Phân tích thành phần hóa học điện cực trong ắc qui bạc - kẽm UA-150

Trong bài viết này, điện cực của ắc qui UA-150 được phân tích bằng các phương pháp phổ khối cộng hưởng từ plasma (ICP-MS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích phổ phân tán năng lượng tia X (EDS) và phương pháp phân tích Rơnghen (XRD). Các kết quả phân tích cho thấy, điện cực dương là bạc/bạc ôxít (99,90%), điện cực âm là kẽm ôxít (99,80%) và chất điện ly là 350 g/l KOH + 35 g/l ZnO có chứa chất phụ gia. Từ ảnh SEM cho thấy cả điện cực âm và điện cực dương là dạng bột, kích thước micron, các hạt mịn, đồng đều. Ngoài ra, chất điện ly chứa muối của Li, Mg, Ca và Hg làm chất phụ gia tăng cường khả năng phóng/nạp điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích thành phần hóa học điện cực trong ắc qui bạc - kẽm UA-150Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32, Số 4 (2016) 259-263Phân tích thành phần hóa học điện cựctrong ắc qui bạc - kẽm UA-150Nguyễn Văn Tú1,*, Bùi Văn Tài1, Mai Văn Phước1,Phạm Thị Phượng1, Đỗ Bình Minh21Viện Hoá học-Vật liệu, Viện Khoa học - Công nghệ Quân sự2Viện Công nghệ mới, Viện Khoa học - Công nghệ Quân sựNhận ngày 05 tháng 7 năm 2016Chỉnh sửa ngày 17 tháng 8 năm 2016; Chấp nhận đăng ngày 01 tháng 9 năm 2016Tóm tắt: Trong bài viết này, điện cực của ắc qui UA-150 được phân tích bằng các phương phápphổ khối cộng hưởng từ plasma (ICP-MS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích phổ phântán năng lượng tia X (EDS) và phương pháp phân tích Rơnghen (XRD). Các kết quả phân tích chothấy, điện cực dương là bạc/bạc ôxít (99,90%), điện cực âm là kẽm ôxít (99,80%) và chất điện lylà 350 g/l KOH + 35 g/l ZnO có chứa chất phụ gia. Từ ảnh SEM cho thấy cả điện cực âm và điệncực dương là dạng bột, kích thước micron, các hạt mịn, đồng đều. Ngoài ra, chất điện ly chứamuối của Li, Mg, Ca và Hg làm chất phụ gia tăng cường khả năng phóng/nạp điện.Từ khoá: Ắc qui bạc-kẽm; điện cực bạc, điện cực ZnO, chất điện ly.yếu liên quan đến công nghệ chế tạo điện cựcâm - kẽm ôxít/kẽm [2]. Hiện nay chủng loạinguồn điện này ở nước ta đã và đang sử dụngmột số chủng loại ắc qui bạc-kẽm chủ yếu phụcvụ quốc phòng và ngành hàng không, như cácloại ắc qui bạc- kẽm UA -150 Ah, XY-150 Ah,hoặc CЏM-45 làm nguồn khởi động cho cáctrang thiết bị quân sự. Các loại nguồn này đềusử dụng chế độ phóng dòng cao (dòng ở chế độ3 ÷ 5 C), số chu kỳ sử dụng thấp, từ 10 - 25 chukỳ, thời gian bảo quản 5 năm (khi chưa đổ điệndịch), khi đổ điện dịch, thời gian bảo quản 3-5tháng. Nguyên nhân xuống cấp, hư hỏng loại ắcqui này chủ yếu do sự ăn mòn điện cực kẽm, cũngnhư quá trình tạo cácbonát hóa điện cực kẽm, gâycong vênh, đoản mạch, thậm chí nứt vỡ vỏ bình ắcqui trong quá trình bảo quản [2, 5].Để góp phần công tác nghiên cứu và địnhhướng công nghệ chế thử loại ắc qui bạc-kẽmnày, trong bài báo này chúng tôi trình bày cáckết quả phân tích thành phần hóa học điện cực1. Mở đầu∗Do có khả năng vượt trội về độ dẫn điện vàkhả năng phóng điện với dòng lớn, nguồn điệnhoá học hệ bạc - kẽm đã được sử dụng rỗng rãitrong lĩnh vực kỹ thuật công nghệ nói chung vàquân sự nói riêng, được thiết kế dưới dạng pindự trữ hoặc ắc qui [1-2].Những điểm ưu việt của hệ nguồn này là: Dunglượng riêng, mật độ dòng phóng cao; hệ số antoàn cao; cung cấp