Nghiên cứu các biện pháp nâng cao chất lượng điện cực Niken oxit (hiđroxit) và ứng dụng của chúng

Hoạt tính điện hóa của niken hiđroxit được tăng lên khi hệ số khuếch tán proton trong niken hiđroxit tăng, điều này có liên quan chặt chẽ với vi cấu trúc của vật liệu[ 13,14,15].. Câu tr

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C GIA HÀ NỘI

T R Ư Ờ N G ĐẠI H O C K H O A H Ọ C T ự NHIÊN'

s Ị í ^ í ^ e s í c s ỉ c s ị e ^ c ^ s s i c

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT

ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG

MÃ SỐ: QT- 05- 17

CHÚ TRÌ ĐỂ TÀI: T h s N guyền Thị c ẩ m Hà CÁC CÁN BỘ THAM GIA: P G S.T S Trịnh Xuân sén

CN N guyền Xuân Viết

CN Nguyễn Xuân Viết

d Mục tiêu và nòi dung nghiên cưú:

M ụ c tiêu: Nghiên cứu các yếu tố nhàm nâng cao khá năng hoạt động hoá vật liệu Niken hiđroxit trong mỏi trường kiềm

lv thuý nhiệt kết tủa

- Đánh giá khả nãna hoạt dộng hoá điện hoá của vậl liệu N i(OH ): thu được

+ Khả năng chuyên hoá + D u n a lượng phóng điện

e Các kết quà đạt dược:

1 Đã điều ch ế đirợc các vật liệu N i(O H ): có cấu trúc dạng u p và vỏ định

hình bằng các phươns pháp khác nhau Đ ồng thời, cũng kháo sát được sự ánh hướng của cấu trúc vật liệu tới tính chất của chúng

> 2 Sự có mặt của Co không làm thay dổi cấu trúc của vật liệu N i(O H) 2 điêu

chê báng phương pháp kiểm, nhưng sư có mặt của Zn (209'c mol) và AI (10f f mol) làm Ị3- N i(O H ): chuyển hoàn toàn thành u- N i(O H ):

3 Sự có mật của AI làm bền hoá cáu trúc d ạ n s u của vật liệu N'i(OH),

-1 Việc xử \\ lhu\ nhiội lia\ dua thòm các HLĩu\cn lo nhu Co AI / 11 \ai> thành phần làm tănu đáng kẽ hoạt tính diện hoá \ à d u n ” lirợng phónti diện cua

vật liệu Nì(O H )t Trong số đó, vật liệu N i(O H ): có chứa Co trons thành phán cho dung lượng cao nhất.

f Tình hình kinh phí của dề tài:

Tổng kinh phí được cấp : 20.000.OOOđ

SƯMMARY REPORT OF THE SCIENTIKIC

RESEARCH SƯBJECT

a Title o f su b je c t: Study on the solutions to enhance the quality of nickel oxide (hydroxide) electrode and its applications

Code No: QT 05-17

b H e a d o f subject: Msc Nguven Thi Cam Ha

c Participants: AccProí.D r Trinh Xuan Sen

BA N guyên Thi Phuong

BA N guyen Xuan Viet

d Aim a n d c o n te n ts o f th e s u b je c t: Study on the factors that enhance the quality o f nickel oxide (hydroxide) material in KOH solution

+ Eíĩect o f several íactors that influence on the structure and elcctrochemical activity of Nickel hydroxide material

- Effect of the hydrothermal treatment

+ Estimation of electrochemical activity of electrodes:

- Conversion ability

- Discharge capacity

The obtained results:

1 N i(O H) 2 materials with structure of a, p and am orphous phase \vere synthesized by different methods The ìntluence o f material structure on its property was determined

2 The presence o f Co cỉoesn't change the structure o f (3- N i(O H ): vvhich was svnthesized by alkaline method Although thc lu 11 transíonnation

o f N i(O H ); to a- N i(O H ): is occurred \vhen therc \vere tho addition ol

7 1 1 (2 5 rì m o l ) and AI (10 r r m o l ).

4 The hvdrothermal treatmcnt OI' the addition ol Co Zn AI to component increase the electrochemical propcrties and dischargc capacity ol'

N i(O H ): material Among this determined element material that contain

Co shows highest discharge capacitv

6

MỤC LỤC

I MỞ Đ Ầ U 8

II THỤC N G H IỆM V À THẢO L U Ậ N 11

2.1 Thực n g h iệ m 11

2.1.1 Đ iều c h ế b ộ t N i(O H ): 11

2.1.2 C ác phư ơng p h á p nghiên c ứ u 12

2.1.3 C h ế tạo điện c ự c 13

2.2 Kết quá và thảo luận

2 -2 1 Ánh hưởng của các phương p h á p điều c h ế tới cấu trúc và tính 13 chát của vật liệu N iịO H )2

2 2 2 Ánh hưởnq của các loại m uốiniken khác nhau tới cấu trúc và 19 hoạt tính cứa vật liệu N i(O H )2

2-2.3 Ánh luíàng việc cho thêm các n gỉi\ẽn ló' Co, Zn, AI rói cấu 22 trúc và tính ch ấ t cứa vật liệu N i(O H )2

2-2.4 Átilì hưởng cùa nhiệt độ trong quá trình x ứ lý thuý nhiệt tới 30 cấu trúc và tính chất của vật liệu N i(O H )2

2.2.5 So sánh dung lượng tương dối của vật liệu N i(O H )2 điểu c h ế 33 theo các phư ơ ng p h á p khác n h a u

III KẾT LUẬN 36

IV TÀI I.IỆU THAM KHAO 37

7

đ â y [ l-8] cùng với sự phát triển vật liệu tích trừ hiđro và N iken / hiđrit kim loại( Ni/MH) Ngoài ứng dụno cho ắcqui, niken hiđroxit hay niken oxit còn được sừ dụng trong pin nhiên liệu, tụ điện hóa, bể điện phân, hệ tổng họp điện hóa và các thiết bị điện sấc[9-13]

Người ta đã chứng minh được rang niken hiđroxit tồn tại hai dạne thù hình

a và P- N i(O H) 2 , khi bị oxi hóa ( nạp điện) chúng chuyên thành y và P- NiOOII một cách tương ứng[8-16] Trono số các dạng thù hình của niken hiđroxit, dạng

p được sử dụnơ rộng rãi làm vật liệu chế tạo cực dương cho các ăc qui kiềm Tinh thể P- N i(O H) 2 có cấu trúc dạng hexagonal (sáu mặt) với khoáng cách giữa các lóp là 4,6A° kh o ản a cách giữa các n suvên từ Ni- Ni là a,)= 3.12A 0 Do có độ bền cao trong môi trườ ng kiềm đặc nên P- N i ( O H) 2 thường được chọn làm vật liệu hoạt động trạng thái phóng điện trong quá trình chế tạo điện cực niken P-

N i(O H) 2 có độ thuận nghịch tốt khi được tích điện thành N iO O H , co cấu trúc lóp gần giống với các thông số m ạng là c0= 4 8 5 A 0 và a,j= 2.82A 0 T ro n s quá trình nạp lâu p~ N iO O H chuyển thành y- N iO O H [1.5.1 l]với sự mở rộng khoáng cách giữa các lớp c0= 7A° Ỵ- N iO O H c ũ n g được tạo thành với điều kiện nạp quá, nạp vói tôc độ cao hay vói nồng độ chất điện li cao Sự chuvvn nóa tù' P- N iO O H —> y- N iO O H kèm theo sự tăng thể tích, có thề dẫn đến làm hỏng điện cực và làm cạn dung dịch điện li Do đó sự tạo thành 7- N iO O H làm hòn<' diện cục niken giám tuôi thọ cua ăc qui Thêm vào dó sầ n dà\ nmròi ta dã p n/ 1 hiện ràng nguyên nhân cua hiệu ứng metnory, trone ăc qui kiềm, có liên qua ới sự

8

tạo thành Ỵ- NiOOH Đ ẻ hạn chế sự tạo thành y- N iO O H , một số chất như Co, Cd„ Zn đã được sử dụng thêm vào trong quá trình chế tạo điện cực niken.

Dạng thù hình khác của N i(O H) 2 là a - N i(O H) 2 với khoảng cách c0= 7,6A°

gần giống với y- N iO O H [5,6,16], dạng này có thể chuyển thành y- N iO O H một

cách thuận nghịch không kèm theo sự biến dạng cơ học hay sự ép buộc nào Cặp a/y thể hiện dung lượng lý thuyết cao hơn so với cặp p(ll)/p(lll)[ 1,13,14] Điều này có thể tính theo thực tế rằng hơn l e có thể vận chuyển ( trao đổi) trên một nguyên tử Ni trong quá trình chuyển pha a - 7, do trạng thái oxi hóa của của

niken trong Ỵ- N iO O H cao hơn 3,5 Vì vậy cặp a/y được dự tính vê mặt lý

thuyết có tính năng điện hóa vượt trội khi so sánh với cặp P(II)/P(III) Tuy nhicn, a- N i(O H) 2 không bền nhiệt động trong môi trường kiềm m ạnh và chuyền một

cách nhanh chóng thành (3- N i(O H )2 Để làm bền cấu trúc a- N i(O H )2, sự thay

thế từng phần Ni bời Co, Fe, Al, Z n hay M n đã và đang được nghiên cứu Nghiên cứu đê có thê tổng hợp và làm bền hóa a- N i( O H) 2 có ý nghĩa quan

trọng để có thể sử đụng cặp oxi hóa khử a/y trong ắc qui kiềm.

Người ta chấp nhận một cách rộng rãi rang điện cực niken làm việc cùng với sự lồng vào cùa proton Phàn ứng oxi hóa khứ cùa Ni(II)/ Ni(III) trong môi trường kiềm được biểu diễn như sau[ 1-1 0]:

N iO O H + H 20 + e ' «-► N i( O H) 2 + O H ' (1)

ở đó, proton ở trạng thái rắn đi vào và đi ra trong quá trình phan ứng Trong quá trình phóng nạp, sự đi vào và đi ra của proton từ cấu trúc hexagonal của nikcn hiđroxit xảy ra một cách tuần hoàn và cấu trúc tinh thể của niken hiđroxit được bảo tri Hoạt tính điện hóa của niken hiđroxit được tăng lên khi hệ

số khuếch tán proton trong niken hiđroxit tăng, điều này có liên quan chặt chẽ với vi cấu trúc của vật liệu[ 13,14,15] Các nghiên cứu chi ra ràns niken hidroxit với kích thước tinh thè nho hơn, nhiều khiếm khuyết tinh thê hơn co hệ sò khuếch tán proton hóa học cao hơn, điều này sẽ làm giám bớt sự phân I 'lồnu

độ của proton trong qu á trình phóng nạp, dẫn đến hoạt động phóng nạp tuần hoàn đạt kết quả tốt h ơ n c ấ u trúc vi mô của niken hiđroxit được xác định bời cà thành phần ( ví dụ thêm các nguyên tố vào niken hiđroxit) và sự chế tạo Câu trúc vi mô được điều chinh bằng cách thay đôi kỹ thuật chế tạo và các thông sô tổng hợp sẽ nhận được n h ữ ng hiệu quà làm tăng cường hoạt tính điện hóa cùa vật liệu niken hiđroxit M ột vài phư ơ ng pháp tổng họp niken hiđroxit đã được nêu ra, Ví dụ : kết tủa hóa học, kết tủa điện hóa, điện tổng hợp Trong số những con đường tổng hợp N i(O H )2, phương pháp kết tùa hóa học ưót được sử dụng rộng rãi để chế tạo bột niken hiđroxit hình cầu[ 12] Loại bột nàv có thô được dùna để che tạo điện cực niken loại hô nhão, loại mà hiện nay có thể dùng một cách thương mại cho ăc qui Ni/MH.

Đặc tính cấu trúc vi mô của niken hiđroxit được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học liên quan chặt chẽ tới các thông số của quá trình tổng hơp như: nồng độ của dung dịch phản ứng, nhiệt độ của phản ứng, giá trị pH, hàm lượng thêm vào của tác nhân tạo phức, nguyên tố thêm vào vv

Với mục tiêu nohiên cứu các biện pháp nâng cao hoạt tính của diện cực niken oxit (niken hiđroxit), nội dung đề tài bao gồm :

Kháo sát ảnh h ư ở ng của các phương pháp điều chế, thành phần dung dịch muối niken sử dụne việc cho thêm các nguyên tố và sự xử lý thủy nhiệt kết t.:,a

tới cấu trúc và hoạt tính điên hóa và dung lượng p h óng điện của vật liệu ỉ '\ír'‘K}-

tạo thành

10

T H ự C NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN • • • 2.1 T H Ự C N G H IỆ M

2.1.1 Điều chế bôt NKOH)?

Dung dịch sau phàn ứ ng được giữ ở 6 0 ° c trong khoảng thời gian 16 giờ,

sau đó kết tủa được lọc rửa bằng nước cất và sấy đến khối lượng không đồi ở

60 °c trong 12 giờ Sản p h ẩ m thu được có màu lục đậm, giàu tinh thể và khónghiền

b P h ư ơ n g p h á p a m o n iă c :

Dung dịch amoniãc IM được nhỏ từ từ xuống 500ml dung dirh

0,8M với tốc độ 3ml/phút, trong điều kiện khuấy k hông đổi Sàn phẩm kết tủa được lọc rửa bằng nước cất đến p H 7-8, sau đó đem sấy đến khối lượn? khôn°

ứng điều chế Ni(OI I) 2 thu được rất thấp ( xấp xi 30% ) do một phần phá T :ua

N i2+ với N H sinh ra phức am oniacat niken

c P h ư ơng p h á p điện p h ân :

Điện phân dung dịch N1SO4 , pH 4-5, với m ật độ dòng 4 0m A /cm 2 nhiệt độ

2.1.2 Các phương pháp nghiên cửu cấu trúc và tính chất cúa vât licu

N i(O H) 7

+ Phép đo nhiễu xạ tia X được thực hiện trên thiết bị nhiễu xạ kế tia X SIEM ENS D5005 và D8 A dvance Brucker Đức, sử d ụ n e bức xạ kế Cu K a (/.= 1,542 A°) Tốc độ quét 3,6° (20) trên phút, góc quét từ 5° đến 70° (20)

+ Phép phân tích nhiệt trọng lượng (TG) và nhiệt quét vi sai (DSC) được

đo trên thiết bị phân tích nhiệt 2960 SDT V 3,O F và thiết bị Labsys TG /D S C Setaram - Pháp Với tốc độ gia nhiệt 10°c/ phút, trong môi trườno N 2

+ Phổ hồng ngoại đưọc đo trên thiết bị F T IR M ag n a 760 ( N IC O L E T , Mỹ) bằng phương pháp đo p hản xạ trên m ẫu bột KBr

+ Các d ư ờ n s phân cực vòrm dược do trôn thiết bị P G S H H8 do Phòriíi

ú n ° dụng máy tính- Viện Hóa, Viện Khoa học và côim nghệ Việt nam ch ố lạo Điện cực Bạc clorua được sử dụng làm điện cực so sánh, diện cực piatii lam

12

điện cực đối Tốc độ quét thế 50m V /s , trong khoảng thế từ 0,1 đến 0.6V so với điện cực bạc clorua.

