1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, năng lượng là vấn đề nóng bỏng đối với mọi quốc gia trên toàn thế giới. Xã hội càng phát triển, mức tiêu thụ năng lượng theo đầu người ngày càng gia tăng với thời gian. Dân số thế giới gia tăng không ngừng, mức tiêu thụ lớn và tăng quá nhanh trong khi nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt đang đẩy thế giới vào một sự khủng hoảng trầm trọng về năng lượng. Trong bối cảnh thế giới đang phải đối mặt với nhiều vấn đề môi trường, biến đổi khí hậu, khủng hoảng năng lượng, suy thoái kinh tế, vấn đề khai thác và sử dụng có hiệu quả các nguồn năng lượng, đặc biệt là năng lượng sạch được xem như là giải pháp khả thi và có tính thực tiễn trước mắt cũng như lâu dài. Bên cạnh đó, chiến lược cho sự phát triển bền vững trong tương lai cần hướng đến đa dạng hóa cấu trúc năng lượng, nhất là ưu tiên cho các nguồn năng lượng tái sinh được, vừa sạch, vừa sẵn có từ thiên nhiên. Vào cuối thế kỉ thứ 18, than đá trở thành một trong những tài nguyên thiên nhiên có nhu cầu lớn nhất. Kết quả diễn tiến theo thời gian là sự công nghiệp hóa quy mô lớn, đô thị hóa và di động hóa, cùng với đó là sự ô nhiễm môi trường do bồ hóng, bụi, tro, khí thải và một lượng lớn khí CO 2 đã gây ra hiệu ứng nhà kính. Trong thế kỉ 20, dầu mỏ trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất. Trên hết thảy, nó đóng vai trò là nhiên liệu cho các động cơ đốt trong đã cách mạng hóa ngành giao thông, sản xuất và cuộc sống hàng ngày. Tiêu chuẩn sống ngày càng cao của hàng triệu con người dựa trên sự tiêu thụ năng lượng đang mạnh dần. “Các xã hội năng lượng cao” đã xuất hiện. Tuy nhiên, các nguồn năng lượng hóa thạch này là có hạn, hơn nữa khí thải khi sử dụng chúng cũng gây ô nhiễm cho môi trường. Hiện nay và trong tương lai, việc khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng sạch như năng lượng gió và năng lượng Mặt Trời được đặc biệt quan tâm. Tuy nhiên các dạng năng lượng này thường không liên tục vì vậy để có thể sử dụng 2 chúng một cách thực sự hữu ích thì các năng lượng này cần phải được tích trữ dưới dạng điện năng nhờ các thiết bị như pin, ắcquy nạp lại được hoặc các loại tụ điện. Trong vài thập kỷ qua, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ hiện đại, đặc biệt là công nghệ điện tử dẫn đến sự ra đời hàng loạt các thiết bị không dây (máy tính xách tay, điện thoại di động, các thiết bị vũ trụ, hàng không, ). Để đảm bảo các thiết bị hoạt động được tốt cần phải có những nguồn năng lượng phù hợp, có dung lượng lớn, hiệu suất cao, có thể dùng lại nhiều lần và đặc biệt là gọn nhẹ và an toàn. Đây là mục tiêu hướng tới trong các nghiên cứu chế tạo các loại pin ion nạp lại được, đặc biệt là các loại pin ion dạng toàn rắn. Hiện nay có 3 loại pin đã và đang được dùng phổ biến, đó là: pin Nickel − Cadmium (NiCd), pin Nickel Metal Hydride (NiMH), pin liti và ion liti. Pin ion liti có dung lượng lớn, điện thế hoạt động cao, hiện đang là loại pin phổ biến nhất, nó xuất hiện hầu hết trên các mẫu điện thoại, máy tính xách tay, máy nghe nhạc, máy ảnh, PDA phone… Pin ion liti đã được tạp chí Automobile bình chọn