Tổng hợp vật liệu Fe2O3 dạng khối đa diện ứng dụng cho pin nạp lại

Engineering and Technology For Sustainable Development - Tập 31 Số 3 - Trang 53-57 - 2021
Thi Hang Bui1, Tuan Anh Trinh1
1International Institute for Materials Science, Hanoi University of Science and Technology, Hanoi, Vietnam

Tóm tắt

Vật liệu Fe2O3 dạng khối đa diện được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt. Cấu trúc, kích thước, hình thái học của chúng được khảo sát bằng phép đo nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử quét. Đặc trưng điện hóa của điện cực Fe2O3 được nghiên cứu thông qua phép đo quét thế vòng tuần hoàn. Ảnh hưởng của chất phụ gia đến đặc trưng điện hóa của điện cực cũng được nghiên cứu. Kết quả chỉ ra rằng vật liệu Fe2O3 dạng khối đa diện chế tạo được cho các đỉnh ôxy hóa-khử rõ ràng. Kết hợp với chất phụ gia điện cực nano các bon và phụ gia dung dịch điện ly K2S, điện cực composit Fe2O3/C cho dòng ôxy hóa-khử cao hơn, các đỉnh ôxy hóa-khử rộng hơn. Điều đó chứng tỏ vai trò quan trọng của chất phụ gia như nano các bon làm tăng độ dẫn điện và tăng diện tích bề mặt hoạt động của điện cực, trong khi K2S làm tăng tốc độ phản ứng ôxy-hóa-khử của sắt, cải thiện khả năng chu trình hóa của ôxit sắt do vậy tăng dung lượng phóng của Fe2O3/C. Vật liệu Fe2O3 dạng khối đa diện tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt có tiềm năng ứng dụng làm điện cực âm trong pin nạp lại.

Từ khóa

#Polyhedral Fe2O3 #nanocarbon #Fe2O3/C composite electrode #K2S additive #rechargeable battery

Tài liệu tham khảo

L. Binder, Experimental survey of rechargeable alkaline zinc electrodes, J. Power Sources. 13 (1984) 9-21. https://doi.org/10.1016/0378-7753(84)80050-6;

A. Mukherjee, I. N. Basumallick, Metallized graphite as an improved cathode material for aluminium/air batteries, J. Power Sources. 45 (1993) 243-246. https://doi.org/10.1016/0378-7753(93)87014-T;

C.A.C. Souza, I.A. Carlos, M. Lopes, G.A. Finazzi, M.R.H. De Almeida, Self-discharge of Fe-Ni alkaline batteries, J. Power Sources. 132 (2004) 288-290. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2003.12.043;

A. Inoishi, T. Sakai, Y.W. Ju, S. Ida, T. Ishihara, Improved cycle stability of Fe-air solid state oxide rechargeable battery using LaGaO3-based oxide ion conductor, J. Power Sources. 262 (2014) 310-315. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.03.125;

B. Yang, S. Malkhandi, A.K. Manohar, G.K. Surya Prakash, S.R. Narayanan, Organo-sulfur molecules enable iron-based battery electrodes to meet the challenges of large-scale electrical energy storage, Energy Environ. Sci. 7 (2014) 2753. https://doi.org/10.1039/C4EE01454E;

Q. Fang, C.M. Berger, N.H. Menzler, M. Bram, L. Blum, Electrochemical characterization of Fe-air rechargeable oxide battery in planar solid oxide cell stacks, J. Power Sources. 336 (2016) 91-98. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.059;

J.O. Gil Posada, P.J. Hall, Post-hoc comparisons among iron electrode formulations based on bismuth, bismuth sulphide, iron sulphide, and potassium sulphide under strong alkaline conditions, J. Power Sources. 268 (2014) 810-815. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.06.126;

A.K. Manohar, C. Yang, S.R. Narayanan, The role of sulfide additives in achieving long cycle life rechargeable iron electrodes in alkaline batteries, J. Electrochem. Soc. 162 (2015) A1864-A1872. https://doi.org/10.1149/2.0741509jes;

S. Malkhandi, B. Yang, A.K. Manohar, G.K.S. Prakash, S.R. Narayanan, Self-assembled monolayers of n -alkanethiols suppress hydrogen evolution and increase the efficiency of rechargeable iron battery electrodes, J. Am. Chem. Soc. 135 (2013) 347-353. https://doi.org/10.1021/ja3095119;

J.O.G. Posada, P.J. Hall, Controlling hydrogen evolution on iron electrodes, Int. J. Hydrogen Energy. 41 (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.04.123;

N. Jayalakshmi, V.S. Muralidharan, Electrochemical behaviour of iron oxide electrodes in alkali solutions, J. Power Sources. 32 (1990) 277-286. https://doi.org/10.1016/0378-7753(90)87021-I;

C. Chakkaravarthy, P. Periasamy, S. Jegannathan, K.I. Vasu, The nickel/iron battery, J. Power Sources. 35 (1991) 21-35. https://doi.org/10.1016/0378-7753(91)80002-F;

L. Carlsson, An iron - air vehicle battery, 2 (1977) 287-296;

S.R. Narayanan, G.K.S. Prakash, A. Manohar, B. Yang, S. Malkhandi, A. Kindler, Materials challenges and technical approaches for realizing inexpensive and robust iron-air batteries for large-scale energy storage, Solid State Ionics. 216 (2012) 105-109. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2011.12.002;

A.K. Manohar, S. Malkhandi, B. Yang, C. Yang, G.K. Surya Prakash, S.R. Narayanan, A high-performance rechargeable iron electrode for large-scale battery-based energy storage, J. Electrochem. Soc. 159 (2012) A1209-A1214. https://doi.org/10.1149/2.034208jes;

A.K. Manohar, C. Yang, S. Malkhandi, G.K.S. Prakash, S.R. Narayanan, Enhancing the performance of the rechargeable iron electrode in alkaline batteries with bismuth oxide and iron sulfide additives, J. Electrochem. Soc. 160 (2013) A2078-A2084. https://doi.org/10.1149/2.066311jes;

B.T. Hang, M. Eashira, I. Watanabe, S. Okada, J.I. Yamaki, S.H. Yoon, I. Mochida, The effect of carbon species on the properties of Fe/C composite for metal-air battery anode, J. Power Sources. 143 (2005) 256-264. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2004.11.044;

B.T. Hang, T. Watanabe, M. Eashira, S. Okada, J.I. Yamaki, S. Hata, S.H. Yoon, I. Mochida, The electrochemical properties of Fe2O3-loaded carbon electrodes for iron-air battery anodes, J. Power Sources. 150 (2005) 261-271. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.02.028;

B.T. Hang, S.-H. Yoon, S. Okada, J. Yamaki, Effect of metal-sulfide additives on electrochemical properties of nano-sized Fe2O3-loaded carbon for Fe/air battery anodes, J. Power Sources. 168 (2007) 522-532. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.02.067;

J. Černý, K. Micka, Voltammetric study of an iron electrode in alkaline electrolytes, J. Power Sources. 25 (1989) 111-122. https://doi.org/10.1016/0378-7753(89)85003-7.