SpStinet - vwpChiTiet

 

Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite LiFePO4/carbon Ketjen black EC-600 JD làm điện cực cathode cho pin sạc Lithi

Đề tài do tác giả Trần Thị Mỹ Anh và cộng sự (trường Đại học Bách Khoa TP.HCM) thực hiện nhằm chế tạo vật liệu composite LiFePO4/Carbon Ketjen black EC-600 JD làm điện cực cathode cho pin Lithium có khả năng vận chuyển ion và điện tử cao, tăng độ dẫn điện, dung lượng riêng lớn ~ 140 mAh/g ở dòng điện mức (tốc độ xả) C/10 ổn định với số vòng sạc - xả là 100.

Pin Lithium-ion (Li-ion) là thành công lớn của công nghệ trong các thiết bị lưu trữ điện. Mật độ năng lượng lớn, công suất cao, và thời gian sống dài làm pin Li-ion phù hợp cho nhiều ứng dụng từ điện thoại di động đến laptop và các dụng cụ năng lượng. Vật liệu làm điện cực dương (cathode) cho Li-ion hiện sử dụng là LiCoO2 thuộc nhóm LiMO2. Sự lựa chọn vật liệu hoạt tính cho cathode phải được thực hiện không chỉ dựa trên hiệu suất và năng lượng của pin, mà còn liên quan đến giá thành và độ an toàn, trong khi cathode dựa trên vật liệu cobalt thì giá thành cao, và hơn nữa theo đánh giá của thế giới thì nguồn nguyên liệu cobalt cũng sắp cạn kiệt. Do đó phải tìm các hợp chất khác có thể thay thế cobalt, có giá thành thấp hơn, nguồn nguyên liệu phong phú nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu về thế, dung lượng, an toàn, thân thiện với môi trường, hiệu suất ổn định, bền theo thời gian. Những năm gần đây, các nhà khoa học đã tập trung vào nghiên cứu các vật liệu chứa kim loại sắt để làm điện cực cathode cho pin Li-ion với trữ lượng lớn, giá thành thấp, cung cấp điện cho động cơ điện hoặc thực hiện vai trò là các nguồn năng lượng điện phân phối.

Trong đề tài nêu trên, nhóm tác giả đã biến tính thành công carbon black EC 600JD sử dụng H2O2 kết hợp Microwave từ 30 - 180 phút, kết quả mẫu biến tính thời gian 60 phút đạt kết quả tốt nhất thu được các nhóm chức đặc trưng gắn trên carbon như: –O-H, –C=C-, –C-O là các nhóm chức có độ phân cực lớn hỗ trợ carbon có thể phân tán tốt trong vật liệu LFP (LiFePO4). Tổng hợp thành công vật liệu LiFePO4 và vật liệu composite LiFePO4/EC (Ketjen black EC-600 JD biến tính) với hai phương pháp khác nhau: thuỷ nhiệt kết hợp phối trộn cơ học EC và nhiệt dung môi với phối trộn EC bằng phương pháp hóa học.

Phương pháp nhiệt dung môi kết hợp phối trộn hóa học EC (5, 10, 15% khối lượng) trong đó mẫu 10% EC cho kết quả tốt hơn các mẫu còn lại, đáp ứng được các chỉ tiêu yêu cầu đặt ra: pha tương đối sạch (> 80%); kích thước hạt nhỏ, đồng đều (70 nm), hệ số khuếch tán tăng 10 lần so với vật liệu LFP. Phương pháp thủy nhiệt (H2O là dung môi) và glucose làm tác nhân ngừa oxi hóa đồng thời nguồn carbon (in-situ) hạn chế kết tụ hạt và ngừa oxi hóa đã mạng lại kết quả mong muốn với vật liệu LFP sạch đồng nhất và sạch (độ tinh khiết > 90%).

LFP thu được từ phương pháp thủy nhiệt phối trộn cơ học với EC 600JD đã biến tính ở hàm lượng khác nhau từ 5-15 % tạo composite LFP/EC pha sạch và kích thước hạt 100-500 nm; hệ số khuếch tán mẫu LFP có tính chất điện hóa cải thiện đáng kể. Kết quả dung lượng và hiệu suất phóng sạc cao nhất với mẫu composite LFP700/EC 10% đạt giá trị là 160 mAh/g, duy trì trong 200 chu kì với hiệu suất 99%; dung lượng lớn hơn so với LFP thương mại (145 mAh/g tại C/10). Hơn nữa, khi thực hiện phóng sạc tốc độ thay đổi từ C/10 đến 10C, dung lượng vẫn duy trì tốt và đáp ứng được yêu cầu ứng dụng thực tế với các chế độ phóng sạc khác nhau.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ TP.HCM (CESTI).

Lam Vân (CESTI)

Các tin khác: