ZnO điều chế được.
3. Kết quả phân tích diện tích bề mặt BET cho thấy, nano ZnO tổng hợp có diện tích bề mặt lớn (17,05 m2/g). Đo phân bố kích thước hạt theo tán xạ laze cho thấy các hạt ZnO tập trung chủ yếu trong vùng kích thước 0,814 µm, ở điều kiện tổng hợp trong thời gian 24 giờ ở 180oC, độ phân tán của kích thước hạt không cao, chứng tỏ việc điều chế các hạt là rất hiệu quả và ổn định.
4. Từ vật liệu nano ZnO, khi sử dụng làm điện cực âm trong hệ ắc quy bạc - kẽm, cho dung lượng riêng đạt 54% lý thuyết và có khả năng cho dòng phóng lớn, với chế độ phóng 0,5C, khả năng nạp/phóng điện ổn định, sau 30 chu kỳ, dung lượng giảm còn 313,5 mAh/g. Nano ZnO tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt có tiềm năng và ứng dụng hiệu quả trong việc chế tạo điện cực âm trong ắc quy bạc - kẽm.
5. Kết quả tổng trở của hệ Zn/KOH/Ag2O cho thấy ho thấy phổ Nyquist có một hình bán nguyệt ở tần số cao đến trung bình chủ yếu liên quan đến một quá trình phản ứng phức chất tại vùng catot/chất điện phân. Đoạn đường dốc, thắng ở vùng tần số thấp hơn được quy cho trở kháng Warburg, có liên quan đến sự khuếch tán ion Zn2+ trong điện cực xốp ZnO.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
1. Nguyễn Văn Tú, Trần Thị Hương Nụ, Đỗ Trà Hương, Bùi Đức Cương, "Tổng
hợp và tính chất điện hóa của nano ZnO theo phương pháp thủy nhiệt và ứng dụng chế tạo làm điện cực âm trong ắc quy bạc - kẽm”. Tạp chí Hóa học. Tập 57, số 2E12, tr 100 - 104.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2001), Công nghệ nano điều khiển đến từng phân tử, NXB Khoa Học Kĩ Thuật Hà Nội.
2. Bùi Đức Cương (2015), Nghiên cứu tính chất điện hoá hệ điện cực nano bạc/bạc
oxit trong dung dịch điện li kiềm của nguồn điện bạc - kẽm, Luận án tiến sỹ, Viện
Khoa học và Công nghệ Quân sự.
3. Ngô Thanh Dung (2013), Chế tạo, nghiên cứu các tính chất của vật liệu nano ZnO
và khả năng ứng dụng, Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại
học Quốc gia Hà Nội.
4. Lưu Thị Việt Hà (2018), Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano hệ ZnO pha tạp Mn,
Ce,C và đánh giá khả năng quang oxi hóa của chúng, Luận án tiến sỹ, Viện Hàn
lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam.
5. Nguyễn Văn Hiếu (2006), Phát triển cảm biến khí CO và NO2 trên cơ sở dây
nano oxit kim loại bán dẫn phục vụ quan trắc ô nhiễm môi trường khí, Đề tài
cấp Nhà nước.
6. Hoàng Thị Hương Huế, Nguyễn Đình Bảng và Bùi Thị Ánh Nguyệt (2015), "Hoạt tính quang xúc tác của ZnO và Mn-ZnO được tổng hợp bằng phương pháp đốt cháy", Tạp chí hóa học, 53(3), tr. 301 - 305.
7. Trần Đại Lâm (2017), Các phương pháp phân tích hoá lý vật liệu, NXB Khoa học Tự nhiên và công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam.
8. Trương Ngọc Liên (2000), Điện Hóa Lý Thuyết, NXB Khoa Học Kỹ Thuật.
9. Nguyễn Thị Tố Loan, Nguyễn Quang Hải (2014), “Nghiên cứu khả năng xúc tác phân hủy phenol đỏ của vật liệu nano ZnO pha tạp Ce và Mn”, Tạp chí phân tích
Hóa, Lý và Sinh học, 19(4), tr. 39 - 43.
10.Nguyễn Thị Tố Loan, Nuyễn Thị Vân Anh (2013), “Nghiên cứu tổng hợp oxit nano ZnO có pha tạp Ce bằng phương pháp đốt cháy gel”, Tạp chí Hóa học, 51(6), tr. 734 - 738.
