Nghiên cứu quá trình đan cài ion Na+ vào cấu trúc olivine LiFePO4

Nghiên cứu tập trung khảo sát cấu trúc tinh thể, hình thái và tính chất điện hóa của vật liệu olivine LiFePO4 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt, sau quá trình oxy hóa điện hóa và sau khi đan cài ion Na+. Cấu trúc và hình thái vật liệu được khảo sát bằng các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán xạ Raman. Kết quả thu được từ phương pháp Rietveld Refinement từ giản đồ XRD của LiFePO4 cho hệ số χ2 nhỏ (2,32%), điều này chứng tỏ cấu trúc của vật liệu này được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt sạch, không có tạp chất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu quá trình đan cài ion Na+ vào cấu trúc olivine LiFePO4 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(1):46- 54 Nghiên cứu Nghiên cứu quá trình đan cài ion Na+ vào cấu trúc olivine LiFePO4 Nguyễn Hoàng Anh1 , Lê Phạm Phương Nam1 , Huỳnh Lê Thanh Nguyên1,∗ , Trần Văn Mẫn1,2 , Lê Mỹ Loan Phụng1,2 TÓM TẮT Trong the´ˆ kỷ 21, pin sạc chính là chìa khóa trong các hoạt động của xã hội hiện đại do có khả năng ứng dụng từ các thie´ˆ t bị dị động (điện thoại di động, máy tính xách tay…) đe´ˆ n các ứng dụng công nghiệp như (xe điện, xe lại điện hay lưới điện thông minh). Trong số các loại pin sạc, pin sạc Li-ion (LIBs) được xem như là loại pin sạc tốt nhất do có mật độ năng lượng và công suất cao. Pin sạc Na-ion (SIBs) có thể được xem như là ứng viên tiềm năng bên cạnh pin sạc Li-ion. Hai loại pin sạc LIBs và SIBs có cùng nguyên lý hoạt động với sự đan cài thuận nghịch ion Li+ hay Na+ vào trong cấu trúc vật liệu điện cực dương và vật liệu điện cực âm trong quá trình hoạt động. Nghiên cứu tập trung khảo sát cấu trúc tinh thể, hình thái và tính chất điện hóa của vật liệu olivine LiFePO4 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt, sau quá trình oxy hóa điện hóa và sau khi đan cài ion Na+ . Cấu trúc và hình thái vật liệu được khảo sát bằng các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán xạ Raman. Ke´ˆ t quả thu được từ phương pháp Rietveld Refinement từ giản đồ XRD của LiFePO4 cho hệ số χ 2 nhỏ (2,32%), điều này chứng tỏ cấu trúc của vật liệu này được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt sạch, không có tạp chất. Ke´ˆ t quả ảnh SEM cho thấy vật liệu tổng hợp có kích thước hạt đồng đều, với kích thước hạt phân bố ở cấp độ micromet. Vật liệu LiFePO4 được nghiên cứu khả năng đan cài ion Na+ vào cấu trúc sau quá trình oxy hóa điện hóa với tốc độ C/20. Ke´ˆ t quả phân tích tính chất phóng-sạc cho thấy dung lượng riêng cao nhất đạt 80 mAh/g. Ke´ˆ t quả ex-situ XRD cho thấy cấu trúc khung FePO4 được duy trì ổn định trong quá 1 trình di chuyển thuận nghịch của ion Na+ với dung lượng riêng đạt 73 mAh/ g trong 30 chu kỳ. Phòng thí nghiệm Hóa Lý Ứng dụng, Từ khoá: đan cài Na+, oxy hóa điện hóa, olivine LiFePO4, phóng sạc dòng cố định Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên (ĐHQG-HCM) 2 Bộ môn Hóa Lý, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên GIỚI THIỆU ~3,5 V ( vs. Li+ /Li). Cấu trúc của khung FePO4 có (ĐHQG-HCM) Vật liệu LiFePO4 đang thu hút rất nhiều sự chú ý của độ bền cao do sự ổn định của liên ke´ˆ t P–O nên quá Liên hệ các nhà nghiên cứu và sản xuất pin sạc Li-ion bởi vì trình di chuyển của ion Li+ không làm bie´ˆ n đổi cấu Huỳnh Lê Thanh Nguyên, Phòng thí chi phí thấp cũng như ít độc hại gây tác hại đe´ˆ n môi trúc vật liệu 11 . nghiệm Hóa Lý Ứng dụng, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên trường 1,2 . So với vật liệu thương mại LiCoO2 , vật liệu Trong những năm gần đây, một trong những hướng (ĐHQG-HCM) LiFePO4 có các ưu điểm nổi trội hơn như: độ ổn định tie´ˆ p cận mới chính là tìm hiểu quá trình đan Email: hltnguyen@hcmus.edu.vn nhiệt, tuổi thọ cao, vùng nhiệt độ hoạt động rộng (từ cài ion Na+ thay cho Li+ trên các vật liệu đan Lịch sử -20 ◦ C đe´ˆ n 70 ◦ C). Bên cạnh các ưu điểm hiện có, vật cài Li+ truyền thống như LiNi1/3 Mn1/3 Co1/3 O2 12 , • Ngày nhận: 04-12-2018 liệu này còn tồn tại một số các nhược điểm cần phải MnO2 13 , V2 O5 14,15 …nhằm mục đích ứng dụng các • Ngày chấp nhận: 26-3-2019 khắc phục như: độ dẫn điện kém (10−10 S/ cm), độ họ vật liệu truyền thống này trong the´ˆ hệ pin sạc mới– • Ngày đăng: 30-3-2019 ...