CHẾ TẠO HỢP KIM GỐC LaNi5 LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂM ĐỘ BỀN CAO ĐỂ SỬ DỤNG TRONG ĂCQUY Ni-MH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM


VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU




UÔNG VĂN VỸ


CHẾ TẠO HỢP KIM GỐC LaNi
5

LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂM ĐỘ BỀN CAO
ĐỂ SỬ DỤNG TRONG ĂCQUY Ni-MH


LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

HÀ NỘI – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM


VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU





UÔNG VĂN VỸ


CHẾ TẠO HỢP KIM GỐC LaNi
5

LÀM VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC ÂM ĐỘ BỀN CAO
ĐỂ SỬ DỤNG TRONG ĂCQUY Ni-MH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Chuyên ngành: Kim loại học
MÃ SỐ: 62 44 50 15


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS. Lê Xuân Quế
PGS TS. Nguyễn Văn Tích





HÀ NỘI - 2012
i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng
tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Lê Xuân Quế và
PGS. TS. Nguyễn Văn Tích. Các số liệu và kết quả được
trình bày trong luận án này được trích dẫn từ các bài báo
của tôi, đã và sẽ được công bố, là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án


Uông Văn Vỹ

ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lê Xuân Quế và PGS.
TS. Nguyễn Văn Tích, những người thầy đáng kính của tôi. Các thầy đã
luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt
thời gian thực hiện luận án.
Tôi xin cám ơn cơ sở đào tạo, Viện Khoa học Vật liệu, đã tạo điều
kiện cho tôi hoàn thành và bảo vệ luận án.
Tôi xin cám ơn lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới, cám ơn các đồng
nghiệp tại Phòng Ăn mòn và Bảo vệ kim loại – Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã
luôn động viên, khích lệ, cổ vũ và giúp đỡ tôi trong quá trình tôi thực hiện
luận án.
Tôi xin cám ơn TS. Vũ Hồng Kỳ và các cộng sự, Phòng vật liệu kim
loại quý hiếm, PGS TS. Nguyễn Huy Dân và các cộng sự, Phòng Vật lý
Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học Vật liệu đã nhiệt tình giúp đỡ tôi
trong quá trình chế tạo vật liệu và chế tạo mẫu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới những người bạn của tôi. Sự
động viên và giúp đỡ của các bạn luôn là nguồn động lực to lớn và không
thể thiếu, giúp tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận án.
Nhân dịp này, tôi muốn dành những tình cảm sâu sắc nhất đến những
người thân yêu trong gia đình, bố mẹ tôi, những người đã sinh ra và nuôi
dạy tôi khôn lớn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi ăn học, các anh chị và
các em đã động viên, giúp đỡ, chia sẻ những khó khăn và gánh vác công
việc đỡ tôi.
Cuối cùng tôi xin dành những tình cảm đặc biệt tới vợ và con gái vô
cùng thân yêu của tôi, những người cho tôi nghị lực và tinh thần để hoàn
thành luận án.

iii

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN
i

LỜI CẢM ƠN
ii

MỤC LỤC
iii

DANH MỤC CÁC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
vi

DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN ÁN
viii

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN
xv

MỞ ĐẦU
1

CHƯƠNG 1. HỢP KIM LaNi
5
ỨNG DỤNG TRONG ĂC QUY Ni-MH
4

1.1. Ăc quy Ni-MH 4

1.1.1. Giới thiệu về ăc quy Ni-MH 4

1.1.2. Cấu tạo của ăc quy Ni-MH 6

1.1.3. Nguyên lý hoạt động 7

1.1.4. Đặc trưng nạp điện 8

1.1.5. Đặc trưng phóng điện 10

1.1.6. Hiện tượng nạp quá và phóng quá 11

1.1.7. Đặc tính tự phóng 12

1.2. Hợp kim hấp thụ hyđrô gốc LaNi
5
13

1.2.1. Cấu trúc tinh thể của hợp kim LaNi
5
13

1.2.2. Khả năng hấp thụ thuận nghịch hyđrô 14

1.2.3. Vai trò của các nguyên tố thành phần trong hợp kim 15

1.2.4. Ăn mòn và phá hủy hợp kim LaNi

5
19

1.2.5. Tính chất từ của hợp kim LaNi
5
21

1.2.6. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến tính chất hợp kim LaNi
5
22

1.2.7. Các phương pháp chế tạo hợp kim LaNi
5
25

1.2.8. Các hướng nghiên cứu ở trong nước về hợp kim LaNi
5
26

1.3. Kết luận chương 1 – nội dung nghiên cứu của luận án 28

CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1. Các phương pháp chế tạo vật liệu và điện cực 29

2.1.1. Phương pháp nấu luyện bằng hồ quang 29

2.1.2. Phương pháp và thiết bị nghiền cơ 31

iv

2.1.3. Chế tạo điện cực nghiên cứu 34

2.2. Các phương pháp phân tích vật lý 35

2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X 35

2.2.2. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X 37

2.2.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét 37

2.2.4. Phương pháp khối phổ plasma cảm ứng 39

2.3. Các phương pháp nghiên cứu tính chất điện hóa 40

2.3.1. Hệ đo điện hóa 40

2.3.2. Phương pháp quét thế vòng 41

2.3.3. Phương pháp tổng trở điện hoá 45

2.3.4. Phương pháp dòng tĩnh galvanostatic 51

2.3.5. Phương pháp thế tĩnh potentiostatic 51

CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO HỢP KIM LaNi
4,3-x
Co
x
Mn

