Nghiên cứu tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc-bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm của nguồn điện bạc kẽm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ



BÙI ĐỨC CƯƠNG


NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA HỆ ĐIỆN CỰC
NANO BẠC/BẠC OXIT TRONG DUNG DỊCH ĐIỆN LI KIỀM
CỦA NGUỒN ĐIỆN BẠC KẼM


Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 62 52 03 01


TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2015

Công trình được hoàn thành tại
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng


Người hướng dẫn khoa học:
TS Trần Quốc Tùy
GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng


Phản biện 1: PGS.TS Trần Trung

Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên

Phản biện 2: PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Duy Kết
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự




Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp tại
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi … h… ngày … tháng
… năm 2015.


Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
- Thư viện Quốc gia Việt Nam


1
A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1.Ý nghĩa của luận án
Hệ điện hoá bạc oxit - kẽm đã được sử dụng từ lâu, dưới dạng nguồn điện sơ cấp
(pin) và nguồn điện thứ cấp (acquy). So với các loại nguồn điện hóa học thông
thường khác, nguồn điện hóa bạc oxit - kẽm gọi tắt là nguồn điện bạc kẽm có tính
năng vượt trội về năng lượng riêng, công suất riêng, cho phép phóng điện với dòng
rất lớn và điện thế làm việc ổn định. Chính vì vậy, nó thường được sử dụng trong
nhiều lĩnh vực kỹ thuật cao cấp, đặc biệt là trong kỹ thuật vũ trụ, kỹ thuật quân sự.

Trong kỹ thuật quân sự, nó được sử dụng làm nguồn động lực cho các loại tàu ngầm
loại P của Hải quân, Đặc công; các loại ngư lôi, tên lửa của Hải quân; cung cấp điện
năng cho các hệ thống điều khiển của máy bay chiến đấu để khởi động lại các động
cơ trong tình huống chiến đấu.
Hiện tại ở Việt Nam nguồn điện hoá bạc kẽm sử dụng chủ yếu trong vũ khí,
trang thiết bị kỹ thuật quân sự nhập ngoại, giá thành cao; sản phẩm trong nước mới
chỉ ở dạng thử nghiệm, vấn đề ứng dụng công nghệ cao như công nghệ nano chưa
thực sự vận dụng, điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sự hình thành sản phẩm quốc
nội có ý nghĩa cả về khoa học kỹ thuật lẫn giá trị kinh tế. Vì vậy việc nghiên cứu
công nghệ chế tạo điện cực cũng như nguồn điện bạc kẽm có ý nghĩa lớn về khoa
học cũng như thực tiễn; làm được điều này sẽ giúp cho chúng ta làm chủ công nghệ,
chủ động trong việc chế tạo nguồn điện.
Trên đây chính là các căn cứ để nghiên cứu sinh lựa chọn và đề xuất đề tài luận án
“Nghiên cứu tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch
điện li kiềm của nguồn điện bạc kẽm”.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án
* Mục tiêu của luận án:
- Nghiên cứu chế tạo điện cực bạc/bạc oxit trong nguồn điện bạc kẽm với chất hoạt
động điện cực có kích thước hạt cỡ nanomet.
- Nghiên cứu tính chất điện hóa của hệ điện cực chế tạo, làm sáng tỏ vai trò kích
thước nano đến bản chất của điện cực.
- Thử nghiệm các tính năng điện hóa trên pin đơn bạc kẽm với điện cực dương là hệ
điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo.
* Nhiệm vụ chính của luận án:
- Điều chế và khảo sát cấu trúc, hình thái chất hoạt động điện cực dương bạc/bạc
oxit có kích thước hạt cỡ nanomet.
- Chế tạo điện cực bạc/bạc oxit với chất hoạt động điện cực kích thước cỡ nanomet.
- Khảo sát cấu trúc, hình thái điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo.
- Nghiên cứu tính chất điện điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch
điện li kiềm.

