Để nghiên cứu rõ và có nhiều thơng tin hơn về sự khác biệt trong cách thức Li+ ion vào và ra điện cực α-MnO2–Wh, 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 (Phương trình 3.3) để tính tốn lần lượt các hệ số khuếch tán (D) của ion Li+ trong điện cực α-MnO2–Wh.
Hình 3. 13. Đường cong CV ở các tốc độ quét khác nhau của điện cực α- MnO2 – Wh (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 –Wh thể hiện trên Hình 3.13a 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 tốn dựa vào hệ số góc (K) của đường tuyến tính IP và ν như trình bày trong Hình 3.13b là DWh = 1,8x10-8 cm2.s-1.
3.2.3. Dung lượng và hiệu suất Coulomb
Để lựa chọn màng dẫn kết hợp với vật liệu α-MnO2 để tạo ra điện cực ổn định với tuổi thọ cao và dung lượng pin cao, dung lượng và hiệu suất Coulomb của vật liệu α-MnO2 với 2 loại màng PP và Wh sau 100 chu kì phóng – sạc đã được xác định và trình bày trên Hình 3.14.
Hình 3. 14. Kết quả xác định dung lượng và hiệu suất Coulomb của điện cực α-MnO2 với hai loại màng PP và Wh
Hình 3.14 cho thấy dung lượng phóng/sạc của vật liệu α-MnO2 với hai loại màng dẫn Wh và PP khi ứng dụng làm điện cực anode cho pin Li-ion, cụ thể dung lượng sạc đạt 1584 mAh/g ở chu kì thứ nhất và 877 mAh/g ở chu kì thứ 100 (đối với màng dẫn Wh) và dung lượng sạc đạt 1511 mAh/g ở chu kì thứ nhất và 1390 mAh/g ở chu kì thứ 100 (đối với màng dẫn PP). Như quan sát trên Hình 3.14, từ chu kì thứ nhất trở đi, điện cực α-MnO2 – Wh có dung lượng giảm đều, trong khi đó sự biến đổi dung lượng của điện cực α-MnO2 – PP không ổn định. Điều này cho thấy, khi sử dụng vật liệu α-MnO2 làm điện cực anode cho pin Li-ion thì sử dụng màng dẫn Wh tốt hơn so với màng dẫn PP về độ ổn định, nhưng khi xét về dung lượng thì màng PP tốt hơn Wh. Tuy nhiên, khi sử dụng cả hai màng dẫn Wh và PP, đều cho hiệu suất Coulomb gần bằng 100%. Hiệu suất Coulomb là đại diện cho sự thuận nghịch của các phản ứng xảy ra bên trong điện cực khi pin hoạt động, hiệu suất luôn xấp xỉ 100% cho thấy rằng các phản ứng luôn thuận nghịch rất tốt, lượng Li+ và electron được ổn định không bị tiêu hao hay bị giữ lại trong cấu trúc của vật liệu điện cực trong quá trình phản ứng.
3.3. SO SÁNH DUNG LƯỢNG CỦA VẬT LIỆU 𝛼-MnO2 VỚI CÁC VẬT LIỆU KHÁC
Bảng 3.1 so sánh dung lượng của vật liệu α-MnO2 nanorods tổng hợp được so với một số vật liệu MnO2 khác. Kết quả cho thấy, vật liệu tổng hợp được có dung lượng cao hơn hẳn so với các vật liệu khác sau cùng một số chu kỳ khảo sát nhất định, đồng thời cao hơn so với dung lượng lý thuyết của MnO2 (1230 mAh g−1). Điều này cho thấy, vật liệu α-MnO2 nanorods được tổng hợp bằng phương pháp hóa học đơn giản và nhanh, có tiềm năng sử dụng làm điện cực anot cho pin Li-ion trong tương lai với dung lượng cao và độ bền tốt.
Bảng 3. 1. So sánh dung lượng bởi các vật liệu kết hợp với màng Wh và PP Vật liệu Vai trò Loại màng Life Cycle Mật độ dịng (mA/g)
Dung lượng chu kì đầu và cuối (mAh/g) TLTK -MnO2 Anot P.P 50 100 1570/439 [21] -MnO2 1366/369 -MnO2 nanorods Anot P.P 80 100 1095/813 [22] MnO2 Catot P.P 100 278/126 [24] Birnessite-
MnO2 flakes/C Anot Wh 150 100 1395/641 [32]
MnO2/C Anot P.P 1000 100 945/545 [33] MnO2/C/S Catot P.P 100 34 1061/698 [34] MnO2 nanorods Catot P.P 100 170 237,5/211,4 [35] MnO2 Anot Wh 240 50 730/650 [36] α-MnO2 nanorods/C Anot Wh 100 100 1584/877 Trong nghiên cứu này α-MnO2 nanorods/C Anot P.P 100 100 1511/1390 Trong nghiên cứu này