0,4
Al
0,3

53

3.1. Chế tạo hợp kim khối LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
53

3.1.1. Các điều kiện và quy trình chế tạo 53

3.1.2. Phân tích thành phần pha và cấu trúc tinh thể của hợp kim 57

3.1.3. Phân tích thành phần hóa học của hợp kim 59

3.2. Chế tạo hợp kim bột LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3

63

3.2.1. Nghiền vật liệu trên thiết bị nghiền hành tinh Fritsch P-6 63

3.2.2. Nghiền vật liệu trên thiết bị nghiền năng lượng cao Spex 8000D 68

3.2.3. Biến đổi cấu trúc tinh thể của vật liệu trong quá trình nghiền 71

3.3. Kết luận chương 3 72

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĂN MÒN HỢP KIM LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
TRONG
DUNG DỊCH KOH
74

4.1. Nghiên cứu ăn mòn điện cực khối LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3

74

4.2. Nghiên cứu ăn mòn hợp kim bột LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
79

4.3. Kết luận chương 4 82

CHƯƠNG 5. ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC HẠT ĐẾN TÍNH CHẤT ĐIỆN
HÓA CỦA HỢP KIM LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3

83

5.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt hợp kim đến quá trình hoạt hóa 83

5.1.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt hợp kim đến phổ CV hoạt hóa 83

v

5.1.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt hợp kim đến hiệu suất hoạt hóa

85

5.1.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt hợp kim đến điện thế mạch hở 87

5.1.4. Ảnh hưởng của kích thước hạt hợp kim đến biến thiên dòng
trao đổi và điện trở phân cực
89

5.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến dung lượng bề mặt 92

5.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến phổ tổng trở điện hóa 93

5.4. Kết luận chương 5 96

CHƯƠNG 6. ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC HẠT HỢP KIM GỐC LaNi
5

ĐẾN KHẢ NĂNG PHÓNG NẠP CỦA ĐIỆN CỰC
97

6.1. Nghiên cứu phóng nạp bằng phân cực dòng tĩnh 97

6.1.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến quá trình nạp điện 98

6.1.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến quá trình phóng điện 100

6.2. Nghiên cứu xác định hệ số khuếch tán hyđrô 102

6.2.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến hệ số khuếch tán 104

6.2.2. Ảnh hưởng của điện thế phân cực đến hệ số khuếch tán 106

6.3. Kết luận chương 6 107

KẾT LUẬN
108

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
110

TÀI LIỆU THAM KHẢO
113

vi

DANH MỤC CÁC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

1. Các chữ viết tắt
Ni-MH: Niken – Hyđrua kim loại
Ag/AgCl: Điện cực bạc clorua
V/SCE: Vôn so với thế điện cực calomen bão hòa
MH: Hyđrua kim loại
TEM: Hiển vi điện tử truyền qua
SEM: Hiển vi điện tử quét
XRD: Nhiễu xạ tia X
XPS: Phổ quang điện tử tia X

CV: Quét thế vòng đa chu kỳ
EIS: Phổ tổng trở điện hóa
EDS: Phổ tán sắc năng lượng tia X
GS: Phương pháp dòng tĩnh Galvanostatic
PS: Phương pháp thế tĩnh Potentiostatic
PANi: Polyanilin

2. Các ký hiệu
C: Dung lượng danh định
Q
S
: Dung lượng bề mặt
C
dl
: Điện dung lớp điện tích kép
R
p
: Điện trở phân cực
R
ct
: Điện trở chuyển điện tích
E
corr
: Điện thế ăn mòn
Q
n
: Điện lượng nạp, dung lượng nạp
Q
p
: Điện lượng phóng, dung lượng phóng

i: Mật độ dòng điện
i
0
: Dòng trao đổi
i
corr
: Dòng ăn mòn
D: Hệ số khuếch tán
R: Hệ số tương quan
vii

DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN ÁN

Trang

Hình
1.1

So sánh kích thư
ớc giữa ăc quy ch
ì và
ăc quy Ni
-
MH

5

Hì
nh 1.2

Các d
ạ
ng c
ấ
u t
ạ
o c
ủ
a ăc quy Ni
–
MH, a: vuông, modul;

b: viên hình trụ, c: viên hình khuy áo
6

Hình 1.3

Lư
ớ
i Ni x
ố
p (a) và sau khi đ
ã trát ch
ấ
t ho
ạ
t đ
ộ
ng đi
ệ

n c
ự
c (b)

7

Hình 1.4

Mô hình
đi
ệ
n hoá c
ủ
a ăc quy Ni
-
MH

7

Hình 1.5

Bi
ế
n thiên nhi
ệ
t đ
ộ

theo đi
ệ

n lư
ợ
ng và t
ố
c đ
ộ

n
ạ
p đi
ệ
n

9

Hình 1.6

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a t
ố
c đ
ộ

phóng đi
ệ
n (a) và nhi

ệ
t đ
ộ

(b) đ
ế
n
dung lượng của ăc quy Ni-MH
1
0

Hình 1.7


Đ
ặ
c tính t
ự

phóng c
ủ
a ăc quy Ni
-
MH

1
3

Hình 1.8

C
ấ
u trúc m
ạ
ng tinh th
ể

c
ủ
a h
ợ
p kim LaNi
5

1
3

Hình 1.9

S
ự

hình thành hy
đrua t
ừ

pha khí (a)

và t
ừ

ph
ả
n
ứ
ng đi
ệ
n
hóa (b)
1
4

Hình 1.10

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a các nguyên t
ố

thay th
ế

đ
ế
n th
ể

tích ô m
ạ
ng
cơ sở
1
7

Hình 1.11

C
ấ
u trúc l
ụ
c giác ki
ể
u UCl
3

c
ủ
a La(OH)
3

hư
ớ
ng chi
ế
u tr
ụ
c

20

Hình 1.12

Ả
nh SEM b
ề

m
ặ
t m
ẫ
u
L
aNi
2,49
Al
1,98
Mn
0,49
Co
0,08
ban đ
ầ
u
(a), và sau 23 ngày ngâm trong dung dịch KOH 5M (b)