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của điện cực nano bạc/bạc
oxit trong dung dịch điện li kiềm.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt chất hoạt động điện cực đến tính chất
điện hóa hệ điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm.
- Tính toán các đại lượng điện hóa đặc trưng trên pin đơn bạc kẽm chế tạo với điện
cương dương là hệ điện cực nano bạc/bạc oxit.
3. Những đóng góp mới của luận án
2
- Đã chế tạo nano bạc dạng bột có kích thước hạt 10 ÷ 80 nm và chế tạo thành công
điện cực bạc/bạc oxit sử dụng cho nguồn điện bạc kẽm.
- Đã nghiên cứu một cách hệ thống tính chất và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất
điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm.
- Bằng các phương pháp quét thế vòng đa chu kì (CV), phổ tổng trở Nyquist, phân
cực dòng không đổi chứng minh cơ chế phóng – nạp của điện cực hệ nano bạc/bạc
oxit trong dung dịch điện li kiềm.
- Đã chế tạo pin đơn hệ bạc kẽm sử dụng điện cực dương nano bạc/bạc oxit. Kết quả
bước đầu cho thấy pin có các tính năng vượt trội so với pin hệ bạc kẽm có kích
thước hạt vật liệu thông thường (cỡ μm).
B. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
Chương 1: Tổng quan
Đã tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước về công nghệ chế tạo, tính chất
điện hóa và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của điện cực bạc/bạc oxit
trong dung dịch điện li kiềm của nguồn điện bạc kẽm.
Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là:
- Điện cực bạc/bạc oxit với chất hoạt động điện cực kích thước nanomet.
- Nghiên cứu tính chất điện hóa, các yếu tố ảnh hưởng và tính toán các giá trị đặc
trưng hệ điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo.
Trong luận án chúng tôi tập trung nghiên cứu:

- Điều chế vật liệu và khảo sát hình thái cấu trúc chất hoạt động điện cực có kích
thước nanomet.
- Chế tạo và khảo sát hình thái cấu trúc điện cực nano /bạc oxit.
- Nghiên cứu tính chất điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện
li kiềm của nguồn điện bạc kẽm.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa hệ điện cực chế tạo.
- Chế tạo hệ pin đơn bạc kẽm với điện cực dương nano bạc/bạc oxit.
Mục đích đạt được là nâng cao đặc tính điện hóa điện cực nhằm áp dụng vào
chế tạo nguồn điện bạc kẽm hiệu năng cao tại Việt Nam.
2.2 Phương pháp nghiên cứu
- Chế tạo và khảo sát hình thái cấu trúc chất hoạt động điện cực dương (bạc và các
oxit của nó) bằng các phương pháp nghiên cứu hiện đại EDX, X-ray, FEMSEM,
TEM, đo diện tích bề mặt BET.
- Chế tạo và khảo sát hình thái cấu trúc điện cực bạc/bạc oxit với chất hoat động
điên cực có kích thước nanomet bằng các phương pháp nghiên cứu hiện đại EDX,
X-ray, FEMSEM, Nhiệt vi sai, đo diện tích bề mặt BET.
- Khảo sát tính chất điện hóa điện cực chế tạo bằng phương pháp CV, phổ tổng trở
điện hóa, phân cực dòng không đổi.
- Khảo sát các yếu tố nhiệt độ, kích thước hạt, lực ép, chất phụ gia,… đến tính chất
điện hóa của điện cực chế tạo.
- Chế tạo thử hệ pin đơn bạc kẽm với điện cực dương là điện cực nano bac/bạc oxit
chế tạo ở trên.

3
Chương 3: Kết quả và thảo luận
3.1 Điều chế chất hoạt động điện cực bạc/bạc oxit
3.1.1 Kết quả thực nghiệm
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ chất tham gian phản ứng đến kích thước và trạng
thái nano bạc
Mẫu

Nồng
độ Ag
+
(mol/l)
Nồng
độ
Gluco
(mol/l)
Nồng
độ DEA
(mol/l)
pH
(sau
phản
ứng)
Thời gian
lắng
(giờ)
Kích
thước hạt
trung
bình(nm)
Trạng
thái
tồn tại
C1
0,2
0,05
0,1
9

0,5
160-300
Bột
C2
0,15
0,05
0,1
9
0,5
50-270
Bột
C3
0,1
0,05
0,1
8
0,5-1
10-50
Bột
C4
0,075
0,05
0,1
9
1 – 2
10-40
Bột
C5
0,05
0,05

0,1
10
1 – 2
1-30
Bột
C6
0,025
0,05
0,1
10
2 – 3
1-35
Bột
C7
0,01
0,05
0,1
11
3–5 ngày
-
lơ lửng
C8
0,005
0,05
0,1
11
3–5 ngày
-
lơ lửng
C9