là công nghệ của năm 2010. Có thể nói đến 90 % các thiết bị di động hiện nay đều dùng loại pin này do nhiều ưu điểm so với NiCad và NiMH, ví dụ như: - Nhẹ: Chúng thường nhẹ hơn so với các loại pin sạc cùng dung lượng. Điện cực âm của pin ion liti được làm bằng liti hoặc cacbon hoặc các hợp chất có khả năng tích/thoát liti. Liti là một nguyên tố phản ứng mạnh, có nghĩa là nó có khả năng lưu trữ năng lượng lớn. Điều này có nghĩa mật độ năng lượng của pin ion liti rất cao. Một cách để hình dung rõ hơn về điều này: Pin ion liti có thể lưu trữ 150 Wh trong 1 kg của pin, trong khi pin NiMH có khả năng lưu trữ dưới 100 Wh/kg. Còn đối với ắc quy chì − axit thì con số dừng lại ở 25 Wh/kg. Đó là một sự khác biệt rất lớn. - Hao phí thấp: Pin ion liti chỉ mất khoảng 5 % năng lượng mỗi tháng, so với 20 % của pin NiMH. - Không bị “hiệu ứng nhớ”: Có nghĩa là chúng ta không phải dùng hết sạch trước khi nạp như với một số pin hóa học khác. 3 Bên cạnh đó, hiện nay, pin ion liti cũng tồn tại một số hạn chế nguyên nhân do hoạt tính hóa học mạnh của liti kim loại nên đòi hỏi công nghệ chế tạo cao, giá thành sản phẩm đắt và đặc biệt là độ an toàn không cao. Vì vậy mặc dù rất phổ biến, nhưng pin ion liti vẫn nhận được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học. Ở Việt Nam, hướng nghiên cứu về vật liệu và linh kiện pin ion cũng đã được quan tâm nghiên cứu ở một số cơ sở như Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, vv và đã đạt được một số kết quả ban đầu, ví dụ: đã chế tạo thành công vật liệu rắn dẫn ion Li + ngay tại nhiệt độ phòng LiLaTiO 3 và bước đầu thử nghiệm chế tạo pin ion toàn rắn [3], [19], [20]. Tuy nhiên dung lượng của loại pin này còn nhỏ, một phần vì độ dẫn ion chưa cao, mặt khác các vật liệu điện cực catốt sử dụng vật liệu LiMn 2 O 4 và anốt SnO 2 chưa được nghiên cứu đầy đủ. Gần đây vật liệu SnO 2 là một vật liệu anốt đầy hứa hẹn cho các ứng dụng pin ion liti nhằm tăng hiệu suất hoạt động của pin ion liti trong các thiết bị điện tử di động và tiến tới mở rộng sử dụng trên các phương tiện vận chuyển chạy điện và Hybrid. Trên cơ sở đó tôi đặt ra vấn đề “Nghiên cứu chế tạo, khảo sát các tính chất đặc trưng của vật liệu làm anốt cho pin ion liti trên cơ sở hợp chất SnO 2 ”. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, chế tạo điện cực anốt có khả năng tích trữ tốt ion Li + trên cơ sở ôxit SnO 2 . - Khảo sát các đặc trưng cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu điện cực anốt chế tạo được. - Khảo sát sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ chế tạo vật liệu, điện cực tới các đặc trưng tiêm/thoát của điện cực anốt. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu điện cực anốt trên cơ sở ôxit SnO 2 . - Khảo sát đặc trưng cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu chế tạo được. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Vật liệu điện cực anốt trên cơ sở ôxit SnO 2 . 