Tính chất giả điện dung của màng oxit hỗn hợp Mn-Fe tổng hợp theo phương pháp sol gel

Trong nghiên cứu này, các oxit hỗn hợp Mn-Fe với hành vi giả ngẫu nhiên đầy hứa hẹn là tổng hợp bằng phương pháp sol-gel. Các màng oxit được lắng đọng trên đế niken kỹ thuật sơn phủ và được ủ ở nhiệt độ khác nhau, dao động từ 200 đến 500 oC.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính chất giả điện dung của màng oxit hỗn hợp Mn-Fe tổng hợp theo phương pháp sol gelTạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 22/ số 1 (Đặc biệt)/ 2017TÍNH CHẤT GIẢ ĐIỆN DUNG CỦA MÀNG OXIT HỖN HỢP Mn-Fe TỔNG HỢPTHEO PHƯƠNG PHÁP SOL-GELĐến tòa soạn 15/12/2016Nguyễn Thi LanAnḥKhoa Kỹ thuật Phân tích, Trường Đại học Công nghiệp Việt TrìNguyễn Tiến KhíTrung tâm Ứng dụng Kỹ thuật phân tích, Trường Đại học Công nghiệp Việt TrìMạc Đình ThiếtKhoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công nghiệp Việt TrìSUMMARYPSEUDOCAPACITIVE BEHAVIOR OF Mn-Fe MIXED OXIDE FILMSPREPARED BY SOL-GEL METHODIn this study, Mn-Fe mixed oxides with promising pseudocapacitive behavior weresynthesized by sol-gel method. The oxide films were deposited on nickel substrates byspin-coating technique and were annealed at different temperatures ranged from 200 to500 oC. Pseudocapacitive characteristics and electrochemical properties of the oxideelectrodes were investigated by cyclic voltammetry (CV), chronopotentiometry (CP) andelectrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. The results showed that in 2MKCl solution, these oxide films exhibited pseudocapacitive behavior with typical isoscelestriangle shape of galvanostatic charge/discharge curves. Among the heat treated oxidefilms, the film annealed at 300 oC performed the highest specific capacitance of 341 F/g.After 500 cycle test, at the charge/discharge current density of 0.5 mA/cm2 this materialmaintained 73% the first capacitance with 97.3% coulombic efficiency. Electrochemicalimpedance spectroscopy results also demonstrated that annealing at high temperaturelead to increases of charge transfer resistance and also diffusion impedances of the binaryoxide materials.Keywords: sol-gel, mixed oxides, pseudocapacitor, supercapacitor1. MỞ ĐẦUTrong những năm gần đây, việc nghiêncứu phát triển các nguồn tích trữ nănglượng mới là hướng đi được nhiều nhà74khoa học tập trung nghiên cứu, trong đócó siêu tụ (supercapacitor). Siêu tụ làthiết bị tích trữ điện tích có mật độ tíchtrữ lớn và thời gian sống dài hơn so vớipin, mặt khác nó lại có mật độ năng lượngcao hơn rất nhiều so với tụ điện thôngthường. Dựa trên cơ chế hoạt động củasiêu tụ người ta thường chia siêu tụ thànhhai loại: siêu tu ̣ lớp kép (hoạt động dựatrên nguyên lý tić h trữ điê ̣n tić h lớp kép,năng lươ ̣ng tích trữ dưới da ̣ng tiñ h điê ̣n)và siêu tu ̣ giả điê ̣n dung (hoạt động dựatrên nguyên lý của phản ứng oxi hoá khử,năng lươ ̣ng tić h trữ dưới da ̣ng hoá năng)[1-8].Khác với điện dung lớp kép có nguồn gốclà dòng không Faraday, giả điện dungphát sinh có nguồn gốc là dòng Faradaytrong bài báo này.2. THỰC NGHIỆMliên quan đến sự chuyển điện tích qua lớpkép. Tương tự như trong quá trình phóngđiện và tích điện của ắc quy nhưng điệndung sinh ra do mối quan hệ đặc biệt giữa2.3. Tổng hợp và tạo màng oxit hỗn hợpMn-FeQuá trình tạo màng oxit hỗn hợp Mn-Feđược thực hiện như sau:Tổng hợp dung dịch sol: Trộn dung dịchgồm Mn(NO3)2 0,5M và Fe(CH3COO)20,5M được dung dịch I. Trộn hỗn hợpgồm axit citric 1M và PEG 2% được dunglượng điện tích tích được (q) và sự thayđổi điện thế (E) để có tỷ số d(q)/d(E)chính là điện dung (C).Hiện nay, oxit mangan được sử dụng làmvật liệu điện cực siêu tụ có đặc tính giảđiện dung khá tốt. Tuy nhiên dung lượngriêng và tuổi thọ chưa được cao. Để cảithiện điều này, có nhiều phương phápđược đề xuất nghiên cứu, trong đó hướngnghiên cứu pha tạp oxit mangan với oxitcủa một số kim loại chuyển tiếp như Mo,V, Co, Ni,... đã thu được kết quả đáng chúý [2,3].Để mở rộng phạm vi nghiên cứu pha tạplàm biến tính vật liệu oxit mangan chúngtôi tiến hành tổng hợp màng oxit hỗn hợpmangan - sắt theo phương pháp sol-gel[4]. Các kết quả nghiên cứu tính chất giảđiện dung của vật liệu được trình bày2.1. Hóa chấtCác hóa chất được sử dụng nghiên cứu cóđộ sạch PA, do hãng Merck của Đức sảnxuất như: KCl, HCl, Fe(CH3COO)2.4H2O,Mn(NO3)2, NiSO4.6H2O, acid citric(C6H8O7.H2O), polyetylen glycol (PEG)và điện cực niken.2.2. Thiết bịMột số thiết bị được sử dụng nghiên cứugồm: Máy khuấy từ, máy spin-coating,cân phân tích có độ chính xác ± 10-5g, tủsấy, lò nung và máy Potentiostate ImeX6.dịch II. Trộn dung dịch I vào II theo tỉ lệmol Mn(NO3)2 : Fe(CH3COO)2 : C6H8O7là 9 : 1 : 20 với tổng thể tích dung dịchhỗn hợp là 150 ml. Hỗn hợp dung dịchđược khuấy trộn bằng máy khuấy từ, đunhồi lưu gia nhiệt ở 60 ÷ 70 oC nhằm mụcđích cho phản ứng thủy phân xảy ra hoàntoàn. Hỗn hợp dung dịch được làm nguộixuống nhiệt độ phòng. Tiếp tục khuấytrộn dung dịch trên trong khoảng 24 giờđể ổn định sol.Chuẩn bị điện cực: Điện cực niken đượckhắc mòn trong dung dịch HCl 10%khoảng 20 phút, sau đó rửa sạch bằngnước cất, sấy khô và dùng quay phủ.75Tạo màng: Sol thu được ở trên được sửdụng để chế tạo màng bằng phương phápphun phủ quay. Tiến hành phủ lầ n lươ ̣t balớp màng sol lên điện cự ...