2.1.3 Chế tao đicn cưc

Điện cực niken hiđroxit được chế tạo bằng cách trộn lẫn 70% nikel hiđroxit, 17% graíĩt, 10% bột N iken và 3% phụ gia (được sử dụng làm chất kết dính) Sau khi trộn kĩ, hỗn hợp được ép với lực ép lT /c m2 trong khoảng thời sian

1 giờ với điều kiện gia nhiệt 1 1 0° đến 1 2 0°c.

2.2 KÉT QUẢ VÀ THÀO LUẬN

2.2.1 Ảnh hưởng của các p h u o n g pháp điều chế tỏi cấu trúc và tính chất cùa vât liêu Ni(OH)?.

a A n h h ư ở n g c ủ a các p h ư ơ n g p h á p đ iều c h ế tới cấ u trú c N i(O H )2'■

vNU-HN-SlẼtylẼNS 0 5 0 0 5 - M j u NiiOH) ’ - M5

H ình 1 G iàn đô n hiêu x ạ tia X m ân M I

Cấu trúc của vật liệu N i( O H) 2 phụ thuộc nghiêm ngặt vào các điều kiện tổng họp Để khảo sát ảnh h ư ờ ng của các phư ơng pháp điều chế tới cấu truc cưa vật liệu, chúng tôi tiến hành điều chế N i( O H) 2 bàno các phươno pháp khác nhau:

P hương pháp kiềm ( M l ) , p h ư o n g pháp amoniăc (M2) p h ư o n s pháp điện phàn (M3) như phần trẽn đã trình bày

Hình 1, 2, 3 thể hiện các đường nhiễu xạ tia X của các sàn phẩm M 1 M2.

M3.

Trên hình 1, các pick nhiễu xạ ớ (001)(d46); (IOOXcỊị.v); (101 )(d2.3*)- ( 1 0 2 )(d, 7 6); ( 1 1 0)(d 156) và ( 1 1 1 )(d,.48), chứng tỏ rằng vật liệu này có cấu trúc tinh thể dạng P- N i(O H )2, với khoảng cách giữa các lớp là 4,6A°[ 13.14]

VNUHN5lbMEN5 L’tL'0i Miiu HiiCM)''

-l i ì n h 2 Giàn đô nhiêu xạ tia X m âu M2

Sự xuất hiện pick ờ vị trí 10°, ứng với mặt p h ẳ n s (103) trên hình 2 chứno

tỏ vật liệu này có câu trúc dạna; a- N i ( O H) 2 với khoàno cách aiữa các lóp m ạna

là 7,6 A°[ 1,15]

H ìn h 3 Đ irừnv nhiêu xụ lui A’ m âu AI3

14

Đ ường nhiễu xạ tia X của M3 không xuất hiện n h ữ n s vạch phô đặc trưna cùa những mặt phẳng p h ả n xạ trong tinh thể, chứ ng tó vật liệu này có cấu trúc vô định hình.

Từ những kết quả này cho

thấy, vật liệu niken hiđroxit,

được điều chế theo phư ơng

pháp khác nhau, cho cấu

trúc hoàn toàn khác nhau

Sự khác biệt này cùng được

thê hiện rõ trên phô hồng

ngoại ( xem hình 4a,b,c)

của pick này chứng tỏ m ẫu

7 H ình 4 P hô hổ n g ng oạ i các mẫu Ni(OH)?

có độ tinh thể khá tốt

a- M ỉ ; b- M 2; c- M ỉ

Hình 4b cho băng sóng ờ vùng 3 5 9 3 c rrf1 chứno tỏ m ẫu M2 có chứa nhóm

OM dạng liên kết đặc trư n s cho cấu trúc d ạ n s a - N i( O H) 2 ( loại vật liệu có chứa hàm lượng nước câu trúc khá lón)

Hình 4c cho dài sóng O' vùng 3 345crrf' ử n a vói dao độne hóa trị cua nhóm OM cùa nước trong thành phần, dái só n s lớn c h ứ n e to lưọim nu'fVi bị hấp phụ rất nhiêu, đòng thời câu trúc cua nó cũng khác hãn với hai mẫu trên

15

b X ác định hàm lư ợ n g n ư ớc trong các m ẫu đ iều ch ế đư ợc

Bột niken hiđroxit sau khi điều chế có chứa nước trona, cấu trúc tinh thê lượng nước này có ảnh h ư ở n g đến tính chất điện hóa cùa điện cực T heo báo cáo của một số tác giả, hàm lượng nước trong p- N i( O H) 2 phân bố trong khoảng 0 đến 0,3 ( mol H20 / l m o l N i(O H )2), còn đối với a- N i( O H) 2 0,3 đến 0,7, tùy thuộc vào điều kiện chế tạo và các chât cho thêm

Có hai loại nước trong niken hiđroxit, nước hấp phụ (Xad) và nước cấu trúc (Yst) Quá trình mất nước trong niken hiđroxit theo nhiệt dộ được biêu diễn bàng phươns trình dưới đây [1 2]:

c H o ạ t tínlĩ điện h ó a củ a các m ẫ u N i(O H )2

c ấ u trúc vi m ô cùa N i(O H) 2 có ảnh hư ởna mạnh tới hoạt tính cùa vật liệu Hình 6 thể hiện các đ ư ờ ng phân cực vòng của các điện cực, được chế tạo từ các mẫu vật liệu M l , M 2 và M3 đo trong môi trường KOH IM.

sự khác biệt của thê oxi hóa (Eo) và thê khử (F.r) ứng với dinh pic oxi hóa và khứ Mặt khác dộ chuyên hóa từ N i2’ saim Ni ’ và nmrọc lại dược tlanh sằr u chiều cao cùa pic tưcme ứng

1 O A1 H o c QUÔC gĨÃ KA : V ~.'I I rpUNG TÂr/ THÔNG 7ir.' THỰ VP' I

ĩ ~ ữ r ~ / S Ĩ Í L

B ả n g 2 Thế oxi hóa (Eo), thê kh ử (E[/J, sự khác nhau giữa thế oxi hóa và thế khử, mật độ dòng p ic k oxi hóa của các loại điện cực khóc nhan.

có cấu trúc p- N i(O H )i, đây là chất bán dẫn loại p[ 13,14] có độ dẫn diện thấp do

đó khả n ăn2 thuận nghịch của phản ứno (1) kém thêm vào dó hàm lượng nước

có chứa tro na mẫu này cũng ít nhất, khôno có lợi cho sự khuếch tán i r dắn đến khả năng chuyển hóa N i 2+ thành N i 3+ không cao trên điện cực Trong khi đó, M2

có cấu trúc dạno a- N i( O H ) 2, khi bị oxi hóa, sẽ hình thành y- N iO O H ở thế thấp

hơn và với tốc độ cao hơn K h ả năng chuyển hóa N i2' thành N i3* của M3 cao có liên quan tới hàm lượng nước trong cấu trúc của loại vật liệu này là lớn nnất, ao

đó làm tăng hệ số khu ếc h tán của proton trong m ẫu này, giúp cho phản ứng (1) diễn ra với tốc độ nhanh hơn

M2 có hoạt tính điện hóa cao, so n s nó khône bên trono môi trương kiềm (xem hình 7) Sau khi n s â m tro n a môi trường kiềm, cấu trúc u- Ni(OH)- của loại

\ ậ t liệu nà\ bị chuyên hoàn toàn thành p- Ni(OM) 2 lam uiam hoạt lính VÍ! ■; cua điện cực

Hình 7 G iản đô nhiêu x ạ tia X m âu M 2 sau khi ngâm kiêm

Từ các kết quả nahiên cứu ờ trẽn có thê thấv răng: vật liệu Ni(OH): được điều chế bằng phương pháp kiềm cho hoạt tính điện hóa kém nhất N hưns trong thực tế, phương pháp này được sử dụng khá phổ biến cho mục đích công nghiệp

do phương pháp điều chế khá đơn giàn, hiệu suất phản ứng cao, các thông số kỹ thuật có thc điều chình đê nâng cao hoạt tính của vật liệu Trong phân tiêp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu các kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hoạt tính cửa loại vật liệu N i(O H) 2 được điều chế theo phương pháp kiềm