0,003
0,05
0,1
11
>5 ngày
-
lơ lửng
C10
0,1
0,05
0,2
11
1- 2
1 - 10
Bột
C11
0,1
0,05
0,15
10
1- 2
15 - 25
Bột
C12
0,1
0,05
0,1
8
0,5-1,5
20 - 50

Bột
C13
0,1
0,05
0,075
6
0,5- 1
30 - 60
Bột
C14
0,1
0,05
0,05
5
0,5-1
40 - 65
Bột
C15
0,1
0,05
0,01
5
0,5-1
50 – 80
Bột
C16
0,1
0,05
0,005
5

0,5-1
50 - 80
Bột
C17
0,1
0,075
0,1
10
1 – 2
20 - 40
Bột
C18
0,1
0,05
0,1
10
1-1,5
20 - 40
Bột
C19
0,1
0,025
0,1
8
1 – 2
20 - 50
Bột
C20
0,1
0,01

0,1
8
1 – 2
20 - 40
Bột
3.1.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Ag
+
đến sự hình thanh nano bạc dạng bột


Hình 3.1 Ảnh FESEM mẫu C1, C3 và C6 và ảnh TEM của mẫu C4



C1
C3
C6
C4
4
3.1.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ gluco đến sự hình thành nano bạc dạng bột

Hình 3.4. Ảnh FESEMvà phân bố cỡ hạt của các mẫu C17, C18, C19
3.1.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ DEA đến sự hình thành nano bạc dạng bột

Hình 3.5 Ảnh FESEM mẫu C10, C11 và C12
Nhận xét 3.1:
1. Chế tạo thành công nano bạc dạng bột với kích thước hạt hạt đạt từ 10 đến 80 nm.
2. Hình thái cấu trúc nano bạc dạng bột điều chế được có độ tinh khiết cao, cấu trúc
dạng tinh thể lập phương tâm mặt và được bao bọc bởi lớp vỏ axit gluconic.
3. Nồng độ AgNO

3
và DEA ảnh hưởng đến trạng thái tồn tại và kích thước hạt bạc
dạng bột còn nồng độ gluco hầu như không ảnh hưởng đến các yếu tố này.
3.2 Khảo sát tính chất điện hóa điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li
kiềm
3.2.1 Nghiên cứu phản ứng oxi hóa khử điện hóa của điện cực bạc trong dung
dịch điện li kiềm
3.2.1.2 Phản ứng oxi hóa khử điện hóa của điện cực bạc
-0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2
-0.04
-0.02
0.00
0.02
0.04
0.06
I(A)
E(V)
SCE
Ag/AgCl
SCE
Ag/AgCl
pic 1
pic 2
pic 4
pic 3
-0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00
-0.030
-0.015
0.000
0.015

0.030
0.045
0.060
I(A)
E(V)/SCE
4M
8M
10M

Hình 3.6 và 3.7 Đường CV điện cực bạc phẳng
Kết quả cho thấy quá trình ôxy hoá điện hoá điện cực bạc phụ thuộc vào nồng độ
OH
-
: khi tăng nồng độ OH
-
điện thế chuyển dần về phía âm, nghĩa là phản ứng oxi
hoá xảy ra càng thuận lợi, giá trị dòng anot cũng biến đổi theo nồng độ OH
-
của
dung dịch điện ly.

C18

C17
C19
C10
C11
C12
5

3.2.2 Nghiên cứu cơ chế phóng nạp điện cực bạc/bạc oxit
3.2.2.1 Đặc tính nạp điện
a. Ảnh hưởng cường độ dòng

1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2
Q nạp (Ah)
E nạp(V)
I = 0.2A
I = 0.4A
I = 1A

Hình 3.8 Đường cong nạp điện E-t phụ thuộc vào cường độ dòng.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tích điện của điện cực.


Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đường cong tích điện. Dòng nạp I = 0,3A.
c. Ảnh hưởng của điện trở nội toàn phần đến quá trình tích điện
1
1.3
1.6
1.9
2.2
2.5
0 2 4 6 8 10 12 14
Thời gian(h)
E(V)

0
0.2
0.4
0.6
0.8
r(ôm)
E-t
r-t

Hình 3.10 Biến đổi điện trở nội toàn phần trong quá trình nạp điện (I
n
=0,5A)
3.2.2.2 Đặc tính phóng điện
a. Ảnh hưởng dòng phóng điện
E(V)

1.
5
1.
6
1.
7
1.
8
1.
9
2
2.
1
0

2
4
6
8
1
0
E(V
)
Thời gian (h)
40
0
C
30
0
C
20
0
C
20
0
C

40
0
C
30
0
C
1A
0,4 A

0,2A
6
Dung lượng cũng như đặc tính phóng điện của điện cực dương trong nguồn điện bạc
- kẽm phụ thuộc vào dòng phóng (hình 3.12).
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 0.5 1 1.5 2
Q phóng(Ah)
E phóng(V)
I = 0.2A
I = 0.4A
I = 1A
I = 5A

Hình 3.11 Đường đặc trưng phóng điện phụ thuộc vào dòng phóng điện
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
0 5 10 15
Thời gian (h)
E(V)

20C
30C
40C

Hình 3.12 Đường đặc trưng phóng điện phụ thuộc vào nhiệt độ
c. Ảnh hưởng điện trở nội toàn phần đến quá trình phóng điện
Hình 3.14 mô tả sự biến thiên điện trở nội toàn phần của nguồn điện hệ bạc-
kẽm dung lượng 1,5Ah phóng điện dòng I = 0,15A.








Hình 3.13 Biến thiên điện trở nội toàn phần đến quá trình phóng điện
Nhận xét 3.2:
1. Quá trình phân cực anot và phân cực catot đều xuất hiện 2 pic cực đại thể
hiện sự hình thành Ag
2
O, AgO và khử AgO , Ag
2
O về bạc kim loại.
2. Nồng độ chất điện li ảnh hưởng đến khả năng oxi hóa - khử điện cực
bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li. Nồng độ càng cao khả năng oxi hóa càng tốt và
khả năng oxi hóa này còn phụ thuộc vào chất phụ gia thêm vào, khi có mặt chất phụ
gia ZnO khả năng oxi hóa khó khăn hơn, nhưng điều này lại loại bỏ được khả năng
tạo nhánh trong điện cực kẽm làm tăng chu kì phóng nạp cho nguồn điện bạc kẽm.
0

0.3
0.6
0.9
1.2
0.8
1.2
1.6
2
0 2 4 6 8 10 12
r
E(V)
t(h)
U-t
r-t
7
3. Đặc trưng và cơ chế nạp - phóng điện điện cực hệ Ag/Ag
2
O, AgO trong
dung dịch điện ly kiềm sử dụng trong nguồn điện bạc-kẽm phụ thuộc vào mật độ
dòng điện và nhiệt độ môi trường. Chứng minh rằng với cường độ dòng bé quá trình
oxi hóa và khử điện hóa xẩy ra ở hai vùng điện thế khác nhau, giá trị và chiều dài
nấc thế phụ thuộc vào mật độ dòng điện. Còn khi phóng điện với dòng lớn quá trình
khử điện hóa trực tiếp về Ag kim loại.
4. Điện trở nội toàn phần biến đổi trong quá trình phóng - nạp và đạt giá trị
cực đại tại vùng điện thế chuyển tiếp bạc oxit hóa trị thấp đến hóa trị cao trong quá
trình nạp và ngược lại từ bạc oxit hóa trị cao về bạc oxit hóa trị thấp khi phóng điện.
3.3 Nghiên cứu chế tạo và khảo sát cấu trúc, thành phần điện cực nano bạc/bạc oxit
3.3.1 Chế tạo điện cực nano bạc/bạc oxit
Điện cực hệ nano bạc/bạc oxit được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết được
trình bày ở mục 2.2.1.2. Trong phần khảo sát này và các phần khảo sát tính chất điện

hóa điện cực nano bạc/bạc oxit chúng tôi lựa chọn chế độ chế tạo:
- Phụ gia carboxymethyl cellulose (CMC): 1% về khối lượng.
- Lực ép 30 kgf/cm
2
.
- Nhiệt độ thiêu kết: 500
0
C.
3.3.2 Khảo sát thành phần cấu trúc điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo
3.3.2.1. Kết quả phân tích FESEM điện cực chế tạo
Ảnh FESEM điện cực chế tạo trước và sau khi thiêu kết (nung) được thể hiện
ở hình 3.14 và hình 3.15.

