3.1.1. Hình thái học và đặc trƣng của Acetylene black các bon (AB)
Các bon đƣợc biết đến là vật liệu có độ dẫn điện cao, ổn định với môi trƣờng dung dịch điện ly nên nó hay đƣợc dùng làm chất phụ gia điện cực trong pin điện hóa. Có nhiều loại các bon khác nhau nhƣ Carbon nanofibers (CNFs) hoặc Carbon nanotube (CNT), Vapor Grown Cacbon fibers (VGCF), Graphite tự nhiên, Acetylene black (AB)…. Trong các pin thƣơng mại AB thƣờng đƣợc sử dụng làm chất phụ gia điện cực. Trong nghiên cứu này, AB của hãng Denki Kagaku đƣợc sử dụng làm phụ gia cho điện cực âm trong pin Fe/khí. Ảnh SEM của AB đƣợc thể hiện trên Hình 3.1. Các hạt AB có dạng hình cầu, kích thƣớc khoảng 100 nm tƣơng đối đồng nhất. Diện tích bề mặt thực tế của AB khoảng 68 m2/g và mật độ thực tế khoảng 2g/cm3. AB đƣợc sử dụng làm chất phụ gia một mặt để nâng cao độ dẫn điện của điện cực Fe3O4/C một mặt làm tăng khả năng chu trình hóa của điện cực sắt.
Hình 3.1: Ảnh SEM của AB 3.1.2. Hình thái học và đặc trƣng của Fe3O4 và Fe3O4/AB
Để khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt oxit sắt đến tính chất điện hóa của vật liệu Fe3O4, trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng loại vật liệu Fe3O4 có
kích thƣớc nano mét (nm-Fe3O4) của hãng Andrich và micro mét (µm-Fe3O4) của hãng Walko, Nhật Bản. Ảnh TEM mẫu nm-Fe3O4 và ảnh SEM mẫu µm-Fe3O4 đƣợc biểu diễn trên Hình 3.2 và Hình 3.3.
Ảnh TEM của mẫu nm-Fe3O4 trên Hình 3.2 cho thấy các hạt Fe3O4 có dạng hình cầu, khơng đồng đều, kích thƣớc tƣơng đối nhỏ, dƣới 100 nm. Trong khi đó ảnh SEM của mẫu Fe3O4 kích thƣớc micro mét trên Hình 3.3 lại cho thấy hình dạng hạt Fe3O4 không giống nhau và kích thƣớc hạt khơng đồng đều. Nó bao gồm các hình khối Fe3O4 với kích thƣớc từ vài trăm nano mét đến vài chục micro mét.
Hình 3.2: Ảnh TEM mẫu nm- Fe3O4
Kích thƣớc và hình dạng khác nhau của mẫu Fe3O4 nano mét và micro mét sẽ ảnh hƣởng đến tính chất điện hóa của vật liệu điện cực composit Fe3O4. Sự có mặt của AB trong điện cực Fe3O4 có kích thƣớc khác nhau sẽ ảnh hƣởng khác nhau đến tính chất điện hóa của điện cực Fe3O4/AB. Fe3O4 với kích thƣớc hạt nano mét đƣợc hy vọng sẽ làm tăng khả năng chu trình hóa và cải thiện dung lƣợng điện cực Fe3O4/AB.
Sau khi AB đƣợc nghiền trộn với bột µm- Fe3O4 và nm- Fe3O4 để tạo vật liệu điện cực µm- Fe3O4/AB và nm- Fe3O4/AB, mẫu đƣợc tiến hành chụp SEM, kết quả đƣợc thể hiện trên Hình 3.4.
(a)
(b)
Hình 3.4: Ảnh SEM của mẫu nm-Fe3O4/AB (a) µm-Fe3O4/AB (b)
Khi Fe3O4 đƣợc trộn với AB (Hình 3.4), độ dẫn điện của điện cực Fe3O4/AB sẽ đƣợc tăng lên. Kết quả ảnh SEM trên Hình 3.4 cho thấy khơng cịn
hình dạng đặc trƣng của hạt Fe3O4 nano mét và micro mét (Hình 3.1 và 3.2) chứng tỏ hạt Fe3O4 đƣợc bao quanh bởi AB tƣơng đối đồng đều. Cấu trúc nhƣ vậy sẽ làm tăng diện tích bề mặt vật liệu hoạt động điện hóa của oxit sắt và do đó làm tăng tốc độ phản ứng oxi hóa-khử của nó. Sự phân bố này sẽ giúp cải thiện khả năng chu trình hóa của điện cực sắt và nâng cao hiệu suất phóng - nạp của pin Fe/khí.