4 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được sử dụng chủ đạo là thực nghiệm. - Vật liệu được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn kết hợp với nghiền bi năng lượng cao. - Điện cực được chế tạo bằng phương pháp phủ trải. - Các đặc trưng cấu trúc được nghiên cứu bằng các phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM). - Các tính chất điện hóa được nghiên cứu trên hệ điện hoá Autolab bằng phép đo phổ điện thế quét vòng (Cyclic Voltammetry), phổ phóng nạp dòng không đổi. 6. Dự kiến đóng góp mới - Tìm ra phương pháp chế tạo vật liệu điện cực anốt trên cơ sở ôxit SnO 2 có khả năng tiêm thoát ion Li + tốt. - Thử nghiệm ứng dụng vật liệu chế tạo được làm điện cực anốt cho pin ion Li + , xác định các thông số đặc trưng cho khả năng tiêm/thoát ion liti: thế điện hóa, dung lượng. - Với việc nhận được kết quả mới, có tính hệ thống về một lĩnh vực nghiên cứu cơ bản có định hướng ứng dụng thuộc chuyên ngành Khoa học Vật liệu. Góp phần đẩy mạnh một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực ion học chất rắn. 5 NỘI DUNG Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂM CHO PIN ION LITI 1.1. Pin liti 1.1.1. Một vài nét về nguồn điện hóa mới Công nghệ chế tạo pin thứ cấp có khả năng nạp lại (ắcquy) đã tiến một bước dài, các ắcquy cổ điển sẽ được thay thế dần bằng hàng loạt các loại ắcquy tân tiến trên cơ sở vật liệu và nguyên lý mới. Trong các loại pin thứ cấp đã được nghiên cứu và thương phẩm hóa thì pin liti và ion liti có nhiều đặc tính tốt hơn các loại pin cùng chủng loại như pin NiCd, NiMH, Pb-Acid, Điện thế của pin liti và ion liti có thể đạt trong khoảng 2,5 V đến 4,2 V, gần gấp ba lần so với pin NiCd hay pin NiMH, do vậy cần ít đơn vị cấu tạo hơn cho một pin. Các điểm thuận lợi chính khi sử dụng pin liti và ion liti là thời gian hoạt động lâu hơn, tốc độ nạp nhanh hơn, thể tích nhỏ hơn so với pin NiCd và NiMH (30 ÷ 50) %, dung lượng phóng cao hơn, không có hiệu ứng “nhớ” như pin NiCd, tỉ lệ tự phóng khi không sử dụng nhỏ chỉ khoảng 5 % trong một tháng so với (20 ÷ 30) % của pin NiCd [10]. Pin liti là nguồn điện của thế kỷ XXI vì tính ưu việt hiếm có của nó. Liti là kim loại kiềm còn trữ lượng lớn trong tự nhiên, có mật độ tích trữ năng lượng lớn nhất so với các kim loại khác (3860 Ah/kg), có hoạt tính điện cực đứng đầu dãy điện thế (∆Ф Li/Li+ = −3,01 V) và là một kim loại rất nhẹ (D = 0,5 g/cm 3 ). Nguồn điện liti có điện thế hở mạch từ 3 V đến 5 V, chưa từng có trong các nguồn điện hóa trước nó. Các công trình nghiên cứu về pin ion liti bắt đầu từ những năm 1912 bởi G. N. Lewis nhưng bị gián đoạn cho tới những năm 1970 khi mà loại pin thương phẩm đầu tiên sử dụng liti không có khả năng nạp lại được sản xuất [4]. Những nghiên cứu sau đó nhằm cải thiện khả năng nạp lại của loại pin trên vào những năm 1980 đều không thành công do các yêu cầu an toàn khi sử dụng không được đảm bảo 6 (Liti là kim loại có hoạt tính mạnh, dễ bị cháy nổ). Do vậy, các pin dựa trên cơ sở liti kim loại có khả năng chế tạo ở dạng dung lượng nhỏ, song chưa vượt qua được trở ngại về độ an toàn trong quá trình làm việc. Thay vào đó trên thị trường hiện tại đang phát triển loại pin ion liti. Người ta cho rằng sự thống trị thị trường của pin ion liti sẽ tiếp tục ít nhất một thập kỷ nữa, vì hiện tại chưa có một giải pháp thay thế nào có thể