Hình 3.14 Ảnh FESEM điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo sau khi ép với áp lực 30
kgf/cm
2

và thiêu kết ở nhiệt độ 500
0
C

Hình 3.15 Ảnh FESEM điện cực nano bạc/bạc oxit trước (a)
và sau khi thiêu kết (b)
3.3.2.2. Kết quả phân tích XRD
Kết phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu điện cực sau khi nung cho thấy không
xuất hiện píc lạ, chỉ có píc đặc trưng của Ag với cấu trúc tinh thể lập phương tâm
mặt fcc.
a
b
8

VNU-HN-SIEMENS D5005 - Mau CA3
04-0783 (I) - Silver-3C, syn - Ag - Y: 50.00 % - d x by: 1.000 - WL: 1.54056
File: Cuong-Vien HHVL-CA3-b.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 70.000 ° - End: 79.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/16/12 11:15:09
File: Cuong-Vien HHVL-CA3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1.0 s - Temp.: 25.0 °C (Room) - Anode: Cu - Creation: 03/15/12 09:25:33
Lin (Cps)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
2-Theta - Scale
10 20 30 40 50 60 70 80
d=2.3571
d=2.0413
d=1.4430
d=1.2310


Hình 3.16 Phổ XRD của điện cực sau khi nung
3.3.2.3 Khảo sát diện tích bề mặt điện cực
Khảo sát diện tích bề mặt riêng bằng phương pháp BET với bề mặt điện cực
được ép 30 kgf/cm
2
so với bột nano bạc. Diện tích bề mặt vật liệu trên điện cực đạt
16,6540±0,2134 m

2
/g thấp hơn so với dạng bột 24,7491±0,5775 m
2
/g.
3.3.2.4 Kết quả phân tích TGA
Kết quả cho thấy điện cực sau quá trình anot hóa xẩy ra hai qus trình chuyển
khối ở 187,77
0
C và 400,83
0
C tương ứng nhiệt độ phân hủy của AgO và Ag
2
O.
Nhận xét 3.3:
1. Chế tạo thành công điện cực bạc/bạc oxit với hoạt chất điện cực kích thước
nanomet sử dụng trong chế tạo nguồn điện, chế độ tối ưu: Lực ép: 30 kgf/cm
2
. Nhiệt
độ thiêu kết: 500
0
C. Hàm lượng % chất thêm vào điện cực CMC: 1 %.
2. Điện cực chế tạo có độ tinh khiết cao, không bị pha lẫn tạp chất, có cấu trúc xốp,
diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều so với điện cực có kích thước μm và đạt độ bền cơ
học đủ điều kiện sử dụng cho chế tạo nguồn điện.
3.4. Phương pháp CV nghiên cứu tính chất điện hóa điện cực nano bạc/bạc oxit
3.4.1 Tốc độ phóng nạp theo CV
Kết quả khảo sát quá trình hoạt hoá hệ điện cực chế tạo trong dung dịch KOH 10 M
bằng phân cực vòng đa chu kì (CV, khoảng quét thế từ -0,5 đến +1 V/SCE, tốc độ
quét từ 10 mV/s.
-0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2

-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
CK 50
I (A)
E (V/SCE)
i
n
i
p
CK 1
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
v = 10 mV/s
q
n
q
p

Hình 3.19 Phổ CV đa chu kì của mẫu điện cực nano bạc/bạc oxit
9
Đánh giá tốc độ hay khả năng phóng-nạp của điện cực, căn cứ vào kết quả quét thế
và gọi v

a
và v
c
là tốc độ lớn nhất của quá trình phân cực anot và phân cực catot; tốc
độ nạp điện và tốc độ phóng điện được tính theo công thức 3.9.

t
q
v
a



và
t
q
v
c



(3.9)
Trong đó, Δq là biến thiên dung lượng theo thời gian; Δt là khoảng thời gian
xảy ra quá trình phân cực catot hay anot.
Bảng 3.3 Giá trị tốc độ nạp điện và phóng điện
ở tốc độ quét thế 10 mV/s

q
n
(C)

t
n
(s)
q
n+1
(C)
t
n+1
(s)
Δq
(C)
Δt
(s)
V
c
hoặc
V
a
(C/ s)
A
2

-56,01
648,3
71,00
806,5
635,03
158,2
20,1
C

2

84,20
908,6
-113,32
1208,8
987,62
300,2
16,6
A
10

-454,34
908,7
+460,23
952,9
914,57
44,2
20,7
C
10

460,29
952,3
-504,14
1008,2
964,43
55,9
17,3

Từ kết quả bảng 3.3 cho thấy, tốc độ nạp điện cao hơn tốc độ phóng điện.
Điều đó chứng tỏ tốc độ quá trình nạp sẽ xảy ra nhanh hơn quá trình phóng điện.
3.4.2. Hiệu suất hoạt hóa điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm
Đường cong phân cực CV biểu diễn mối quan hệ dòng điện và điện thế trong
quá trình quét thế và biến thiên cường độ dòng phân cực cực đại của mẫu điện cực
với kích thước hạt cỡ 50 nm.
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
i
Max
(A)
Chu kì
Dßng phãng
Dßng n¹p

