Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu composit oxit sắt/các bon định hướng ứng dụng trong tích trữ năng lượng

Luận án tiến hành nghiên cứu tìm ra quy trình phù hợp nhất chế tạo vật liệu composit chứa ôxit sắt và các bon bằng phương pháp hóa học và nghiền cơ học. So sánh vật liệu chế tạo bằng phương pháp hóa học và nghiền cơ học để tìm ra vật liệu phù hợp nhất có thể ứng dụng trong pin Fe - khí. Nghiên cứu chi tiết vai trò của chất phụ gia điện cực và phụ gia trong dung dịch điện ly để nâng cao dung lượng, hiệu suất của điện cực composit Fe2O3/AB trong pin Fe - khí. ìm hiểu cơ chế của sự suy giảm dung lượng của điện cực Fe2O3/AB để từ đó tìm biện pháp khắc phục.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu composit oxit sắt/các bon định hướng ứng dụng trong tích trữ năng lượng MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tài Hiện nay vấn đề ô nhiễm không khí ở các thành phố lớn gây ra bởi các phương tiện giao thông chạy bằngnhiên liệu hoá thạch ngày một trầm trọng do đó việc thay thế các phương tiện giao thông gây ô nhiễm bằngcác phương tiện thân thiện môi trường như xe điện (Evs), xe điện hybride (HEVs)... là rất cần thiết. Để có thểsử dụng được trong xe điện, thì pin phải đáp ứng được những yêu cầu khắt khe như dung lượng lớn, thời giansống dài, sạc nhanh, nhỏ gọn, giá thành thấp, an toàn khi sử dụng, thân thiện môi trường… Pin Fe - khí là mộttrong những loại pin tiềm năng nhất có thể đáp ứng được những yêu cầu nêu trên của xe điện do chúng nhiềuưu điểm vượt trội như dung lượng và năng lượng lý thuyết cao, kim loại sắt có nhiều trên trái đất, an toàn khisử dụng, giá thành thấp. Do vậy trong khuôn khổ đề tài này chúng tôi đã tiến hành: “Nghiên cứu chế tạo vậtliệu composit oxit sắt/các bon định hướng ứng dụng trong tích trữ năng lượng” nhằm góp phần hạn chế củaloại pin này.2. Mục tiêu của luận án  Tìm ra quy trình phù hợp nhất chế tạo vật liệu composit chứa ôxit sắt và các bon bằng phương pháp hóahọc và nghiền cơ học. So sánh vật liệu chế tạo bằng phương pháp hóa học và nghiền cơ học để tìm ra vật liệuphù hợp nhất có thể ứng dụng trong pin Fe - khí.  Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng điện hóa của điện cực composit Fe2O3/AB như tỷ lệ thànhphần Fe2O3 và các bon, hàm lượng chất kết dính, cấu trúc, hình thái học và kích thước hạt Fe2O3… từ đó tìmra được thành phần tối ưu, cấu trúc, hình thái học phù hợp nhất của Fe2O3 cho điện cực composit Fe2O3/AB.  Nghiên cứu chi tiết vai trò của chất phụ gia điện cực và phụ gia trong dung dịch điện ly để nâng caodung lượng, hiệu suất của điện cực composit Fe2O3/AB trong pin Fe - khí.  Tìm hiểu cơ chế của sự suy giảm dung lượng của điện cực Fe2O3/AB để từ đó tìm biện pháp khắc phục.3. Phương pháp nghiên cứu Tổng hợp vật liệu Fe2O3 có kích thước, hình thái học khác nhau bằng quy trình thủy nhiệt một bước và chếtạo composit Fe2O3/AB bằng quy trình thủy nhiệt hai bước. Chế tạo vật liệu composit Fe2O3/AB bằng phươngpháp nghiền trộn sử dụng vật liệu thương mại để so sánh với vật liệu composit Fe2O3/AB chế tạo bằng quytrình thủy nhiệt hai bước. Khảo sát cấu trúc, hình thái học của vật liệu chế tạo được bằng các phương phápXRD, SEM, TEM, EDS. Khảo sát đặc trưng điện hóa của điện cực bằng các phép đo CV, phép đo đặc trưngphóng - nạp (Galvanostatic cycling).4. Các đóng góp của luận án  Tìm được quy trình tối ưu để chế tạo vật liệu Fe2O3 có thể điều khiển được kích thước, hình dạngmong muốn để cho đặc trưng điện hóa tốt nhất.  Hoàn thiện quy trình chế tạo vật liệu composit chứa ôxit sắt và các bon với các tỉ lệ thành phần ôxitsắt, các bon, chất kết dính, chất phụ gia tối ưu nhất.  Tìm được hàm lượng chất phụ gia điện cực, chất phụ gia dung dịch điện ly phù hợp nhất để điện cựccomposit Fe2O3/AB cho dung lượng, hiệu suất cao nhất. 1  Tìm ra cơ chế suy giảm dung lượng của điện cực composit Fe2O3/AB, từ đó đưa ra biện pháp khắcphục để cải thiện dung lượng, năng lượng, nâng cao hiệu suất phóng - nạp của pin Fe - khí, góp phần sớm đưasản phẩm ra thị trường.5. Bố cục luận án Luận án được chia thành 5 phần, bao gồm Chương 1: Tổng quan; Chương 2: Chế tạo và khảo sát tính chấtđiện hóa của vật liệu composit ôxit sắt/các bon bằng phương pháp nghiền trộn; Chương 3: Nghiên cứu chế tạovật liệu composit ôxit sắt/các bon bằng các quy trình thủy nhiệt và khảo sát tính chất điện hóa của chúng;Chương 4: Ảnh hưởng của chất phụ gia lên tính chất điện hóa của điện cực composit ôxit sắt/các bon; Kết luậnvà kiến nghị. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1. Tổng quan về pin kim loại - khí Pin là một thiết bị có khả năng chuyển đổi trực tiếp năng lượng hóa học chứa trong các vật liệu hoạt độngcủa pin tạo thành năng lượng điện thông qua các phản ứng ôxy hóa - khử. Cấu tạo của pin kim loại - khí được thể hiện trên Hình 1.1. Các quá trình phản ứng diễn ra như sau: A + nOH- A(OH)n + ne− (1.1) O2 + 2H2O + 4e− 4OH− (1.2) Trong đó A là kim loại và n là số ôxy hóa.1.1.1. Pin Fe - khí Phản ứng điện hóa của pin Fe - khí được thể hiện quaphương trình (1.3) và hình 1.2. phóng Fe + O2 + H2O Fe(OH)2 (1.3) Hình 1.1. Cấu tạo của pin kim loại - khí nạp Hình 1.2. Phản ứng điện hóa của Pin Fe - khí trong dung dịch kiềm 21.1.2. Những thách thức đối với điện cực sắt Mặc dù pi ...