2.2.2 Ảnh hưởng của các loai muối nikcn klĩác nhau tỏi cấu trúc và hoat tính của vât licu NKOH)? điều chế theo phu' 0'ng pháp kiềm

tới hoạt tính của vật liệu

N i(OH )2, chúng tôi sử dụng

các muối N1SO4, N i(N O j),

NiCl2 làm nguyên liệu ban

đầu, sau đó kiềm hó a bằng

dung dịch N aO H theo phương

pháp nêu ở phần trên Kết quà

các mẫu N i(O H) 2 thu được

dược ký hiệu một cách tương

ứng là: M4( từ N1S O4), M5( từ

N i ( N 0 3)), M6 ( t ừ N i C l 2)

Từ kết quả hình 8, ta thấy

các mầu N i(O H) 2 điều chế

được đều có cấu trúc dạng

Hình 9 C ác đư ơng p h â n tích nhiệt D SC cùa các m ẫu N i(O H ): điêu chẻ từ các

m uôi N iken khác nhan.

B ả n g 3 N h iệt độ p h â n hủy cùa các m âu N i(O H j2

Theo các tài liệu đã công bô [14-16] nhiệt độ xảy ra phản ứng phân hủy giảm chứng tỏ mẫu k ém bền nhiệt hơn, điều này tương quan vói kích ♦hưár ti-ìh thể của m ẫu là nhò hơn, và do đó có lợi cho hoạt tính điện hó a của mẫu niken hiđroxit

Hình 10 thê hiện các đường phân cực vòng của các điện cực nikcr hiùroxil đưọc chế tạo từ các vật liệu M4, M5, M6 đo trong môi trườna K O H 1 M

21

Hình 1 0 Đ ư ờ n g p h â n cự c vòng các m ẫu N i(O H )2 điều ch ế từ các muối

T ừ hình 10 ta thấy điện cực niken hiđroxit điều chế từ mẫu M5 cho hoạt tính điện hóa tốt nhất ( thê hiện ờ mật độ dòng pick anôt và catôt cao hơn so với hai điện cực còn lại), điều này phù hợp với kết quả thu được từ phép phàn tích nhiệt ờ trên

T ừ các kết qu ả trên cho phép rút ra kết luận, để điều chế vật liệu niken hiđroxit bằng p h ư ơ n g pháp kiềm, sử dụng muối N i(N O j) cho vật liệu có hoạt tính điện hóa cao hơn T h êm vào đó, việc sử dụng muối N i ( N 03 ) 2 cũng cho sán phẩm N i(O H) 2 dễ nghiền hơn so với sử dụng bằng các muối khác

2.2.3 Ả nh h ư ởn g của vỉêc cho thêm các nguyên tố Coban, kẽm và nhôm đến cấu trúc và tính chất của vât licu Ni(OH)?

a A n h h ư ở n g tớ i cấ u trúc.

H oạt tính điện hóa cùa vật liệu Ni(OI 1 ) 2 có liên quan chặt chẽ lới câu trúc

vi mô của loại vật liệu này Việc thay đôi các th ô n s sô cua quá trình '<J như: nồng độ duno dịch phan ứng, nhiệt độ phàn ứna aiá trị pH híti

22

thêm vào của tác nhân tạo phức, nguyên tố thêm v à o có ảnh hường quyết định đến cấu trúc vi mô của sàn phẩm N i(O H) 2 tạo thành Trong số các thôna sô tôna hợp này, việc cho thêm các nguyên tố lạ vào là nhân tố quan trọng ảnh hườna đến cấu trúc hóa học v à tinh thể của niken hiđroxit.

Trong đề tài này ch ú n g tôi sử dụng các nguyên tố cho thêm là Zn Co, Al Dung dịch hỗn hợp muối nitrat có chứa ion N i2+ và Zn2t với các thành phần khác nhau ( Z l : 10%; Z2: 15%; Z3: 20%; Z4: 25% mol cua Zn); hoặc Ni2+ và

C o2+ ( C l : 3%, C2: 5%, C3: 10% mol của Co) hoặc N ì2t và AI3* ( A l : 5% A2: 10%, A3: 15%, A4: 20% , A5: 25% mol cùa Al) được thêm dần vào duna dịch NaOH ờ 60°c với tốc độ không đồi Kết tủa được ngâm 16h ở 60°c sau đo được lọc, rửa đến khi pH =7 và sấy ờ 6 0 °c trong vòng 12h

Giản đồ nhiễu xạ tia X của các m ẫu N i( O H) 2 có chứa hàm lươrm Zn, Co,

AI với tỉ lệ khác nhau được chỉ ra ờ hình 11,12,13 Trên các đường nhiễu xạ tia

X thu được, không có pick nào chứng tò sự có mặt của Zn hay Z n (O H )2 Co hay

C o(O H) 2 và AI hay Al(OH);, Điều này chứng tỏ Zn, Co, AI đồng kết tua với Ni trong mạng lưới tinh thể của niken hiđroxit, có nghĩa là nguyên tố Zn, Al Co dã thay thế cho vị trí của Ni, vì vậy niken hiđroxit có chứa n su y ên tố thay thế Zn

Co, hay AI có thể viết dưới dạng Zn-N i(O H )2, Co- N i( O H) 2 và Al- N i(O H) 2Trên hình 11, đ ư ò n g (5) thể hiện N i(O H ): nguyên chất không có mặt Zn đây là cấu trúc tinh thể cùa dạng P-Ni(OH )2- Sau khi thêm Zn ( với hàm luợng 15% mol trờ lên), có môt pick phản xạ mới xuất hiện ở 1 0° (2 G), chứng tỏ sự có

mặt của pha a Khi hàm lượng Zn đạt 25% mol, ta có thê thây k h ô n s còn nick

phán xạ nào chứng tỏ sự có mặt của pha P- N i( O H) 2 quan sát được trên dườna 4 (xem hình 10) điều này chỉ ra sự chuyên hóa từ pha P- N i(O H) 2 thành pha a-

Ni(OH): đà xay ra hoàn toàn

23

VNU-HN-SIEMENS D5005 ■ Mau Ni(0H)2 ■ 1,2,3,1 5

2-Theta • Scale

Q ]f* S*vC»i*to-KhMOU*C»ÍH<"'»*-T»P» JTVDiba*d-SWl IC 000 • ■ End'70 ooo • • Stop O.UO‘ -Stoplm* I0»-T*np »3 'C (Hoorr, hta* CuO.mxi aSĩ»C4l?«i5

ffir.nOro Hi S^í-ta-tttOUếrOMHe^-T^ỈTVTIita^-SUitlCOOO-.M TOOOO- SUP ocoo- SleotaTì 'S|.T|I>* SOTIRooml-VcỂ &.-& •**SH’04IIJ»:

^.ềCiim -rh S«*C4n*ta-IOhOU«HHOj*«-T|p 2TVT> bcte) • SU/t :ococ'-E* 70 ooo • • a * 0 ao • • Sn> lr» 1 c I • Tmp :s 3 % (fcofl4 • t a * :a-&MSW aK’« 'íiiíl

83r.iOOim.-F1i SwOfl»<HO<MOW«O^M4/i»-T|pi n*f>bdBd• ỈM 5M0• • £nd ro 010 • • 030■ • ỉ * t r » IJ|.T«rp « c'C:fioonj Vce 1I4Í20