2
1

Hình 1.13

Ả
nh SEM b
ề

m
ặ
t m
ẫ
u
L
aNi
2,49
Al
1,98
Mn
0,49
Co
0,08

chưa
phóng nạp (a), và phóng nạp 200 chu kỳ CV (b)
2
1

Hình 2.1

C

ấ
u t
ạ
o bu
ồ
ng n
ấ
u và h
ệ

th
ố
ng n
ấ
u luy
ệ
n h
ồ

quang

29

Hình 2.2

Máy nghi
ề
n bi d
ạ
ng có cánh khu

ấ
y và sơ đ
ồ

tang nghi
ề
n

3
1

Hình 2.3

Máy nghi
ề
n hành tinh 4 c
ố
i

3
2

Hình 2.4

Máy nghi
ề
n hành tinh Fritsch P
-
6 và
chuy

ể
n đ
ộ
ng c
ủ
a c
ố
i
và bi
3
2

viii

Hình 2.
5

Máy nghi
ề
n năng lư
ợ
ng cao SPEX 8000D

3
3

Hình 2.6

C
ấ

u t
ạ
o đi
ệ
n c
ự
c LaNi
5

3
5

Hình 2.
7

Nguyên lý máy nhi
ễ
u x
ạ

tia X 4 vòng tròn và thi
ế
t b
ị

D8
–

ADVANCE
3

6

Hình 2.8

Sơ đ
ồ

nguyên lý
c
ủ
a kính hi
ể
n vi đi
ệ
n t
ử

quét

3
8

Hình 2.9

H
ệ

th
ố
ng

FESEM S
-
4800

38

Hình 2.10


Kh
ố
i ph
ổ

k
ế

plasma c
ả
m
ứ
ng Agilent 7500

39

Hình 2.11


Thi
ế

t b
ị

Autolab PG.STAT 30

41

Hình 2.12

Bi
ế
n thiên th
ế

đi
ệ
n c
ự
c theo th
ờ
i gian

42

Hình 2.13

Bi
ế
n thiên dòng
đi

ệ
n theo
th
ế

phân c
ự
c

42

Hình 2.14

Qua h
ệ

gi
ữ
a dòng và
đi
ệ
n th
ế

trong quét th
ế

vòng

42

Hình 2.15

Quét th
ế

tuy
ế
n tính cho h
ệ

b
ấ
t thu
ậ
n ngh
ị
ch

43

Hình 2.16

Đư
ờ
ng CV c
ủ
a đi
ệ
n c

ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

44

Hình 2.17

M
ạ
ch đi
ệ
n tương đương c
ủ
a bình
đi
ệ
n phân

46

Hình

2.18

T
ổ
ng tr
ở

trên m
ặ
t ph
ẳ
ng ph
ứ
c

47

Hình 2.19

T
ổ
ng tr
ở

c
ủ
a quá trình
đi
ệ
n c

ự
c nhi
ề
u giai đo
ạ
n

47

Hình 2.20

T
ổ
ng tr
ở

khi có s
ự

h
ấ
p ph
ụ

(a) và khi có s
ự

th
ụ

đ
ộ
ng (b)

48

Hình 2.21

Sơ đ
ồ

m
ạ
ch đi
ệ
n tương đương c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c MH
x

v
ớ
i Z
di

là

tổng trở khuếch tán
49

Hình 2.22

Sơ đ
ồ

m
ạ
ch đi
ệ
n tương đương c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c MH
x

49

Hình 2.23

Ph
ổ

t
ổ

ng tr
ở

Nyquist c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

t
ạ
i
E = -1,2 V/SCE
49

Hình 2.24

Ph
ổ tổng trở Bode của điện cực LaNi
3,8
Co

0,5
Mn
0,4
Al
0,3

t
ại E
= -1,2 V/SCE
50

Hình 2.25

Sơ đ
ồ

m
ạ
ch tương đương c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c g
ố
c LaNi
5

50

Hình 3.1

Gi
ả
n đ
ồ

pha c
ủ
a h
ệ

La
-
Ni

55

Hình 3.2

Sơ đ
ồ

kh
ố
i quy trình ch
ế

t

ạ
o h
ợ
p kim
LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3

56

ix

Hình 3.3

Gi
ản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu
LaNi
3,9
Co
0,4
Mn
0,4
Al
0,3

57

Hình 3.4

Gi
ản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

57

Hình 3.5

Gi
ả
n đ
ồ

nhi
ễ
u x
ạ

tia X c

ủ
a các m
ẫ
u
LaNi
3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3

58

Hình 3.6

Ph
ổ

tán s
ắ
c năng lư
ợ
ng tia X c
ủ
a m
ẫ
u L
aNi

3,9
Co
0,4
Mn
0,4
Al
0,3
(M1.1)
60

Hình 3.7

Ph
ổ

tán s
ắ
c
năng lư
ợ
ng tia X

c
ủ
a m
ẫ
u
LaNi
3,8
Co

0,5
Mn
0,4
Al
0,3
(M2.3)
60

Hình 3.8

Ph
ổ
t
án s
ắc năng l
ư
ợng tia X

c
ủa mẫu
LaNi
3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3

(M3.3)