Hình 3.21 Biến thiên cường độ dòng phân cực cực đại theo chu kì phóng nạp điện
cực nano bạc/bạc oxit với tốc độ quét thế 10 mV/s trong 80 chu kì.
Khi phân cực cường độ dòng phân cực cực đại quá trình anot (nạp) và catot (phóng)
tăng dần đến 20 chu kì đầu, sau đó quá trình catot tăng mạnh hơn quá trình anot ở
các chu kì tiếp theo và mật độ dòng phóng luôn cao hơn mật độ dòng nạp điện.
Biến thiên giá trị dung lượng phóng và dung lượng nạp điện cực nano bạc/bạc oxit
theo chu kì ở tốc độ quét thế 10 mV/s được thể hiện trên hình 3.22.
10
10 20 30 40 50 60
100
120

140
160
q
(
C
)
Chu kì
1 q
n¹p
2 q
phãng
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
1
2

Hình 3.22 Biến thiên dung lượng phóng nạp theo chu kì của điện cực nano bạc/bạc
oxit với tốc độ quét thế 10mV/s
Bảng 3.4 Giá trị dung lượng và hiệu suất hoạt hóa theo chu kì phóng nạp ở tốc độ
quét thế 10 mV/s.
Dung lượng nạp phóng
Chu kì
2
5
20

40
50
q
n
(C)
148,9
154,7
157,3
160,8
161,9
q
p
(C)
138,8
142,0
143,5
145,5
146,1
Hiệu suất hoạt hóa (%)
93,2
91,8
91,2
90,5
90,2
Điện cực nano bạc/bạc oxit trong môi trường KOH nồng độ cao cho giá trị dung lượng
phóng đạt được tương đối gần với dung lượng nạp cho thấy tính thuận nghịch cũng như
khả năng phóng nạp tốt của điện cực nano bạc/bạc oxit, điều này có nghĩa quan trọng
trong thực tế là có thể sử dụng điện cực cho nguồn điện bạc kẽm thứ cấp (acquy).
3.4.3 Phương pháp CV nghiên cơ chế quá trình anot và catot điện cực nano bạc/bạc
oxit

Phổ CV hoạt hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit với tốc độ quét thế 10 mV/s ở các
chu kì thứ 3, 9, 14 và 20.
-0.3 0.0 0.3 0.6 0.9
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
I (A)
E (V/SCE)
CK3
CK9
CK14
CK20
CK3
CK14
CK9
CK20
pC
1 mV/s
0 2 4 6 8 10
pA1
pA2
pA0

Hình 3.23. Phổ CV hoạt hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit, ở các chu kì khác nhau
với tốc độ quét thế 1 mV/s trong dung dịch KOH 10M.
11
Khảo sát cơ chế quá trình phân cực điện cực nano bạc bạc oxit ở những chu kì
đầu tiên với tốc độ quét thế khác nhau. Hình 3.25 thể hiện phổ CV hoạt hóa với

tốc độ quét thế 1 mV/s và 2 mV/s ở chu kì quét thế thứ 3.
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
I(A)
E(V/SCE)
1 mV/s
2 mV/s
0 2 4 6 8 100 2 4 6 8 10
pA1
pA0
pA2
pC
A
B
C
D
E
F
G
H
K
L