2 ) y |0 5 ™ S*HCmHj-IOiK>-'«CHl-M5rj»-lTPi JTVTi.beUd-St.rt 5 000 ’ • E* »8010 ■ $1« c DO'-Step brw 1 3 1 - T«np 25 0 ‘C iRoonO Arae* -C/eMri s r o i K íí r

Hình 11 Giàn đồ X R D các m ẫu N i(O H ): có chửa hàm lượ ng Zn khác n h a i■

l-IO % m oI; 2 -15% m ol; 3-20% m o/, 4- 25% m pl; 5 - ()%mol

Các đường nhiễu xạ tia X cùa các mẫu Co- N i ( O H) 2 được thẻ hiện trên hình 11 Các pick đặc trưng cho các mặt phẳng phản xạ chí ra ràng tất ca các mẫu đều có cấu trúc d ạng P- N i(O H )2 Khoảnơ cách c0 giữa các mặt của cấu trúc brucite của N i(O H )i dược thể hiện ờ giá trị dooi■ Giá trị d 1 0 0 và d 1 , 0 thuộc về khoảng cách a giữa các nguyên từ Ni - Ni tro n s các lớp cưa niken hiđroxit ơ dỏ

a được tính bàng [ 2 \'7 ]d| ( , 0 hay 2d|io [12,16] Các số liệu trên bang 4 c h u n ” to các mẫu đều có cùne cấu trúc (3- Ni(OH )i d ạ n ” cơ ban

s a

VNU-HN-SIEMENS D5005 • Mau Ni(0H)2 - 5.7,8,9

2-Theta - Scale

Q r t 2TVT>6c**ISW lSW r.W 700’C • Stap 0 030 • ■ s * * • • 5»■ 1 * * Ji 0 X <*«*>*«* c , c ,

-f -f l t n o W -F b S - * O r * * » O U « O W i.« -T » 8 » m m » w d -* w i SBBD*.£^ 7DOi«‘ -liw C O O 9 * w Ĩ Í 0 - C Í W | *

B9Y.ioCm.Fk r».',p.:THTSeo* 5*1 s»)•-£* n)010 s^:ac- s^tr« •o.-v* Hoxítam-*

f f l r 50 0iTri.Fh I I *FP r v r t i bcuđ ■ StM 5 000 ■ - £ia W)0'0 • $<* : 30 • 51« 19».T w * w 0 •<: <Sacr.> A«

4C4 1«?*•

IQ4-ÌG4 4:

104'J U U

Hình 12 Gian đó X R D các m áu N i(O H ): có chứ a hàm lượng Co khác nhau

1- 3% m oI(C 1); 2-5% m ol( C 2j; 3 -I0 % m o l( C ỉ); 4- 0% (M I)

B ảng 4 Sổ liệu thu đư ợc từ gian đồ nhiễu xạ tia X các m ẫu

pha a- N i(OH ): Chiều cao cua pick phan xạ tărm dàn khi hàm lư ợ n” Aỉ thum

vào tăng, chửng tỏ sự tăn g dần m ức độ tinh thể dạng a ( tinh thể trờ nên to hơn) Tuy nhiên khi hàm lượng nhôm lớn hơn 20% chiều cao pick có xu hướna eiàm.

N hư vậy, khi th êm kẽm với hàm lượng lớn hon hoặc bằng 25%mol và nhôm với hàm lượng trên 10% mol vào N i(O H) 2 dưới dạng đồng kết tủa, sẽ cho sản phẩm có cấu trúc d ạn g a- Ni(OH)?

VhU -H N -S E V E N S 05CG5 • Mau \i(C B i2 • V j j

ĨTD - ị

i

:-T n e [3 -S c ỉlr

■*gC3i»>«3iỉvu»-'‘í« rTVi K B3-iff::axi• ■ b i *aa,c ■ ■ SISCŨE'-S*PT* »,M1 •*.u Ci :»J*1 :i‘ĨỈƠ TXH

^ r a o l l ỉ i CVSL3-TỊ* 7TVTÌ K>rt-$ait5IIir-ỉ>el5 ;C , -S*? JB0 i K * í r c t Ci-CiUKt ai^iG 5 2 5

3 -T3C»í -'» *r mt ow-5»T5 •-?»?»* ’3«-T««p 3 8 1 :i- c » a n :ivjC •): c,

3 y i i i u fk *;:xn >im rvA »-T f« ^iTito»o-swtíO B'-E»iTrt:’- a j: n D ' ĩw»i» r;i.Ttnc s c t : i - í c 39.7.

S r e o ỉM - í* 7 T y n co w -s» tí0 ir -b in i3 tr -» j2 im , -SK*>* <0*-T*ap S í t “OOPI-^ÍÌ C I"!C"«I

Hình 13 G iàn đồ X R D các m âu N i(O H ): chứa hàm l ư ợ n g A i khár hru

I - 5% mol, 2- I0% m ol, 3- 15%mol, 4- 20% m ol, 5- 25% m ol

b Đ ộ bền cấu trú c

Độ bền của mẫu N i(O H ): d ạ n s câu trúc a trong môi trirờna kiềm !.i uột yêu cầu quan trọna cua vật liệu Vì khi ngâm trong mói trường kiềm, nó bị chuyền dần thành cấu trúc dạn 12 P- Ni(OH):- làm mãt dân hoại tính cua diện L Ú C

Đe đánh ơiá độ bền cua các mẫu ơ- Ni(OII); điều chế dược, chim.: 0 hành nơâm các mẫu có chửa 25% mol Zn và 20% AI vào môi trirờnti

26

trong thời gian 5 tuân Hình 14, 15 là các giàn đồ nhiễu xạ tia X cua các mẫu sau ngâm.

Theo kêt qu ả hình 14 ta thấy, sau khi ngâm, một phần mẫu a- Ni(OH ): cùa

mâu Z4 đã chuyên sang p- N i(O H )2, điều này được thể hiện ờ sự xuất hiện pick phản xạ của mặt ph ản g (001) với d= 4,6A° Tuy nhiên, sự chuyền pha khôns xảy

ra hoàn toàn do pick phản xạ ở 1 0° (2 0) vẫn còn rõ ràng, chứng tò sự tồn tại của pha a- N i(O H )2- N h ư vậy, khi có mặt Zn với hàm lưọng 25% mol, pha u-

N i(O H) 2 của vật liệu điều chế được đã khône bị chuyển hóa hoàn toàn thành P-

N i(O H )2

Sở dĩ có sự chuyến hóa này là do: Trong a- Ni(OH): có tồn tại ? lóp cấu trúc, bao gôm: lớp hiđroxit tích điện dươníí và các anion và nước hấp phụ xen kẽ giữa các lớp[8.9] Trong môi trường kiềm mạnh, các lớp bị đề hiđrat hóa các anion dược thay thế bời các nhóm ion hiđroxyl dẫn đến sự chuyên hóa từ u —> (3

V N U -H N -S IE V E N S 0 5 0 0 5 - M 3U N :(0 * -)2 - '.w ÍS3U n g âm )

Hình 14 G ian âô nhiêu xạ tia X m âu Z4 sau ngâm

Khác với m ẫu Z4 mẫu A4 không thể hiện sự biến đôi cấu trúc nào sau khi

ngâm ( xem hình 15) chứng tỏ đây là dạng a- N i(O H ) bền vững Điều này có

thể được giải thích: khi thêm AI vào, điện tích dương của các lớp hiđroxit tăng lên sức bền cun sụ' liên kèt với CiK ion hâp phụ ỉỉiĩra các lớp dirạc tă n ” cườnỉi

kết qua pha u- Ni(()l I) dược làm bẽi, hoa[ 1 ] Sự kéo dai cua pick ở 10" chứnti to

sau khi ngâm tinh thẻ tơ nên to hon với độ tinh thê tốt hơn

Kết quà trên cho thấy, AI có ưu điềm vượt trội so với Zn trong việc làm bền hóa cấu trúc a - Ni(OH ), một yêu cầu quan trọng đối với vật liệu hoạt động cho điện cực.

Hình 15 Giòn đó nhiêu xạ tia X m âu A4

c A nh h ư ởn g tớ i h o ại tính điện hóa

Đe đánh giá hoạt tính của các vật liệu điều che được, chúng tôi tiến hành

đo các đưòng phân cực vòng cùa các điện cực được chế tạo từ các mẫu vật liêu trên tro n s môi trường K O H IM Ket quá được chi ra ở hình 16.1 7.1 8

T ừ các đường cong phân cực, ta có thể thấy khi thêm Co, Z n hay AI vào

N i(O H) 2 hoạt tính điện hó a của vật liệu tăng lên, thể hiện ờ sự tăng m ật độ dòng cực đại, giảm khoảng cách giữa thế pick anôt và pick catôt, đồng thời tăng quá thế thoát oxi Sự tăng hoạt tính của vật liệu khi thêm Zn, AI có liên quan tới sự thay đổi cấu trúc của vật liệu từ dạng Ị3-N i(O H) 2 thành a - N i(O H )2, là loại vật liệu hoạt động điện hóa tốt hơn N h ư các tài liệu đã nghiên cứu[6-12], a - N i(O H) 2 khi

bị oxi hóa, tạo thành y- N iO O H ở thế ít dương hơn nên giá trị thế pick chuyên hóa N i2+ —> N i3+ dịch dần về phía âm, kéo theo sự giảm hiệu thế pick anôt và catôt

U(V)

Hình 16 C ác đư ờng p h â n cự c vòng m au N i(O H )2 với hàm lư ợ ng Co kh ác nhau

Với bột N i(O H) 2 có chứa coban, khi tiến hành phân cực anôt, p- ( '

bị oxi hóa thành P- C o O O H [16], đây là một phàn ứng không thuận n g h iu ,

do tính dẫn điện tốt của [3- C oO O H hoạt tính của vật liệu được tăng lên nhiều (thế hiện ớ sự tăng khả n ă n s thuận nghịch và tốc độ chuyến hóa dù hàm 1 r a n g

Co sử dụng không cao) Việc đồng kết tủa Co trong thành phần Ni(OH);, c :ọi hon việc trộn thêm bột C o (O H )ị vào thành phần vật liệu điện cực do làm aiảm

29

đáng kể hàm lượng Co cần sử dụng ( một sản phẩm có giá thành cao) mà vẫn đạt được chất lượng m ong muốn.

U(v)

Hình \ 1 Đ ư ờ n g p h â n cự c vỏng m áu N i(O H jj chứa AI với hàm lượng khác nhau

1- 5% m ol; 2- 10% moì; 3- 15% m ol; 4- 2 0% m ol; 5- 25% m oỉ

Phân tích chi tiết hơn các đường phân cực vòng thu được, chúng ta có thc nhận thấy trong các m ẫu vật liệu nghiên cứu Ni(OH)i có chứa hàm lượng Co 5% ' Zn 20% hay AI 20% cho hoạt tính tốt hon các mẫu khác, do chúng tạo thành các vật liệu với ưu điểm :

- Phản ứng oxi hóa khừ hiđroxit niken xày ra ở thế ít dương hon

- Sự chuyền đổi oxi hóa khử của niken hiđroxit dễ dàng hơn

- Q uá thế thoát oxi lớn hơn

2.2.4 Ả nh hưởng của nhiêt đô trong quá trình xử lý thủy nhict tỏi tính chất của vât liêu N U O H )?.

Trong đa số các quá trình điều chế N i(O H) 2 làm vật liệu điện cực niken hiđroxit kết tủa được n ° â m vài ngày đc thu được san phàm có cấu trúc và hoạt tính m o n s muốn Gần dày có nhiỏu công trình 112.14] giỏi thiệu viộc SU' dụng thủy nhiệt các kết túa ( một kỹ thuật xử lý) dê chê tạo vật liệu vỏ'i những nét dặc

trưng lạ Đe đánh giá ảnh hường của nhiệt độ quá trình xử lý thùy nhiệt tới cấu trúc và tính chất của vật liệu N i(O H )2, chúng tôi tiến h ành như sau:

N i(O H) 2 được điều chế bằng cách: nhò từ từ dung dịch N1SO4 0,8M vào dung dịch N a O H IM ở nhiệt độ phòng Kết tủa được lọc, và rửa sạch ( trừ trường hợp xét đến hiệu ứng của ion kiềm), sau đó dược xử lý thủy nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau trong vòng 2 giờ Sau khi thùy nhiệt, sản phâm được lọc và sấy ở 60°c trong thời gian 1 2 giờ

a A nh h ư ởn g tớ i cấu tr ú c :

Hình 19 thê hiện các đường nhiễu xạ tia X cúa các mẫu N i(O H ): được xừ

lý thủy nhiệt ờ các nhiệt độ 80° đến 160°c.

3 lí 50ŨD' &Tl n a s * Sto CKHD'-35J*Tr CSs Í í A a t di 'SC l&CE Oir*T * J Oa*o>

N O * sa m ' frd TO E’ atiQ C ED ^-aplnQ S í l r t t a m i ’.Js A u tG i / u 'S C tC ÌD * ! 173YZIt!Q19!1/».1

‘K>?'Z.-^v-StrT SCTD ■ ữtíT X lT ’ apO Q D ' 3ip»rT* 05 v V j lT « r l-3s - tu i: Oi /1_' • iCB 1ir.*T A ír r* a o Q 'iírr r r m r

V ' 4 0 Í ■■C/»v l r 531 ã \í *>E 1 9 w 3 3 C ' 3ip*>-eQ5s « T Ì m j ’0% A v i : Z ' j CL ã ir* T Vj'»■»*! YXrTĩT " CfcíE>V

•«: '••>£ «/»*■ st«t í JE &u t a r a jj0 2 D 3 < |)ln :j5 s fc'* cL itc ')s ->u»: ì i : ■ ‘A h Qwr*T 3Z/ZJ1 '• I 2 - V

l© 0 *0 W r > H jírj»e V N O C ■ J » v ' -VI 'M B-HKtpU a 3ÌHD-b3£HI : « g n *j h I I C -jti9COX (ỊHTT^PCCE n } r i'& t

Hình 19 Gián ãồ X R D các m ẫ u N i(O H ): th ủy nh iệt ơ các nhiệt độ kha _

T ừ các đường nhiễu xạ tia X có thê thấy các m ẫu sàn phâm đều có cấu trúc dạng P- N i(O H )2 Sự phân chia đinh pick của mặt p h ẳ n s phản xạ (001) trên các mẫu được xử lý ờ nhiệt độ nhỏ hơn 140° chứng tỏ cấu trúc nghèo tinh thề của các vật liệu này K hi nhiệt độ xử lý tăng, các pick nhọn dần lên, tư ơ n s ứng với kích thước tinh thể tăng dần N h ư vậy khi nhiệt độ xừ lý tăng kéo theo sự tăng mức độ tinh thể của vật liệu được xử lý thủy nhiệt Nguyên nhân là do sự giảm lượng nước hiđrat hóa trong thành phần, kéo theo sự tă n s mức độ trật tự trong mạng lưới.