61

Hình 3.9

Ảnh SEM v
à đư
ờng phân bố kích th
ư
ớc hạt của hợp kim
LaNi
3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3
nghiền 2 giờ trên máy Fritsch P6
63

Hình 3.10

Ảnh SEM v
à đư
ờng phân bố kích th
ư
ớc hạt của hợp kim
LaNi
3,7
Co

0,6
Mn
0,4
Al
0,3
nghiền 4 giờ trên máy Fritsch P6
64

Hình 3.11

Ảnh SEM v
à đư
ờng phân bố kích th
ư
ớc hạt của hợp kim
LaNi
3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3
nghiền 6 giờ trên máy Fritsch P6
64

Hình
3.12

Ảnh SEM v

à đư
ờng phân bố kích th
ư
ớc hạt của hợp kim
LaNi
3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3
nghiền 8 giờ trên máy Fritsch P6
65

Hình 3.13

Ả
nh SEM và đư
ờ
ng phân b
ố

kích thư
ớ
c h
ạ
t c
ủ
a h

ợ
p kim
LaNi
3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3
nghiền 10 giờ trên máy Fritsch P6
65

Hình 3.14

Ả
nh
SEM và đư
ờ
ng phân b
ố

kích thư
ớ
c h
ạ
t c
ủ
a h
ợ

p kim
LaNi
3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3
nghiền 12 giờ trên máy Fritsch P6
66

Hình 3.15

Ả
nh SEM và đư
ờ
ng phân b
ố

kích thư
ớ
c h
ạ
t c
ủ
a h
ợ
p kim
hợp kim LaNi

3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3
, sau 14 giờ nghiền trên máy
Fritsch P6
66

Hình 3.16

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a th
ờ
i gian nghi
ề
n đ
ế
n kích thư
ớ
c h
ạ
t trung
bình của hợp kim LaNi

3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3
nghiền trên thiết bị
Frisch P-6
67

x

Hình 3.17

Ảnh SEM v
à đư
ờng phân bố kích th
ư
ớc hạt của hợp kim
LaNi
3,9
Co
0,4
Mn
0,4
Al
0,3
sau 1 giờ nghiền trên máy Spex 8000D

68

Hình 3.18

Ảnh SEM v
à đư
ờng phân bố kích th
ư
ớc hạt của hợp kim
LaNi
3,9
Co
0,4
Mn
0,4
Al
0,3
sau 3 giờ nghiền trên máy Spex 8000D

69

Hình 3.19

Ả
nh SEM và đư
ờ
ng phân b
ố

kích thư

ớ
c h
ạ
t c
ủ
a h
ợ
p kim
LaNi
3,9
Co
0,4
Mn
0,4
Al
0,3
sau 5 giờ nghiền trên máy Spex 8000D
69

Hình 3.20

Ả
nh SEM và đư
ờ
ng phân b
ố

kích thư
ớ
c h

ạ
t c
ủ
a h
ợ
p kim
LaNi
3,9
Co
0,4
Mn
0,4
Al
0,3
sau 20 giờ nghiền trên máy Spex
8000D
69

Hình 3.21

Ả
nh SEM và đư
ờ
ng phân b
ố

kích thư
ớ
c h
ạ

t c
ủ
a h
ợ
p kim
LaNi
3,9
Co
0,4
Mn
0,4
Al
0,3
sau 30 giờ nghiền trên máy Spex
8000D
70

Hình 3.22

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a th
ờ
i gian nghi
ề
n đ
ế

n kích thư
ớ
c h
ạ
t trung
bình của hợp kim LaNi
3,9
Co
0,4
Mn
0,4
Al
0,3
nghiền trên thiết bị
Spex 8000D
71

Hình 3.23

Bi
ế
n đ
ổ
i c
ủ
a gi
ả
n đ
ồ

nhi
ễ
u x
ạ

tia X c
ủ
a h
ợ
p kim
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
theo thời gian nghiền trên máy
Fritsch P6
71

Hình 3.24

Bi
ế
n đ
ổ
i c
ủ

a gi
ả
n đ
ồ

nhi
ễ
u x
ạ

tia X c
ủ
a h
ợ
p kim
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
theo thời gian nghiền trên máy Spex
8000D
71

Hình 4.1

Đư

ờ
ng cong Tafel c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3

theo
thời gian ngâm trong dung dịch KOH 6M, giá trị x ghi trên
hình
75

Hình 4.2

Bi
ế
n thiên th
ế

ăn m
òn c

ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
theo thời gian ngâm trong dung dịch KOH 6M
76

Hình 4.3

Bi
ế
n thiên dòng
ăn m
òn c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
4,3-x

Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
76

xi

theo th
ờ
i gian ngâm trong dung d
ị
ch KOH 6M

Hình 4.4

Bi
ế
n thiên đi
ệ
n tr
ở

phân c
ự
c c
ủ
a đi

ệ
n c
ự
c LaNi
4,3-
x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
theo thời gian ngâm trong dung dịch KOH 6M
77

Hình 4.5

Bi
ế
n đ
ổ
i ph
ổ

t
ổ
ng tr
ở

t

ạ
i th
ế

E
corr

c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
4,05
Co
0,25
Mn
0,4
Al
0,3
theo thời gian ngâm trong dung
dịch KOH 6M
77

Hình 4.6

Sơ đ
ồ

m
ạ
ch đi
ệ
n tương đương c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
4,3-
x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3

77

Hình 4.7

Bi
ế
n thiên đi
ệ
n tr

ở

chuy
ể
n đi
ệ
n tích c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
4,3-
x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
theo thời gian ngâm trong dung dịch KOH 6M
78