12.Nguyễn Duy Phương (2006), Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của
màng mỏng trên cơ sở ZnO và khả năng ứng dụng của chúng, Luận án tiến sỹ,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
13.Trịnh Xuân Sén (2002), Điện Hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
14.Nguyễn Văn Tú, Bùi Văn Tài, Mai Văn Phước, Phạm Thị Phượng, Đỗ Bình Minh (2016), “Phân tích thành phần hóa học điện cực trong ắc quy bạc - kẽm UA - 150”,
Tạp chí Khoa học ĐHQG Hà Nội, khoa học tự nhiên và công nghệ, 32(4B), tr. 259
- 263.
15.Nguyễn Văn Tú, Mai Văn Phước (2014), “Ag2O/Graphen nano compozit sử dụng trong nguồn điện bạc - kẽm”, Tạp chí Hóa học, 52(6B), tr. 55 - 58.
TÀI LIỆU TIẾNG ANH
16. A. Fleischer, J. Lander, Zinc - Silver Oxide Batteries, John Wiley & Sons (1971), Electrochemical Energy Storage, Springer, New York.
17. A. H. Kiehne, Marcel Dekker (2000), Technology Batteries handbook, INC, New York and Basel.
18. A. P. Karpinski, B. Makovetski, S. J. Russell, J. R. Serenyi, D. C. Williams (1999), Silver-zinc: status of technology and applications, Journal of Power Sources, 80,
pp. 53 - 60.
19. Altintas Yildirim, Durucan (2010), Synthesis of zinc oxide nanoparticles elaborated by microemulsion method, Journal of Alloys Compounds, 506, pp. 944 - 949.
20. Aruna, S.T. and A.S.Mukasyan (2008), Combustion synthesis and nanomaterials,
Current Opinionin Solid Stateand Materials Science, 12(3 - 4), pp. 44 - 50.
21. Benhebal, H.C., Salomon, T., Geens, J. Leonard., A. Lambert., S.D. Crine., M. Heinrichs (2013), Photocatalytic degradation of phenol and benzoic acid using zinc oxide powders prepared by sol-gel process, Alexandria Engineering Journal, 52, pp. 517 - 523.
22. Bhushan, Bharat (Ed.) (2004), Springer Handbook of Nanotechnology, New Yord
23. Byrappa, K. and T. Adschiri (2007), Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, Hydrothermal technology for nanotechnology,
24. C. Klingshirn, J.F., H. Zhou, J. Sartor, C. Thiele, F. Maier-Flaig, D. Schneider, H. Kalt (2010), 65 years of ZnO research - old and very recent results, Physica Status
Solidi, 247, pp. 1424 - 1447.
25. Cao Z, Zhang Z (2011), Deactivation of photocatalytically active ZnO nanoparticle and enhancement of its compatibility with organic compounds by surface-capping with organically modified silica, Appl Surf Sci, 257, pp. 4151 - 4158.
26. Chenguang Wu, Hongxia Guo, Huaiyang Li., FanLi (2015), Influence of Ce doping on structure, morphology, and photocatalytic activity of three-dimensional ZnO superstructures synthesized via coprecipitation and roasting processes,
Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 229(2), pp. 66 - 73.
27. Dairong Chen, Xiuling Jiao, Gang Cheng (2000), Hydrothermal synthesis of zinc oxide powders with different morphologies, Solid State Commun, 113, pp. 363 - 366. 28. Dilek Ozgit, Pritesh Hiralal, and Gehan A. J. Amaratunga (2014), Improving Performance and Cyclability of Zinc-Silver Oxide Batteries by Using Graphene as a Two Dimensional Conductive Additive, ACS Applied Materials & Interfaces, 6,
pp. 20752 - 20757.
29. F. Achouri, S.C., L. Balan, K. Mozet, E. Girot, G. Medjahdi, M.B. Said, A. Ghrabi, R. Schneider, Mater. Des. (2016), Influence of different precursors and Mn doping concentrations on the structural, optical properties and photocatalytic activity of single-crystal manganese-doped ZnO, Journal of Iranian Chemical Society, 101,
pp. 309 - 316.
30. Fujishima, A. and K. Honda (1972), Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode, Article in Nature, 238(5358), pp. 37 - 38.
31. Garcia - Martinez J (2010), Nanotechnology for the Energy Challenge, Creat Britain. 32. Gouvea, C.A.K., et al. (2000), Semiconductor-assisted photocatalytic degradation
of reactive dyes in aqueous solution, ScienceDirect, 40(4), pp. 433 - 440.
33. Guldi D. M, Martin N (Eds) (2010), Carbon Nanotubes and Related Structures: Synthesis, Characterization Functionalization and Applications, New York. 34. Huibo Chen, Xiang Wu, Lihong Gong, Cai Ye (2009), Hydrothermally grown
ZnO micro/nanotube arrays and their properties, Nanoscale Res Lett, 5(3), pp.