Bên cạnh T hành phần ( sự cho thêm Co, Zn, A l ) và mức độ tinh khiết, một số tính chất vật lý cũng ảnh hường mạnh đến tính chất của niken hiđroxit, sư dụng làm vật liệu hoạt động trone các điện cực niken Trong thực tế, giá trị độ rộne nứa pick (F W H M ) và kích thước tinh thể nhận được từ nó có liên quan chặt chẽ tới tính năng điện hóa cùa vật liệu

Theo lý thuyết, khi tăng F W H M ( tương ứng với giảm kích thước tinh thế) hiệu suất sừ dựna niken hiđroxit được tăna lên Tuv nhiên, vật liệu n°hèo tinh the thề hiện độ dẫn điện kém, dẫn đến sự hoạt độna, điện hóa bị ui am đi Do đó khôno phải càna siảm kích thước tinh thê càna có lợi mà nó phai đạt một kích thước giới hạn Giới hạn được nhiều tác oia nghiên cứu và đưa ra là 200- 300 A u.Hình 20 thề hiện các đường phân cực vòng của các điện cực được chế lạo

từ bột N i(O H) 2 được điều chế bằng phương pháp thùy nhiệt

Theo kết quả hình 20 ta có thể thấy mẫu được xử lý ở 140°c cho hoạt tính

cao hơn các mẫu được x ử lý ở nhiệt độ khác Điều này có thể được giải 'h '" ' Ho

ớ nhiệt độ xử lý này cấu trúc tinh thê N i(O H) 2 đạt được mức độ trật tự và KÌdi thước thích hợp nên cho hoạt tính tôt Khi nhiệt độ x ử lý trên 160°c trong, san phẩm có thể tạo thành N iO là thành phần khôna hoạt độn điện hóa làm gian; dần hoạt tính cua diện cực

H ìn h 2 0 Đ ư ờ ng p h â n cực vòng m ẫu N i(O H )2 được x ư lý thúy nhiệt

1- 8 0 nC; 2- 100nC; 3- 120°C; 4- 140nc ; 5- 160°c

N hư vậy, bằng phư ơng pháp thủy nhiệt có thê điều chế được vật liệu có hoạt tính điện hóa khá tốt, khi nhiệt độ xử lý là 140°c cho vật liệu có hoạt tính cao nhất Thêm vào đó, việc xử lý thủy nhiệt có thề cho sản phẩm sau 2h, khác với các sản phẩm khác mất rất lâu thời gian, đồng thời sán phấm tạo thành rát dề lọc so với các p hư ơ ne p háp kết tủa bằng phương pháp kiềm thông thường Đây chính là ưu điểm có được của phươna pháp này

2.2.5 Đánh giá dung lu o n g tư ong đối của vât lỉcu Ni(OH)7 điều ch ^ thoọ các phương pháp khác n h a u

Dung lượng phóng điện của điện cực là một trong những tiêu chuan quan trọng nhất đê đánh aiá chât lượns của vật liệu điện cực Vật liệu có du.iỉ phóno càng cao thì cho khả năno ứna, dụng c à n s lớn Đe so sánh dung lượna tưưnti đối cua các vật liệu điền chế được, chúnti tòi tiến hành như sau:

Ép các điện cực từ các vật liệu điều chế được từ trên vói cúng điều kiọn \ c thành phần và chê độ ép Sau đó tiên hành phân cực với mật độ dònc 2i L ' 'c m :

33

trong dung dịch K O H I M (trong khoảng thời gian lgiờ) Khi đó trên điện cực xảy ra quá trình oxi h ó a (tích điện)

N i(O H )2 - l e + O H ' - » N iO O H + H20

Sau đó tiến hành phân cực với mật độ dòng không đổi -2m A /cm : trongdung dịch K O H IM và ghi giá trị thế điện cực theo thời gian Khi đó trên điệncực xảy ra quá trình k h ử ( phóng điện):

34

thành C o3+, phản ứng x ảy ra không thuận nghịch, nên trong quá trình phóng điện

C o3+ không bị chuyển thành C o 2+ Sự có mặt của C o O O H làm tăna độ dẫn điện của vật liệu N i(O H) 2 giúp cho quá trình chuyển hóa từ N i2 thành N i3' xảy ra dề dàng hơn và với tốc độ và độ chuyển hóa cao hơn Sự có mặt của các ion hóa trị

ba C o3+ và Al3+ trong thành phần làm cho giá trị thế phóng điện của vật liệu được tăng lên

Sự tăng giá trị thế và thời gian phóna điện cùa vật liệu có chứa Co và AI liên quan chặt chẽ với hoạt tính của vật liệu này như các kết quà đã kháo sát ơ phần trên.Việc thời gian phóng điện của mẫu có chứa AI k h ô n s dài bàng mẫu có chứa Co có liên quan đến hàm lưọng hoạt chất N i(O H) 2 thực có trong mẫu này (vì hàm lượng AI chiếm đến 20%mol)

Như vậy, vật liệu N i(O H) 2 điều chế băng phương pháp kiềm, sau khi dược

xử lý thủy nhiệt hay thêm nguyên tố khác như: Co, Zn, AI cho tính năna tốt hơn Dặc biệt việc cho thêm C o 2+ hoặc A l3+ rất có lợi cho dung lượng phóng cùa vật liệu Tronơ số các ion cho thêm, Co cho vật liệu có d u n s lượng lón nhất thề hiện

ờ giá trị thê cao và thời aian phóng điện là dài nhất

35

KÉT LUẬN

1 Đ ã điều chế được vật liệu N i(O H) 2 có cấu trúc dạng a, p và vô định hình băng các phư ơng p háp khác nhau Đ ông thời cũng khảo sát đưọc sự ánh hưởng của cấu trúc vật liệu tới hoạt tính của chúng

2 Sự có mặt cùa Co không làm thay đôi cấu trúc vật liệu N ì(OH )ị diều chế theo phương pháp kiềm, nhưng sự có mặt của Zn (20% mol) và AI (10% mol) trờ lên làm P- N i( O H) 2 chuyển hoàn toàn thành a- N i(O H )2

3 Sự có mặt của AI là tác nhân làm bền hóa cấu trúc dạne a cua vật liệu

N i(O H )2

4 Việc xử lv thủv nhiệt kết tủa hay đưa thêm các nguyên tố như Co Zn, AI vào thành phân làm tăng đáng kê hoạt tính điện hóa và dung lượng phórm điện của vật liệu N i(O H ): Trong số đó vật liệu có chứa Co trone, thành phần cho dung lượng phóng điện cao nhất

T À I LIỆU THAM KHẢO

1 R A charya, T S ub b aiah , S.A nand, R P.D as, J o u rn a l o f p o w e r S o urces

2002, 109, 4 9 4 - 4 9 9

3 J Chen, D.H B radhurst, Jo u rn a l o f the e le c tro c h e m S o c \9 9 9 , 146 (10),

3 606-3612.

4 M A vra m ov-Ivic, V J o v a n o v ic , J o u rn a l o f the electroanalyticcd

chem istry 1 9 9 7 ,4 2 3 ,1 1 9 -1 2 1

5 Trinh X uan Sen, N g u y e n Thi M a i , P ro c e e d in g o f n a tio n a l co n feren ce o f

p ro je c tio n p h y s ic a l a n d th eo retica ỉ chem istry Hanoi 2000.

6 Trinh X u a n Sen N g u y e n Thi C am Ha, P ro c e e d in g o f the 1 l th A si Vì P aci/ìc

co rro sio n co n tro l conference 1999, vol 2, 752-759.