Hình 4.8

Bi
ế
n thiên đi
ệ

n dung l
ớ
p đi
ệ
n tích kép c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
4,3-
x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
theo thời gian trong dung dịch KOH 6M
78

Hình 4.9

Bi
ế
n thiên hàm lư
ợ
ng các kim lo
ạ

i hòa tan theo th
ờ
i gian
ngâm bột LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
kích thước hạt 800 nm
trong dung dịch KOH 6M
79

Hình 4.10

Gi
ả
n đ
ồ

nhi
ễ
u x
ạ

tia X c
ủ
a b

ộ
t
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

kích
thước hạt 800 nm

ban đầu và sau khi ngâm 24 giờ trong
KOH 6M
80

Hình 4.11

Gi
ả
n đ
ồ

nhi
ễ
u x
ạ

tia X c
ủ
a b
ộ
t
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

kích
thước hạt 800 nm sau khi ngâm 48 giờ trong KOH 6M

81

Hình 4.12

Gi
ả
n đ
ồ

nhi
ễ
u x
ạ

tia X c
ủ
a b
ộ
t
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

kích
thước hạt 800 nm sau khi ngâm 168 giờ trong KOH 6M
81

Hình 5.1

Ph
ổ

CV ho
ạ
t hóa c
ủ
a đi
ệ

n c
ự
c LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

kích
thước hạt 1,5µm, số chu kỳ ghi trên hình
8
4

Hình 5.2

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi

3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

đến biến thiên mật độ dòng ở điện thế -1,2V (a) và -0,9V
(b) theo số chu kì CV
84

xii

Hình 5.3

Bi
ế
n thiên đi
ệ
n lư
ợ
ng ho
ạ
t hóa theo s
ố

chu k
ỳ

CV c
ủ
a m
ẫ
u

điện cực LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
, kích thước hạt 600 nm
85

Hình 5.4

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t đ
ế

n bi
ế
n thiên Q
p

theo s
ố

chu kỳ CV của các mẫu LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

86

Hình 5.5.

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ

t đ
ế
n bi
ế
n thiên
hi
ệ
u su
ấ
t
hoạt hóa theo số chu kỳ CV của các mẫu
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

87

Hình 5.6

Bi
ế
n thiên E
n-p

và E

p-n

theo s
ố

chu k
ỳ

CV ho
ạ
t hóa c
ủ
a đi
ệ
n
cực LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
kích thước hạt 800 nm
88

Hình 5.7

Ảnh h
ư

ởng của kích th
ư
ớc hạt hợp kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

đến biến thiên thế mạch hở xử lý từ nhánh CV có chiều
quét thế từ -1,3 V đến -0,8 V
88

Hình 5.8

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi
3,8

Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

đến biến thiên thế mạch hở xử lý từ nhánh CV có chiều
quét thế từ -0,8 V đến -1,3 V
89

Hình 5.9

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4

Al
0,3

đến biến thiên dòng trao đổi xử lý từ nhánh CV có chiều
quét thế từ -1,3 V đến -0,8 V
90

Hình 5.10

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

đến biến thiên dòng trao đổi xử lý từ nhánh CV có chiều

quét thế từ -0,8 V đến -1,3 V
90

Hình 5.11

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

đến biến thiên điện trở phân cực xử lý từ nhánh CV có
chiều quét thế từ -1,3 V đến -0,8 V trong quá trình hoạt hóa
91

Hình 5.12

Ả
nh

hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

đến biến thiên điện trở phân cực xử lý từ nhánh CV có
chiều quét thế từ -0,8 V đến -1,3 V trong quá trình hoạt hóa
91

xiii

Hình 5.13

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a t
ố
c đ
ộ

quét CV đ
ế
n dung lư
ợ
ng phóng đi
ệ
n
của điện cực LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
kích thước hạt 600 nm
và 1,5 µm
92

Hình 5.14

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
đến dung lượng bề mặt Q
s

93

Hình 5.15

Ph
ổ

t
ổ
ng tr
ở

đi
ệ
n hóa c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
kích
thước hạt 800 nm, a. Vùng nạp điện, b. Vùng phóng điện
94

Hình 5.16

Bi
ế

n thiên đi
ệ
n tr
ở

chuy
ể
n đi
ệ
n tích c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
kích thước hạt 800 nm
94

Hình 5.17

Bi

ế
n thiên đi
ệ
n dung l
ớ
p kép c
ủ
a m
ẫ
u đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
kích thước hạt 800 nm
95

Hình
5.18

Ả
nh hư

ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim đ
ế
n đi
ệ
n tr
ở

trao
đổi điện tích của điện cực LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
tại các
điện thế khác nhau
95

Hình 5.19

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim đ
ế
n đi
ệ
n dung l
ớ
p
kép của điện cực LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
tại các điện thế
khác nhau
96

Hình 6.1

Đư
ờ
ng cong n
ạ
p đi
ệ
n c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

với kích thước hạt 1,5 µm
9
8

Hình 6.2

Đư
ờ
ng cong n
ạ
p đi
ệ
n c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

với kích thước hạt 1,0 µm
98

Hình 6.3

Đư
ờ

ng cong n
ạ
p đi
ệ
n c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

với kích thước hạt 600 nm
9
9

Hình 6.4

Đư
ờ
ng cong n
ạ

p đi
ệ
n c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

với kích thước hạt 300 nm
99

Hình 6.5

Đư
ờ
ng cong phóng đi
ệ
n c
ủ
a đi
ệ

n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

với kích thước hạt 1,5 µm
100

xiv

Hình 6.6

Đư
ờ
ng cong phóng đi
ệ
n c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c

LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

với kích thước hạt 1,0 µm
10
1

Hình 6.7

Đư
ờ
ng cong phóng đi
ệ
n c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5

Mn
0,4
Al
0,3

với kích thước hạt 600 nm
101

Hình 6.8

Đư
ờ
ng cong phóng đi
ệ
n c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

với kích thước hạt 300 nm
10
2

Hình 6.9

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ
a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

đến biến thiên dòng phóng theo thời gian tại điện thế -
0,9V/SCE
103

Hình 6.10

Đư
ờ
ng cong phóng đi
ệ
n d
ạ
ng log c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
với kích thước hạt 1,5 μm và 1,0 μm
104

Hình 6.11

Đư
ờ

ng cong phóng đi
ệ
n d
ạ
ng log c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
với kích thước hạt 600 nm và 200 nm

104

Hình 6.12

Ả
nh hư
ở
ng c
ủ

a kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
đến hệ số khuếch tán hyđrô
105

Hình 6.13

Đư
ờ
ng cong phóng đi
ệ
n d
ạ
ng logi
–

t c
ủ

a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
với kích thước hạt 200 nm tại các điện
thế (a) -0,975 V và -0,950 V, (b) -0,925V; -0,90V và -0,875V
10
6




xv

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN



Trang

B
ả
ng 1.1


So sánh

các thông s
ố kỹ thuật của một số loại ăc quy

4

B
ả
ng 1.2

Gi
ớ
i h
ạ
n trên c
ủ
a m
ộ
t s
ố

nguyên t
ố

thay th
ế

Ni

1
6

Bảng 3.1
Nhi
ệ
t đ
ộ

nóng ch
ả
y và nhi
ệ
t đ
ộ

sôi c
ủ
a các kim lo
ạ
i
trong hợp kim
54

B

ả
ng 3.2

Kh
ố
i lư
ợ
ng ph
ố
i li
ệ
u các m
ẫ
u LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3

5
4

B
ả
ng 3.3

Giá tr

ị

góc 2
θ c
ó nhi
ễ
u x
ạ

c
ự
c đ
ạ
i c
ủ
a các h
ợ
p kim đ
ã
chế tạo
58

B
ả
ng 3.4

Các h
ằ
ng s
ố

m
ạ
ng và th
ể

tích ô m
ạ
ng c
ủ
a các h
ợ
p kim đ
ã
chế tạo
59

B
ả
ng 3.5

Thành ph
ần nguy
ên t
ố của các mẫu
LaNi
3,9
Co
0,4
Mn

0,4
Al
0,3

60

B
ả
ng 3.6

Thành ph
ần nguy
ên t
ố mẫu
LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

6
1

B
ả
ng 3.7

Thành ph
ần nguy
ên t
ố của các mẫu
LaNi
3,7
Co
0,6
Mn
0,4
Al
0,3

61

B
ả
ng 3.8

Công th
ức hóa học của các hợp kim đ
ã ch
ế tạo

6
2

B
ả
ng 3.9

Ảnh h
ư
ởng kết hợp của khối l
ư
ợng cho d
ư đ
ến chỉ số của
La và Mn
6
2

B
ả
ng 6.1

H
ệ

s
ố

b và R
theo kích thư
ớ
c h
ạ
t h
ợ
p kim

LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3

10
5

B
ả
ng 6.2

H
ệ

s
ố

b, R và D c
ủ
a đi
ệ
n c
ự
c
LaNi

3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
kích
thước hạt 200 nm tại các điện thế phân cực khác nhau
1
06


1



MỞ ĐẦU

Hiện nay trên thế giới đang đặc biệt quan tâm đến năng lượng hyđrô,
một loại nhiên liệu sạch và có khả năng tái tạo. Tuy nhiên vấn đề tích trữ, vận
chuyển và sử dụng hyđrô hiện nay đang gặp phải những khó khăn lớn. Các
phương pháp hóa lỏng và tích trữ trong các bình chịu áp suất cao đều không
mấy hiệu quả. Các nhà khoa học trên thế giới đang quan tâm nghiên cứu khả
năng tích trữ bằng các vật liệu hấp thụ hyđrô, tạo thành hyđrua. Hợp kim
LaNi
5
có khả năng hấp thụ thuận nghịch hyđrô trong điều kiện thường, rất
phù hợp cho các thiết bị tích trữ năng lượng, đang được nghiên cứu.
Ăc quy Ni-MH (Nikel – Metal Hydride), có điện cực âm được chế tạo

từ hợp kim LaNi
5
, hoạt động dựa trên nguyên lý tích thoát hyđrô. Trong quá
trình nạp nước bị điện phân thành hyđrô hấp thụ trên điện cực âm dưới dạng
hyđrua, ôxy được tích trữ trong điện cực dương (NiOOH). Quá trình phóng
điện xảy ra ngược lại, tại cực âm hyđrô khuếch tán ra bề mặt điện cực
nhường một điện tử để tạo thành H
+
. Tại điện cực dương NiOOH nhận một
điện tử để tạo thành Ni(OH)
2
và OH
-
đi vào dung dịch điện ly kết hợp với H
+