cạnh tranh với tính linh hoạt của pin ion liti trong việc cung cấp năng lượng cho thiết bị di động và xách tay và là bước đệm cho các nguồn cung cấp năng lượng không liên tục như năng lượng gió và năng lượng Mặt Trời [2]. Tuy nhiên, để tiếp tục giữ được vị trí số 1 của mình, pin ion liti đòi hỏi phải sản ra mật độ năng lượng lớn hơn nhiều so với các phiên bản hiện tại, gia tăng sự an toàn, giá thành phải rẻ hơn. Để đạt được một sự cải thiện đáng kể về mật độ năng lượng thì cả hai nguyên liệu anốt và catốt sẽ cần phải cải thiện [1]. 1.1.2. Pin liti Li-Metal Loại pin này được phát triển gần đây, có mật độ năng lượng là 140 Wh/kg và mật độ năng lượng thể tích là 300 Wh/lit. Các pin liti thường có cấu trúc nhiều lớp (Hình 1.1a), như: CC 1 │ Li │ IC │ IS │ CC 2 Trong đó: - CC 1 , CC 2 là các tiếp điện bằng kim loại; - IC là lớp điện ly (dẫn ion Li + ) thường là muối LiClO 4 pha trong dung dịch PC (Propylene Carbonate); - IS là lớp tích trữ ion đóng vai trò điện cực dương (catốt); - Li là lớp liti kim loại đóng vai trò điện cực âm (anốt). Hình 1.1. Pin liti: a) Cấu hình tổng quát; b) Khi pin phóng điện. 7 Quan tâm lớn của loại pin này là chọn vật liệu catốt. Hiện tại các vật liệu catốt gần như chỉ giới hạn bởi ba đối tượng: LiCoO 2 , LiNiO 2 và LiMn 2 O 4 [4], [10]. Vì các vật liệu này có khả năng giải phóng ion Li + tại điện thế cao. Trong quá trình phóng điện, các ion Li + dịch chuyển về catốt xuyên qua lớp điện ly dẫn ion Li + và điền vào catốt, lớp này thường được chế tạo từ các chất chứa Li + như LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 hoặc V 2 O 5 . Đồng thời, các điện tử chuyển động trong mạch ngoài thông qua điện trở tải (Hình 1.1b). Sức điện động được xác định bởi sự khác nhau của thế điện hóa giữa liti trong anốt và liti trong catốt. Khi nạp điện cho pin, điện thế dương đặt trên catốt làm cho ion liti thoát khỏi điện cực này. Nếu quá trình tiêm/thoát ion trên các điện cực là thuận nghịch, các pin liti có số chu kỳ phóng nạp cao. Một đặc điểm trở ngại của pin liti là quá trình nạp điện sinh ra liti kim loại kết tủa trên nền anốt liti thụ động hóa khiến nó không còn được bằng phẳng mà phát triển gồ ghề tạo ra tinh thể dạng cây (dendrite). Quá trình như vậy dẫn đến đoản mạch, sinh nhiệt, bốc cháy và phá hủy pin. Hơn nữa, do liti kim loại có tính hoạt hóa mạnh, bốc cháy khi gặp nước, không bảo đảm an toàn cho người sử dụng. Vì kim loại Li dễ bốc cháy trong môi trường có độ ẩm > 0,05 %, cho nên công nghệ chế tạo rất phức tạp, độ an toàn không cao trong quá trình làm việc. 1.1.3. Pin ion Li Vấn đề an toàn khi sử dụng của pin liti kim loại đã và đang được tập trung nghiên cứu giải quyết. Có nhiều phương án được đưa ra nhằm thay thế anốt liti kim loại tinh khiết, có hoạt tính hóa học mạnh, bằng các vật liệu có khả năng tích trữ ion Li + hoặc sử dụng các vật liệu dẫn ion mới tương thích hơn với liti. Khi đó, pin có cấu hình như sau: CC 1 │ IS 1 │ IC │ IS 2 │ CC 2 Trong đó, IS 1 và IS 2 là hai lớp tích trữ ion liti. Trong các chu kỳ lặp lại, Li + tiêm/thoát vào/ra khỏi các lớp tích trữ ion. Các pin có cấu hình như vậy được gọi là pin “ghế xích