35. J. S. K. Jindal (2013), Advanced Lightweight Torpedo Actuation System,
Technology Focus, Vol 21. No 6.
36. J.J. Macías-Sánchez, L. Hinojose-Reyes L, A. Caballero-Quintero, W. De La Cruz, E. Ruiz- Ruiz, A. Hernández-Ramírez, J.L. Guzmán-Mar (2015), Synthesis of nitrogen-doped ZnO by sol–gel method: characterization and its application on visible photocatalytic degra - dation of 2,4-D and picloram herbicides, Photochem
Photobiol Sci, 14(3), pp. 536 – 542.
37. Jae Myeong Lee, Changsoon Choi, Ji Hwan Kim, Moonica Jung de Andrade,Ray H. Baughman, Seon Jeong Kim (2018), Biscrolled Carbon Nanotube Yarn Structured Silver - Zinc Battery, Scientific Reports, 8, pp. 11150 – 11151.
38. Javed Iqbal, Xiaofan Liu, Huichao Zhu, Chongchao Pan, Yong Zhang, Dapeng Yu, and Ronghai Yu (2009), Trapping of Ce electrons in band gap and room temperature ferromagnetism of Ce4+ doped ZnO nanowires, Journal of Applied Physics, 106(8), pp. 083515 - 083516.
39. Jothi N.S. Nirmala, Gunaseelan R, Sagayaraj P (2012), Investigation on the synthesis, structural and optical properties of ZnO nanorods prepared under CTAB assisted hydrothermal conditions, Archives of applied science Research, 4(4), pp.
1698 - 1704.
40. K.C. Barick, S.S., M. Aslam, D. Bahadur (2010), Porosity and photocatalytic studies of transition metal doped ZnO nanoclusters, Microporous Mesoporous
Mater, 134, p.p. 195 - 202.
41. Kansal, S.K., M. Singh, and D. Sud (2007), Studies on photodegradation of two commercial dyes in aqueous phase using different photocatalysts, Journal of
Hazardous Materials, 141(3), pp. 581 - 590.
42. Kołodziejczak-Radzimsk. A. J. T., Krysztafkiewicz. A. (2010), Obtaining zinc oxide from aqueous solutions of KOH and Zn(CH3COO)2, Physicochemical
Problem of Mineral Processing, (44), pp. 93 - 102.
43. Kong J.Z, Li A.D, Li X.Y, Zhai H.F, Zhang W.Q. (2010), Photo-degradation of methylene blue using Ta-doped ZnO nanoparticle, Nanocale Research Letters, pp.
44. Liu N, Li W. Y, Pasta M, Cui Y. (2014), Nanomaterials for electrochemical energy storage, Frontiers of Physics, 9(3), pp. 323 - 350.
45. Liu R. S, Zhang L, Sun X. L, et al. (2011), Electrochemical Technologies for Energy Storage and Conversion, Wiley-VCH, Weinheim, pp. 1 - 43.
46. M. Rezaei, A.H.-Y. (2013), Microwave-assisted preparation of Ce-doped ZnO nanostructures as an efficient photocatalyst, Mater Lett, (110),pp. 53 - 56.
47. Manthiram M, Murugan A. V, Sarkar A, et al. (2008), Nanostructured electrode materials for electrochemical energy storage and conversion, Energy and Environmental Science, (1), pp. 621 - 638.
48. Mukasyan, A.S., P. Epstein, and P. Dinka (2007), Solution combustion synthesis of nanomaterials, Proceedings of the Combustion Institute, 31(2), pp. 1789 - 17901. 49. N. Kannadasan, N.S., S. Cholan, K. Sathishkumar, G. Viruthagiri, R. Poonguzhali
(2014), The effect of Ce4+ incorporation on structural, morphological and photocatalytic characters of ZnO nanoparticles, Mater. Charact, 97, pp. 37 - 46. 50. Nishio, J., et al. (2006), Photocatalytic decolorization of azo-dye with zinc oxide
powder in an external UV light irradiation slurry photoreactor, Journal of
Hazardous Materials, 138(1), pp. 106 - 115.
51. Park I, Lim Y, Noh S, Lee D, Meister M (2011), Enhanced photovoltaic performance of ZnO nanoparticle/poly (phenylenevinylene) hybrid photovoltaic cells by semiconducting surfactant, Org Electron, 12(3), pp. 424 - 428.