tạo thành nước. Như vậy trong quá trình hoạt động của ăc quy Ni-MH giống
như một chu trình tạo ra, tích trữ và sử dụng hyđrô một cách hoàn chỉnh trong
một thiết bị duy nhất, không phát thải những chất độc hại ra môi trường.
Ăc quy Ni-MH có nhiều ưu thế nổi trội như dung lượng lớn, tốc độ
phóng nạp cao, giá thành hợp lý và đặc biệt không gây ô nhiễm môi trường
đang rất được quan tâm phát triển để ứng dụng cho ô tô chạy điện.
Dung lượng riêng, tốc độ phóng nạp, thời gian sống của ăc quy phụ
thuộc rất nhiều vào tính chất của vật liệu điện cực âm gốc LaNi
5
. Cùng với
các nghiên cứu cải tiến thành phần hợp kim, phụ gia điện cực, nghiên cứu chế
tạo vật liệu có kích thước tối ưu trở thành một hướng quan trọng. Vật liệu
2

kích thước hạt nhỏ có bề mặt riêng lớn, quãng đường khuếch tán của hyđrô
ngắn sẽ tăng tốc độ phóng nạp, tăng dung lượng riêng, tăng độ bền của ăc
quy Ni-MH.
Ở nước ta bước đầu đã có những nghiên cứu chế tạo hợp kim tích thoát
hyđrô gốc LaNi
5
và phụ gia điện cực, đã thu được những kết quả có ý nghĩa,
làm nền tảng cho những nghiên cứu tiếp theo.
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, tiếp tục nội
dung nghiên cứu trước đây và kế thừa phương pháp chế tạo hợp kim gốc
LaNi
5
bằng nấu chảy hồ quang, đề tài luận án “Chế tạo hợp kim gốc LaNi
5

làm vật liệu điện cực âm độ bền cao để sử dụng trong ăcquy Ni-MH” đề ra
các mục tiêu như sau:
- Chế tạo hợp kim gốc LaNi
5
bằng phương pháp nấu chảy hồ quang và
nghiền cơ học.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt đến tính chất điện hóa bề
mặt, khả năng làm việc của điện cực âm chế tạo từ hợp kim gốc LaNi
5
từ đó
xác định kích thước hạt phù hợp.
Luận án được trình bày trong 127 trang, bao gồm sáu chương và các
phần mở đầu, kết luận, danh mục các bài báo đã công bố và phần tài liệu

tham khảo, cụ thể gồm các chương:
Chương 1. Hợp kim LaNi
5
ứng dụng trong ăc quy Ni-MH, trình bày
tổng quan về ăc quy Ni-MH và tính chất của hợp kim LaNi
5
.
Chương 2. Các phương pháp nghiên cứu, trình bày tổng quan về các
phương pháp chế tạo hợp kim, phương pháp phân tích, phương pháp chế tạo
điện cực, nguyên lý và ứng dụng các phương pháp điện hóa vào nghiên cứu
tính chất của vật liệu điện cực.
Chương 3. Chế tạo hợp kim LaNi
4,3-x
Co
x
Mn
0,4
Al
0,3
trình bày nghiên
cứu ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo đến thành phần, kích thước hạt và
3



cấu trúc tinh thể của hợp kim.
Chương 4. Nghiên cứu ăn mòn hợp kim LaNi
4,3-x
Co
x

Mn
0,4
Al
0,3
trong
dung dịch KOH trình bày kết quả nghiên cứu ăn mòn hợp kim bằng phương
pháp điện hóa, phân tích kim loại hòa tan và sản phẩm ăn mòn.
Chương 5. Ảnh hưởng của kích thước hạt đến hoạt hóa và tính
chất điện hóa bề mặt của hợp kim LaNi
3,8
Co
0,5
Mn
0,4
Al
0,3
trình bày kết quả
nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt hợp kim đến quá trình hoạt hóa, đến
dung lượng bề mặt và các thông số nhiệt động học và động học.
Chương 6. Ảnh hưởng của kích thước hạt hợp kim gốc LaNi
5
đến
khả năng phóng nạp của điện cực trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng
của kích thước hạt đến dung lượng riêng của hợp kim và hệ số khuếch tán của
hyđrô trong hạt hợp kim.
4



CHƯƠNG 1

HỢP KIM LaNi
5
ỨNG DỤNG TRONG ĂC QUY Ni-MH

1.1. Ăc quy Ni-MH
1.1.1. Giới thiệu về ăc quy Ni-MH
Được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1970, ăc quy Ni-MH
được coi là nguồn điện hoá có tiềm năng lớn góp phần giải quyết những vấn
đề bức xúc về tích trữ năng lượng hiện nay [77]. Cấu tạo của ăc quy Ni-MH
gồm cực dương là Ni(OH)
2
, cực âm là hợp kim có khả năng hấp thụ thuận
nghịch hyđrô, giữa hai điện cực được ngăn cách bởi màng xốp tẩm dung dịch
điện li KOH. Một số vật liệu có khả năng hấp thụ hyđrô là các hợp kim gốc
TiFe, ZrV
2
, LaNi
5
tuy nhiên chỉ có hợp kim LaNi
5
là được sử dụng để chế
tạo ăc quy do có khả năng làm việc ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường.
Quá trình hoạt động của ăc quy hoàn toàn dựa trên việc tích thoát hyđrô của
điện cực gốc LaNi
5
, không chứa kim loại nặng, độc hại như Pb, Cd nên không
gây ô nhiễm môi trường.
Bảng 1.1. So sánh các thông số kỹ thuật của một số loại ăc quy [68]
Loại ăc quy
Điện thế

(V)
Năng lư
ợ
ng riêng /

khối lượng
Năng l
ư
ợ
ng riêng /

thể tích
Wh/kg

kJ/kg

Wh/l

kJ/l

Pb

Ni - Cd
Ni - MH
Ag - Zn
Li - ion
2

1,2
1,3

1,5
3,6
35

40
90
110
125
126

144
324
396
450
70

100
246
220
440
252

360
882
792
1584

5

Một đặc điểm nổi bật của ăc quy Ni-MH là có dung lượng riêng lớn. So
sánh cùng dung lượng, ăc quy Ni-MH nhẹ hơn 3 lần và nhỏ gọn hơn 3,5 lần
so với ăc quy chì (hình 1.1). So với nhiều loại nguồn thứ cấp thông dụng
khác, năng lượng riêng của ăc quy Ni-MH chỉ đứng sau ăc quy Li-ion (bảng
1.1). Ăc quy Li-ion có mật độ năng lượng cao tuy nhiên giá thành đắt và đầu
tư cho công nghệ chế tạo lớn hơn gấp nhiều lần so với ăc quy Ni-MH.