đu” (rocking chair) hay pin ion liti. 8 Pin ion Li là nguồn tích trữ năng lượng có thể nạp lại nhiều lần, hiện đang được quan tâm nghiên cứu, ứng dụng trong hầu hết các hệ sử dụng nguồn năng lượng tiên tiến, cho các linh kiện, thiết bị điện tử từ nhỏ đến lớn. Thí dụ, các sensor khí, các mạch tổ hợp cũng như các xe điện hoặc các thiết bị điện tử dân dụng, trong các thiết bị sách tay, đặc biệt là máy tính loại nhỏ và điện thoại di động. Pin ion Li có điện áp tương đối cao, đạt 3,6 V. Vì vậy loại này chỉ cần dùng với số lượng ít là có thể đạt được điện áp cần thiết. Mật độ năng lượng cao hơn ắcquy NiMH khoảng 50 %, số lần phóng nạp trên 1400 chu kỳ. Với thành tựu đầy ấn tượng này, pin ion Li đã chiếm lĩnh thị trường thiết bị điện tử. Hình 1.2 mô tả quá trình xảy ra trong pin ion Li với điện cực dương là hợp chất của liti (Li 1-x MO 2 ), điện cực âm là graphit liti hóa (Li x C). Trong quá trình nạp, vật liệu điện cực dương bị ôxi hóa còn vật liệu điện cực âm bị khử. Trong quá trình này, các ion liti thoát ra khỏi điện cực dương, dịch chuyển qua chất điện ly và tiêm vào vật liệu điện cực âm, như mô tả bởi các phương trình (1.1), (1.2) và (1.3). Hình 1.2. Mô hình điện hóa của pin ion Li. 9 Điện cực dương: n p 2 1 x 2 phóng LiMO Li MO xLi xe         Â (1.1) Điện cực âm: n p x phóng C xLi xe Li C         Â (1.2) Tổng thể: n p 2 1 x 2 x phóng LiMO C Li MO Li C        Â (1.3) Trong các phương trình này, LiMO 2 ký hiệu vật liệu điện cực dương ôxit kim loại, thí dụ LiCoO 2 . Còn C vật liệu điện cực âm cacbon, thí dụ là graphit. Quá trình ngược lại xảy ra trong khi pin phóng điện: các ion liti tách ra từ âm cực, dịch chuyển qua chất điện ly và tiêm vào giữa các lớp trong điện cực dương. Các quá trình phóng và nạp của pin ion liti không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của các vật liệu điện cực. Việc không sử dụng liti kim loại làm điện cực âm có thể giảm thiểu phản ứng hóa học trong pin, do đó, độ an toàn và tuổi thọ của pin lớn hơn so với các pin liti sử dụng điện cực âm chứa liti kim loại. Pin ion liti cấu tạo từ các lớp chất rắn được gọi là pin ion liti rắn. Nhờ việc sử dụng các vật liệu tích trữ ion và các chất điện ly rắn, pin ion liti rắn ra đời được coi là bước ngoặt của nguồn điện nhỏ có mật độ năng lượng lớn. Bằng các kỹ thuật khác nhau lớp này được phủ lên lớp kia. Thí dụ, sử dụng kỹ thuật chế tạo màng, các lớp này lần lượt được lắng đọng để tạo thành pin siêu mỏng dạng rắn có độ dày chỉ vào khoảng vài micro-met. Các pin ion liti rắn có nhiều ưu điểm như độ an toàn cao, không độc hại, dải nhiệt độ làm việc rộng, và đặc biệt có thể chịu được xử lý ở nhiệt độ cao (trên 250 o C). Tuy nhiên, việc sử dụng các pin này hiện nay còn bị hạn chế, trước hết là do chu kỳ phóng nạp thấp, giá thành cao. Nguyên nhân chính làm cho số chu kỳ phóng nạp thấp là: Quá trình phân cực tại catốt tăng nhanh theo chu kỳ phóng nạp; Quá trình giảm phẩm chất của chất điện ly theo chu trình làm việc và sự hình thành 10 các tinh thể nhánh cây bên trong hệ: trên bề mặt anốt, catốt và trong chất điện ly. Để khắc phục các yếu tố ảnh hưởng trên cần phải tiến hành nghiên cứu sâu hơn về các vật liệu mới sử dụng làm điện cực tích trữ và chất dẫn ion phù hợp hơn. 1.2. Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa của vật liệu điện cực âm 1.2.1. Vật liệu tích trữ ion (đan xen Li) Họ vật liệu tích trữ ion được hình thành bằng phương pháp tổng hợp pha rắn hoặc các phương pháp đặc biệt khác trên cơ sở thâm nhập các tiểu phần tử (ion, phân tử) “khách” do có kích thước nhỏ đi vào một hợp chất rắn “chủ” mà trong cấu trúc mạng lưới tồn tại những vị trí trống. Có thể minh họa sự hình thành hợp chất chủ - khách bằng mô hình sau: Ký hiệu: chỉ tiểu phần tử là ion hoặc phân tử khách. chỉ vị trí trống trong cấu trúc chủ. chỉ chiều vào/ra (chiều tích/thoát) của ion. Về nguyên tắc, sự vào/ra của các tiểu phần tử khách trong cấu trúc chủ là không tự xảy ra. Thật vậy, ngay cả khi tiểu phần tử là ion cũng có kích thước đáng kể, hơn nữa lại mang điện tích nên khi có mặt trong ô trống (vị trí trống, đường hầm, kênh, xen lớp, ) có thể dẫn đến tương tác hóa trị, thay đổi liên kết mạng lưới ở mức độ nhiễu loạn. Tuy nhiên, đặc thù của hợp chất đan xen Li là dưới tác dụng của gradient thế hóa học, thế điện hóa, quá trình tích/thoát ion vào mạng rắn (cũng có thể gọi là khuếch tán) diễn ra chậm nên không có sự phá vỡ cấu trúc. Do đó, quá trình cài/khử cài có thể xem như đi qua một loạt các trạng thái cân bằng. Hợp chất khách chủ được biết đến từ những năm 1841, nhưng lần đầu tiên được đề xuất sử dụng cho nguồn điện liti bởi B. Steele và M. Armnd vào những [...]... dụng kim loại liti làm vật liệu điện cực âm cho pin liti thứ cấp, bởi dung lượng riêng cao của kim loại liti Vấn đề an toàn với pin liti kim loại khiến cho các nhà khoa học tập trung tới việc sử dụng các hợp chất đan xen Li, chẳng hạn cacbon, làm điện cực âm thay cho kim loại Li Sự an toàn với kim loại Li được cho là do sự thay đổi hình thái của Li kim loại khi pin hoạt động Đặc tính an toàn của điện cực... dụng bởi Lee và các đồng nghiệp để tạo ra thanh nano cacbon − đóng gói Sn (Bảng 1.2) Các tác giả cho rằng các thanh nano này có thể được sử dụng làm vật liệu anốt cho pin ion liti sạc lại Tuy nhiên, hiệu suất điện hóa của vật liệu đã không được nghiên cứu Một quá trình kết hợp hiệu quả chi phí và tính công nghiệp được phát triển bởi Fray và các đồng nghiệp để chế tạo một hỗn hợp của các ống nano cacbon... bằng phẳng hơn so với pin có điện cực âm than cốc Hầu hết các sản phẩm thương mại hiện nay trên thị trường có đường cong phóng điện bằng phẳng và điện thế trung bình cao, do chúng sử dụng vật liệu điện cực âm graphit Hình 1.9 Ảnh hưởng của các loại cacbon làm điện cực anốt lên đặc tính phóng điện của pin ion liti 1.2.3.2 Tính chất của cacbon Hiệu suất và tính chất vật lý của các loại cacbon khác nhau... và SnO2 đều là những vật liệu anốt đáng quan tâm cho pin ion liti, bởi vì tính chất bán dẫn của chúng kết hợp với dung lượng lưu trữ lý thuyết cao (Sn, 994 mAh/g và SnO2, 781 mAh/g) so với graphit (372 mAh/g), và không có sự lo ngại về an toàn vì nó có điện thế đan xen ion Li+ thấp, điện thế phóng chỉ hơi cao hơn (0 ÷ 400 mV) so với kim loại Li [9], [15] Nghiên cứu về vật