52. Pistoia G, Elselver (1994), Lithium-ion batteries, Tokyo.
53. R. He, R.K.H., T. Tsuzuki (2012), Local structure and photocatalytic property of sol–gel synthesized ZnO doped with transition metal oxides, Journal of Materials
Science, 47, pp. 3150 - 3158.
54. R. Saleh, N.F.D. (2014), Transition-metal-doped ZnO nanoparticles: synthesis, characterization and photocatalytic activity under UV light, Spectrochim Acta Part
A, 130, pp. 581 - 590.
55. RaoAN, Sadasivam (2009), Kinetic studies on the photocatalytic degradation of Direct Yellow12 in the presence of ZnO Catalyst, Journal of Molecular Catalysi A
Chemical, 306, pp. 77 - 81.
57. Robert W. Graham, Noyes Data Corpn (1978), Primary batteries, U.S.
58. Ruh Ullah, Joydeep Dutta (2008), Photocatalytic degradation of organic dyes with manganese - doped ZnO nanoparticles, Journal of Hazardous Materials, 156, pp.
194 - 200.
59. Sampa Chakrabrti, Binay K Dutta (2004), Photocatalytic degradation of model textiles dyes in waste- water using ZnO as semiconductor catalyst, Journal Hazardous
Material, 112, pp. 269 - 278.
60. Senay Sen Türkyılmaz, N.G., Mahmut Özacar (2017), Photocatalytic efficiencies of Ni, Mn, Fe and Ag doped ZnO nanostructures synthesized by hydrothermal method,
Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 341, pp. 39 - 50.
61. Shandilya, M., R. Rai, and J. Singh (2016), Review: hydrothermal technology for smar tmaterials, Advancesin Applied Ceramics, 115(6), pp. 354 - 376.
62. Sun, Xiujuan Li, Xueting Chang, Zhenjiang Li (2013), Synthesis of N-doped ZnO nanoparticles with improved photocatalytical activity, Ceramics International, 39,
pp. 5197 - 5203.
63. Takahashi, Kiyoshi; Yoshikawa, Akihiko; Sandhu, Adarsh (2007), Wide bandgap semiconductors: fundamental properties and modern photonic and electronic devices, Springer, Berlin.
64. Tesfay Welderfael, O.P.Y., Abi M. Taddesse and Jyotsna Kaushal (2013), Synthesis, Characterization and Photocatalytic Activities of Ag-N- Codoped ZnO Nanoparticles for Degradation of Methyl Red, Bullentin of Chemical Society
Ethiopia, 27(2), pp. 221 - 232.
65. Ullah S, Badshah A, Ahmed F, Raza R. (2011), Electrodeposited Zinc Electrodes for High Current Zn/AgO Bipolar Batteries, International Journal of Electrochemical Science, 6, pp. 3801 - 3811.
66. Wang Y, Zhang C, Bi S, Luo G (2010), Preparation of ZnO nanoparticles using the direct precipitation method inamembrane dispersion micro-structured reactor,
Powder Technol, 202, pp. 130 - 136.
67. Wang Z. L (2004), Zinc oxide nanostructures: growth, properties and application,
Jounal of Phys, 16, pp. 829 - 858.
ultrathin anodic aluminum oxide membrane by sol-gel method, Materials Leterst,
98, pp. 246 - 249.
69. Zhang Qiao Xin, Liu Hao, Wang Xin Hui (2009), Fabrication and characteriazation of nano silver powder preparared by spray pyrolysic, Journal of Wuhan university
of Technology matter, 24(6), pp. 195 - 200.
70. Zhi M, Xiang C, Li J, et al. (2013), Nanostructtured carbon-metal oxide composite electrodes for supercapacitors: A review, Nanoscale, 5, pp. 72 - 88.
71. Zhong, J.b., et al. (2012), Fabrication of Bi3+-doped ZnO with enhanced photocatalytic performance, Applied Surface Science, 258(11), pp. 4929 - 4933.
TÀI LIỆU WEB
72. Phương pháp phân tích ICP-MS; http://www.spectro.com/products/icp-ms- spectrometers; www.agilent.com.
73. Shafiq Ullah, Fiaz Ahmed, Amin Badshah, Ataf Ali Altaf, Ramsha Raza, Bhajan Lal, Rizwan (2013), Solvothermal Preparation of ZnO Nanorods as Anode Material for Improved Cycle Life Zn/AgO Batteries, Doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0075999.
74. V. Ruiz, A. Pfrang, A. Kriston, N. Omar, L. Boon-Brett (2017), A review of international abuse testing standards and regulations for lithium ion batteries in