THÔNG TIN TÓM TẮT NHỮNG KẾT LUẬN MỚI CỦA LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất trao đổi ion của vật liệu dương cực trên cơ sở mangan oxit ứng dụng trong pin ion kiềm”
Mã số: 9440123; Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
Nghiên cứu sinh: Tạ Anh Tấn
Người hướng dẫn: 1 PGS.TS. Phạm Duy Long; 2 TS. Trương Thị Ngọc Liên
Cơ sở đào tạo: Khoa Khoa học vật liệu và năng lượng – Học viên Khoa học và Công nghệ.
Những kết luận mới của luận án:
1. Đã chế tạo thành công hệ vật liệu điện cực catot LiNixMn2-x04 (với 0 ≤ x ≤ 0,2) có dạng hạt kích thước nano bằng hai phương pháp là phản ứng pha rắn và sol-gel.
Kết quả cho thấy hệ LiNixMn2-x04 chế tạo được là đơn pha. Cấu trúc và hình thái học của vật liệu phụ thuộc khá mạnh vào các điều kiện công nghệ như nhiệt độ phản ứng, nhiệt độ ủ và thành phần của Ni thay thế. Khi tăng thành phần Ni các hạt nano tinh thể LiNixMn2-x04 cho các cạnh sắc nét hơn. Phương pháp solgel có tính ưu việt hơn do dễ dàng chế tạo và điều chỉnh điều kiện chế tạo để thu được vật liệu LiNixMn2-x04 đơn pha. Việc khống chế hàm lượng Ni thay thế cho Mn trong khoảng x = 0,05 ÷ 0,1 và nhiệt độ ủ nhiệt trên 700 °C cho vật liệu tính ổn định cấu trúc cao hơn.
Khả năng xả/nạp của hệ vật liệu điện cực LiNixMn2-x04 cho thấy thể hiện tốt tính thuận nghịch trong quá trình tiêm thoát ion liti. Độ dẫn ion liti của mẫu G2-700 (tương ứng x = 0,1 và nhiệt độ ủ T = 700 °C) tổng hợp bằng phương pháp sol-gel đạt giá trị cao nhất tp = 19,773.10-5 S.cm-1 đồng thời cũng cho dung lượng xả/nạp đạt giá trị cao nhất tương ứng 85,5/79,7 mAh/g. Giá trị này đạt khoảng 70% so với dung lượng lý thuyết, điều này cho thấy vật liệu chế tạo được hoàn toàn có thể sử dụng làm điện cực catot trong pin ion liti sau này.
2. Vật liệu điện cực catot cho pin sodium trên cơ sở hệ Na0,44MnO2 dây nano và nano oxit V205 đã được nghiên cứu chế tạo. Trong đó, Na0,44MnO2 dây nano đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp thủy nhiệt hai giai đoạn trong 96 giờ và ủ 600 °C, 6 giờ trong không khí. Các dây nano có kích thước chiều ngang khoảng 30-50 nm dài từ 1 đến vài m. Phân tích cấu trúc cho thấy, ở điều kiện thủy nhiệt này cho phép nhận được vật liệu hoàn toàn đơn pha.
Độ dẫn ion của hệ vật liệu và NaxMnO2 tăng lên khi nhiệt độ của quá trình thủy nhiệt tăng và phụ thuộc quá trình ủ nhiệt. Giá trị độ dẫn ion của mẫu thủy nhiệt ở 205 °C sau đó ủ nhiệt tại 600 °C trong 6 giờ cho độ dẫn ion cao nhất là tp = 31,661.10-5 S.cm-1, đồng thời cho dung lượng cao nhất là 67,5/65,8 mAh/g trong quá trình nạp/xả. Dung lượng duy trì khoảng 85,3% sau 50 chu kỳ; hiệu suất coulombic đạt 90% sau 70 chu kỳ. Pin ion natri sử dụng vật liệu bột V205 làm catot cho dung lượng xả ở chu kỳ đầu tiên đạt 208 mAh/g. Tuy nhiên chu kỳ thứ hai chỉ còn khoảng 80 mAh/g. Sự suy giảm dung lượng sau chu kỳ xả đầu tiên là do cấu trúc V205 biến đổi thành cấu trúc NaxV205 khi các ion Na+ được tiêm vào. Sau 40 chu kỳ, dung lượng xả còn giữ lại cỡ 61,2% dung lượng xả của chu kỳ thứ hai. Dung lượng của tế bào được nạp/xả ở 1,0 C giữ lại 49,1% dung lượng của tế bào nạp/xả ở 0,1 C và dung lượng trở lại với giá trị ban đầu khi nạp/xả quay trở lại tại 0,1 C.