7 Jae W oo K im and Su M o o n Park, Jo u rn a ỉ o f the e !e c tro c h e m S o c \9 9 9 , 146

12 M Jafarian, M G M ahjani, H Heli, F.Gobal, M IỈe y d a ip o o r,

E le c tro c h e m istry C o m m u n ica tio n s , 5(2003) 184-188

n P V i s h n u K am ath, M rid u la Dixit, and L Indira, J o u rn a i ư / the eìectro ch em S o c 1994, 141(11), 2956-2959

14 B ing Liu, Z h a n ‘ỉ Y un sh i, H ua ta ng Yuan, H uabin Yang Endorm Y ane,

In te rn a tio n a l J o u rn a l (>t Iỉy d r o ^ e n E nergy 2000, 25 333-337

15 C.Y.VVaim, S.Zhonti K K o n st an ti no v ( j \ \ altcr U.K.Liu S o lid S' nic

2 0 0 2 , 1 4 8 , 5 0 3 - 5 0 8

16.C hun- C h e n Yanii, In te rn a tio n a l J o u n w l o f H y d ru g e n Energy 2002, 27,

1071- 1081

3 7

PHỤ LỤC

CÁC SẢN PHÂM KHOA HỌC ĐÃ HOÀN THÀNH

* C ác bài b áo và b áo c á o k h oa học

1 Ảnh h ư ởn g của cá c p hư ơng p h á p điều chẻ N ik en hiđroxit đến cấu trúc và tính ch ấ t điện hoá củ a điện cực niken hiđroxit trong môi trường kiềm

VIỆN KHOA HỌC VÀ CỒNG NGHỆ VIỆT NAM

VIETNAMESE ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Tạ p chí H ó a học, T 43 (3), Tr 331 - 335, 2005

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

NIKEN HIĐROXIT ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA

Đ ến Tòa soạn 6-8 -2 0 0 4

TRỊNH X U Â N SÉ N , N G U Y Ễ N THỊ C A M h à , n g u y ễ n x u â n v i ế t

K lioa H óa học, Trường Đ ạ i liọc Klioa học tự nhiên, Đ ại học Q uốc gia Hà N ội

SU M M A R Y

eleclrochemical precipitation were prepared The properlies o f lúckel hydroxides pow ders has been studied by tlierm ogravim etr\ a n a h sis TGA and TDA), pow der X- ray diffraction and cyctic voltammetry methods Therm ogravim etry analysis and X-ray diffraction patterns shown tliat nickel hydroxides pow ders preparing with different metìiods liave different water conlents and degree o f crystalline C yclic voltam m etry citrves slion'11 thai electrocle is made from nickel hydroxide pow der o f electrodepositỵ method has the better electrocliem ical property than the others In addition the Htilizalion o f nickel hydroxide electrode is higlier llian thai o f nickel eìectrode.

I - GIỚI THIỆU

Niken hiđroxit (N i(O H )2) được sử dụng rộng

rãi làm vật' liệu điện cực N i(O H ): [5] Đ iện cực

niken hiđroxit có khả năng trao dổi thuận

nghịch tốt và dung lượng cao (dung lượng lí

thuyết là 4 56 m A h/g [4]), dẫn đến nhiều ứng

đụng của nó trong thực tế Hầu hết những ứng

dụng gần đây của niken hiđroxit là làm vật liệu

điện cực dương cho acqui N i-M H Người ta

cũng thấy rằng dung lượng của acqui niken nói

chung bị giới hạn bởi dung lượng của bản cực

niken hidroxit [5] V ì thế v iệc nghiên cứu tìm

các biện pháp nhằm tăng dung lượng của điện

cực niken hiđroxit là một vấn đề rất quan trọng

trong những vấn đề nghiên cứu để không ngừng

nâng cao chất lượng cùa acqui kiềm [6, 7].

Nhiều công trình trong những năm gần đây

có những nghiên cứu tìm các biện pháp khác

nhau nham nâng cao chất lượng N itO H ), đê’ chê

tạo ra bản cực dương có khả nãng chuyển hóa

nãng lượng hóa học thành diện năng với chất lượng cao [ 4 - 6 ]

Nhằm góp phần vào lĩnh vực này, trong bài báo này chúng tôi sẽ giới thiệu các kết quả nghiên cứu về ảnh hường cùa các phương pháp điều c h ế bột niken hiđroxit đến cấu trúc và tính chất điện hóa cùa điện cực niken hiđroxit trong

m ôi trường kiềm.

II - KẾT Q U Ả V À THẢO LUẬN

1 P hư ơng p háp n ghiên cứu

Đ ể tiến hành nghiên cứu cấu trúc của bột niken hiđroxit chúng tỏi sử dụng phương pháp phân tích nhiệt và phương pháp nhiễu xạ tia X Đường phân tích nhiệt được đo trẽn thiết bị

2 9 6 0 SDT V 3 0 F Đường nhiễu xạ tia X cùa các mẫu niken hiđroxit được đo trên thiết bị SIEM ENS D 5005 sử dung bức xạ Cụ Ka Sừ dụng thiết bị điện hóa PGS-HH8 để đo các

331

M inh, N g u y ễn X uãn N g u y ê n N g u y ễ n Hữu N iê u , N g ô

Q uốc Q uyển Chu Pham N s ọ c Sơn, Phan T ong Sợn, Trần Vãn Sun2, Đ ặ n s N h ư T ại, H ỏ Sĩ T h oan g, Lảm

N o ọc Thụ, N g ỗ Thị T huận, Q u ách Đ ă n g T riều ,.H oàn g Trone Y êm

C ác bạn gửi bài dăng cliít ý:

- Tạp chi Hóa học đãng những C ỏ n 2 trinh nghiên cứu có giá trị khoa học và thực tiễn trong các lĩnli vực hóa học và cóng n sh ệ hóa học Tạp chí đãng các bài viêt bằng tiêng V iệt hoặc tiêng Anh.

- Do sự hạn ch ế cùa khuôn khổ Tạp chí chỉ có thể đãng nhữna bài khòng dài quá 5 trang in, kể

cà hình vẽ bàng số và tài liệu tham khảo, trừ nhữne trườna hơp ngoại lệ do H ội đổng biên tập véu cầu Trons mỗi bài có khóng quá 5 hình vẽ.

- Tòa soạn chì nhận những bài đánh máy rõ ràng, hình vẽ đặt d ú n s ch ỗ, ký hiệu và công thức phải Yiet rõ I*mg, chính xác Tài liệu tham khảo nêu là tạp ch í cần eh i theo thứ tự: tên tác giả, tén tạp chí, tập, số, trana, năm; nếu là sách: tên tác aiả, tên sách, trang, nhà xuất bản, lần xuất bàn nám xuất bàn; nếu là báo cáo hội nghị: tên tác aiả, tên báo cáo, tên hội nghị và tuyển tập, trang, nám; nếu là để tài (hoặc luận vãn): tcn tác siả , tên đé tài (luận vãn), nơi bào vệ, năm; IIOI12 mọi [rường hợp, năm de tron2 ngoặc đơn N ếu tài liệu tham khảo thuộc hệ chữ tượng hình thì dịch sang tiếng V iệt, thuộc hệ Slavc thì phièn ám ra chữ la tinh Bài gửi đăng phải có tóm lắt nội duna bàna tiéna Anh, đê phía irén bài: phần tóm tát nội duns bàns tiếng Anh cùa bai MCÍ bang tlõng Việt phai nên dươc đấy đủ nội dune cùa bài, có thê dái hết trang thứ nhất cùa bài báo Các bài dcu phai có đáu đé bàng cả hai thứ tiếng V iệt và Anh 'để làm mục lục cho

só tap chi).

- Đé' tiện liên lạc n gười vi ết c ấn ghi rõ đ ịa chi c ơ q u a n , s ố đ i ệ n t h o a i c ơ q u a n và s ố đ i ệ n thoại

nhà riêng (II ":i có) vào phía dưới đầu dề bài gửi đãni:

T.tp c h í x u ât b a n m ỗ i n a m (1 táp) 6 so

Bãi k h ó n g d ã n s k h ỏ n c tra lai b à n thào.

Biên tập kỹ thuật: Đ oàn T hi Y ến O an h

Thư lừ bài v ớ xin gửi th e o đ ịa chỉ:

T òa soạn Tap c h í H ó a h ọ c

70 Trán H ư ng Đ ạ o H à N ộ i

Đ iện thoại: 9 4 2 2 8 2 5 8 2 2 4 5 3 1

E -m ail: tchh(5 is i.a c v n