điện thế ổn định và có thểlàm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp (-200C), chonên đã khỏa lấp những hạn chế về giá thành cao(do giá thành bạc cao). Loại nguồn này cho phépphóng điện với dòng vài trăm mili ampe, tới vàitrăm ampe, thời gian làm việc kéo dài [3].Nhược điểm của ắc qui bạc - kẽm là số chukỳ thấp, nhanh xuống cấp. Nguyên nhân chủ_________∗Tác giả liên hệ. ĐT.: 84-989939268Email: nguyenvantu882008@yahoo.com259260N.V. Tú và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32, Số 4 (2016) 259-263âm, điện cực dương và chất điện ly của ắc quiUA-150, sau khi đã sử dụng.Thực nghiệmChất điện ly của ắc qui được pha loãng 10lần và tiến hành phân tích theo phương phápphổ khối cộng hưởng từ plasma (ICP-MS) trênmáy Agilent 7900 ICP-MS (Cananda), tại Việncông nghệ mới, Viện Khoa học-Công nghệquân sự. Các mẫu điện cực được phân tíchbằng SEM-EDS trên máy S4800-Hitachi (NhậtBản), tiến hành phân tích theo phương phápICP-MS, phân tích cấu trúc tinh thể bằngphương pháp phân tích Rơnghen trên máyBruker D5005 (Đức). Chuẩn bị mẫu dung dịchcho phương pháp phân tích ICP-MS được tiếnhành như sau: 1 gam mẫu điện cực được cântrên cân phân tích Shimadzu AUW-120D, sauđó hòa tan trong dung dịch 10 ml HNO3 đậmđặc, đến tan hoàn toàn, pha loãng thành 1000ml, sử dụng làm mẫu phân tích. Các mẫu sửdung cho phương pháp phân tích ICP-MS đượcchỉnh pH về môi trường axít nhẹ (pH= 2-3)bằng axít HNO3 (5%). Trong buồng thiết bị củamáy ICP-MS 7900 có thiết kế buồng va chạmđể loại bỏ ảnh hưởng trùng khối. Ngoài ra thiếtbị có dung dịch hiệu chỉnh Tune riêng, thườngđược chạy sau 2 tuần sử dụng thiết bị hoặc 200mẫu đo/lần. Riêng phân tích xác định Hg bằngđường chuẩn riêng, không sử dụng đường nộichuẩn. Độ nhạy của thiết bị là 0,001 mg/l [6].2. Kết quả và thảo luận2.1. Chụp ảnh SEM điện cực và phân tích EDSKết quả chụp ảnh hiển vi các điện cực âmvà dương của ắc qui UA-150 được cho ở trênhình 1, 2. Trên hình 1a, 2a cho thấy cả điện cựcâm và dương đều có dạng bột, kích thước cỡmicrô mét, kích thước hạt đồng đều và mịn.Hình 1. Ảnh SEM (a) và phổ EDS (b) của điện cực dương.Hình 2. Ảnh SEM (a), phổ EDS (b) của điện cực âm.N.V. Tú và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32, Số 4 (2016) 259-263Bảng 1. Kết quả phân tích EDS điện cực dươngNguyên tốOZnNCNaTổng cộng% khối lượng % nguyên tử22,4046,5668,4034,791,904,502,717,514,596,64100,0100,0Bảng 2. Kết quả phân tích EDS điện cực âmNguyên tố % khối lương % nguyên tửAg74,7331,66O12,6436,2Al0,330,56N2,979,68Ca0,800,91C4,9418,81Si0,460,76Zn0,910,64Cd2,080,84U0,130,03Tổng cộng100,0100,0Hình 1(b), 2(b) (chi tiết xem ở bảng 1, 2),chỉ ra kết quả phân tích EDS mẫu vật liệu điệncực dương và âm tương ứng.Từ kết quả EDS thành phần hóa học bề mặtcác điện cực được chỉ rõ, điện cực dương chủyếu là bạc/bạc ôxít (Ag2O), điện cực âm làZnO, có thêm cácbon có thể do nhiễm cácbonát trong quá trình bảo quản.2.2. Phân tích ICP-MS dung dịch chất điện ly,vật liệu điện cựcKết quả phân tích thành phần hóa học chấtđiện ly, điện cực dương-bạc/bạc ôxít, điện cựcâm- kẽm/kẽm ôxít được cho ở bảng 3.Từ kết quả phân tích trên cho thấy, thànhphần dung dịch điện ly, cấu trúc điện cực âm,có chứa các chất chống thụ động, cũng như cácphụ gia ổn định cho các quá trình phóng nạp.Các thành phần này kh ...