Hình 1.1. So sánh kích thước giữa ăc quy chì và ăc quy Ni-MH [68].
Hiện nay trên thế giới đã chế tạo ăc quy Ni-MH với nhiều kích cỡ khác
nhau, từ loại nhỏ cho thiết bị điện tử cầm tay (điện thoại di động, máy ảnh,
thiết bị đo…), đến loại có công suất lớn sử dụng cho xe chạy điện và xe kết
hợp chạy điện - xăng. Ăc quy Ni-MH có thể được sử dụng làm nguồn điện
cho các thiết bị gia dụng, làm nguồn công suất lớn cho các trạm điện sử dụng
năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời.
Được coi là nguồn điện ‘xanh’ tiềm năng nhất giải quyết những vấn đề
bức xúc cho bài toán năng lượng, ăc quy Ni-MH được không ngừng được
nghiên cứu nâng cao chất lượng và hoàn thiện, tập trung chủ yếu vào việc kéo
dài thời gian làm việc, tăng mật độ năng lượng, tăng độ bền và giảm giá thành.
6



1.1.2. Cấu tạo của ăc quy Ni-MH

a

b
Hình 1.2.
Các dạng cấu tạo của ăc

quy Ni–MH, a: vuông kết cấu modul;

b: viên hình trụ, c: viên hình khuy áo

c
Hình 1.2 giới thiệu cấu tạo của ba loại ăc quy Ni-MH thông dụng [68],
gồm các thành phần sau:
- Vỏ: có tác dụng bao gói các thành phần khác và có thể đóng vai trò như
bộ phận tiếp điện ra ngoài, được làm bằng chất dẻo hoặc kim loại.
- Điện cực âm: chế tạo từ lưới Ni xốp (hình 1.3.a) phủ chất hoạt động
cực âm LaNi
5
và các phụ gia.
- Điện cực dương: chế tạo từ lưới Ni xốp (hình 1.3.a) được phủ chất hoạt
động cực dương Ni(OH)
2
và các phụ gia.
- Màng ngăn (lá cách): có tác dụng ngăn cách tiếp xúc điện trực tiếp giữa
hai điện cực, chứa dung dịch điện li, dẫn ion. Màng ngăn được chế tạo từ vật
liệu xốp cao, có khả năng chịu được dung dịch kiềm đặc.
- Tiếp điện (colector) dẫn điện từ các điện cực ra ngoài vỏ.
- Van an toàn chống cháy nổ khi áp suất bên trong quá cao.
7




a

b

Hình 1.3.
Lưới Ni xốp (a) và sau khi đã trát chất hoạt động điện cực (b)

1.1.3. Nguyên lý hoạt động
Mô hình hoạt động của ăc quy Ni-MH được giới thiệu trong hình 1.4.
Trong đó điện cực âm luôn được thiết kế có dung lượng lớn hơn cực dương
để đảm bảo độ an toàn khi hoạt động.

Hình 1.4. Mô hình điện hoá của ăc quy Ni-MH [77]
8



Các phản ứng điện hoá xảy ra trên các điện cực của ăc quy như sau:
Tại điện cực dương:

Tại điện cực âm:

Phản ứng tổng:

n: quá trình nạp điện; p: quá trình phóng điện
Như vậy trong quá trình phóng nạp chất phản ứng tại hai điện cực của
ăc quy đều là nước, điều này giải thích tại sao ăc quy Ni-MH là nguồn điện
hóa học thân thiện với môi trường.
Điện thế cân bằng của phản ứng (1.1) và phản ứng (1.2) tương ứng là
E
1
0
= 0,291V và E
2

0
= -1,072V so với điện cực Ag/AgCl [77]. Phản ứng tổng
(1.3) có điện thế cân bằng theo lý thuyết xấp xỉ 1,363V trong dung dịch KOH
6M, đây chính là sức điện động của ăc quy Ni-MH.
1.1.4. Đặc trưng nạp điện
Hiệu suất nạp điện phụ thuộc chủ yếu vào dòng điện nạp, nhiệt độ và
thời gian nạp. Ăc quy Ni-MH thường được nạp điện ở trong khoảng nhiệt độ
từ 0
o
C đến 40
o
C, trong đó hiệu suất tốt nhất ở nhiệt độ từ 10
o
C đến 30
o
C. Có
thể nạp theo các chế độ sau:
Nạp chậm. Phương pháp nạp truyền thống với dòng nạp không đổi có
giá trị 0,1C, trong đó C là dung lượng danh định của ăc quy, thường có đơn vị
là mAh hoặc Ah. Với tốc độ nạp này lượng khí ô xy sinh ra tại điện cực
dương sẽ không vượt quá tốc độ khử ôxy tại điện cực âm. Quá trình nạp sẽ
kết thúc khi dung lượng nạp đạt đến 150% dung lượng danh định của ăc quy,