liệu điện cực cho pin ion liti. .. sự kết hợp của Li vượt quá dung lượng lý thuyết của graphit Đề xuất của Sato cho rằng Li chiếm những vị trí bên cạnh gần nhất giữa các 19 cặp của tấm graphit [4] Đề xuất đưa ra bởi Dahn và các đồng nghiệp khẳng định sự tiêm Li có thể liên kết các vùng chứa hydro của cacbon [4] 1.3 Đặc trưng cấu trúc, tính chất điện hóa của vật liệu điện cực âm dựa trên thiếc, thiếc điôxit Trong số hệ thống vật liệu ôxit... sản phẩm tạo ra có giá rẻ, với một hiệu suất điện hóa trung bình trong số các vật liệu anốt dựa trên thiếc (Hình 1.13), hiệu suất tốt hơn nhiều so với graphit [1] 1.3.2.2 Vật liệu anốt liên kim loại dựa trên Sn Nhiều liên kim loại dựa trên thiếc và các composit của chúng đã được nghiên cứu làm vật liệu tích trữ Li và nói chung đã cho thấy sự gia tăng ổn định chu kỳ so với kim loại Sn Những liên kim loại... cực cho pin ion liti dựa trên thiếc thực sự được tăng cường kể từ khi Idota và đồng nghiệp (1997) sử dụng ôxit composit thiếc vô định hình làm vật liệu anốt với dung lượng cao hơn graphit (600 mAh/g) [11] Tuy vậy, vấn đề chính của vật liệu anốt dựa trên thiếc và ôxit thiếc cho pin ion liti là xảy ra sự thay đổi thể tích lớn trong suốt quá trình hợp kim hóa/khử hợp kim với ion Li+, dẫn đến sự tách vỡ... suốt các chu kỳ ban đầu [1], [4], [23] 1.2.2 Đặc trưng cấu trúc Nhiều loại vật liệu cacbon có giá trị công nghiệp và cấu trúc của cacbon ảnh hưởng lớn đến tính chất điện hóa của nó, bao gồm điện thế và dung lượng đan xen Li Các đơn thể cơ sở của vật liệu cacbon là tấm phẳng của nguyên tử cacbon sắp xếp trong mảng hình lục giác (Hình 1.3) Những tấm này được xếp chồng lên nhau 12 trong một kiểu đã có của. .. với diện tích bề mặt của nó, vì vậy trong khi tính chất của điện cực âm kim loại Li thay đổi khi sử dụng, thì điện cực cacbon cung cấp hình thái ổn định dẫn tới tính chất an toàn tin cậy hơn trong quá trình sử dụng Ngày nay các vật liệu đan xen Li đã trở thành một họ vật liệu điện cực quan trọng trong xu thế thay điện cực liti kim loại để chế tạo nguồn điện mới ion Li Pin ion liti đầu tiên được bán... vào bên trong vật liệu, do đó tốc độ nạp cao hơn là có thể xảy ra Hơn nữa, một số phản ứng điện hóa không thuận nghịch ở kích thước lớn có thể thuận nghịch ở cấp độ nano Những nhược điểm chính của vật liệu nano dựa trên thiếc là mật độ năng lượng thể tích thấp hơn Dây nano SnO2 tổng hợp bởi phương pháp bốc hơi nhiệt được nghiên cứu đã chứng minh là một vật liệu anốt đầy hứa hẹn cho pin ion liti Trong . vấn đề Nghiên cứu chế tạo, khảo sát các tính chất đặc trưng của vật liệu làm anốt cho pin ion liti trên cơ sở hợp chất SnO 2 ”. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, chế tạo điện cực anốt có. ion Li + trên cơ sở ôxit SnO 2 . - Khảo sát các đặc trưng cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu điện cực anốt chế tạo được. - Khảo sát sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ chế tạo vật. tạo vật liệu, điện cực tới các đặc trưng tiêm/thoát của điện cực anốt. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo vật liệu điện cực anốt trên cơ sở ôxit SnO 2 . - Khảo sát đặc trưng cấu