Hình 3.24 Phổ CV hoạt hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit, với tốc độ quét thế
1 và 2 mV/s trong dung dịch KOH 10M.
Cơ chế quá trình phân cực CV hệ điện cực khảo sát ở các chu kì đầu tiên được mô tả

như sau:
A → B: Dòng phân cực tăng nhẹ dần (chưa xẩy ra phản ứng)
B → C: Dòng anot (Faraday) tăng lên đạt cực đại Ag
0
→ Ag
2
O
C → D: Sự khếch tán tăng lên trên bề mặt điện cực, dòng giảm xuống.
D → E: Dòng anot tăng lên đạt cực đại lần 2 Ag
2
O →AgO
E → F: Sự khếch tán tăng lên trên bề mặt điện cực, dòng giảm xuống.
G → H: Khi quét về phía điện thế âm hơn tiếp tục xuất hiện dòng anot tăng và đạt
cực đại lần 3 AgO → Ag
2
O
3
:
2AgO + 2OH
-
→ Ag
2
O
3
+ 2H
2
O + e
H → K: Dòng chuyển về cực tiểu qua điểm "không" và dòng catot tăng lên đạt cực
đại xẩy ra phản ứng khử AgO, Ag
2

O → Ag.
Khảo sát quá trình phân cực điện cực từ các chu kì 20 trở đi.
-0.3 0.0 0.3 0.6 0.9
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
I (A)
E (V/SCE)
10 mV/s
CK21
CK20
pA0: CK17-19
pA1 pA2
pC

Hình 3.25 Phổ CV chu kì 17-21 điện cực nano bạc/bạc oxit với tốc độ quét thế 10
mV/s.
12
Nhận xét 3.4:
Bằng phương pháp quét thế tuần hoàn (CV) khảo sát tính chất điện hóa hệ điện cực
nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li KOH 10 M cho thấy:
1. Điện cực chế tạo có tính thuận nghịch cao (hiệu suất hoạt hóa cao), thời gian nạp
điện nhanh , tốc độ phản ứng phóng điện lớn.
2.Cơ chế quá trình anot ở những chu kì đầu tiên xuất hiện 3 pic đặc trưng cho quá
trình hình thành Ag
2
O, AgO và Ag
2

O
3
. Ở các chu kì sau đó xuất hiện 2 pic đặc trưng
cho sự hình thành Ag
2
O, AgO. Điện cực chế tạo dễ dàng bị oxi hóa chuyển từ bạc
kim loại lên bạc oxit với mức oxi hóa cao nhất (AgO) với khối lượng đáng kể, tốc
độ quá trình anot hình thành các bạc oxit phụ thuộc vào gia đoạn khuếch tán ion
OH
-
của dung dịch điện li đến bề mặt điện cực. Quá trình catot xẩy ra 1 pic đặc
trưng cho phản ứng khử bạc oxit về bạc kim loại.
3.5 Nghiên cứu phổ tổng trở điện hóa điện cực nano bạc/bạc oxit
3.5.1 Khảo sát phổ tổng trở Nyquist quá trình phân cực anot
Khảo sát phổ tổng trở điện hóa điện cực nano bạc/bạc oxit được thực hiện khi dòng
xoay chiều đặt vào có biên độ U
o
= 10 mV, tần số biến thiên f = 100000 Hz ÷ 0,1 Hz.
Kết quả thu được tại các điểm điện thế đại diện cho quá trình phân cực anot được thể
hiện trên hình 3.29.
2 3 4 5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
U = 0,377V/SCE
Z''
(


cm
2
)
Z' cm
2

43000 Hz
10 Hz
0 20 40 60 80 100
0
10
20
Z' cm
2

Z''
(

cm
2
)
U = 0,758 V/SCE
U = 0,632 VSCE
7 Hz
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8

10
12 Hz
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10

Hình 3.28 Phổ tổng trở điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit vùng anot (nạp điện).
Hình 3.30 trình bày biến thiên giá trị điện trở Ohm toàn phần r
tp
và điện dung
lớp kép tại các điểm điện thế quá trình phân cực catot với mật độ dòng không đổi
500 mA/g.
0 1000 2000 3000 4000
0
20
40
60
80
100

C
lk

(
m
F/cm
2

x 10
-1


r
tp


Thêi gian n¹p ®iÖn (gi©y)
r
tp
C
lk
0
20
40
60
80
100

Hình 3.29 Biến thiên điện trở Ohm toàn phần r
tp

(chấm vuông) và điện dung lớp
kép (chấm tròn) theo thời gian nạp điện với mật độ dòng 500 mA/g.
13
3.5.2 Khảo sát phổ tổng trở Nyquist quá trình phân cực catot
Phổ tổng trở điện hóa Nyquist quá trình phân cực caot điện cực nano bạc/bạc
oxit trong dung dịch điện li KOH 10M được thể hiện ở hình 3.31.
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
0.00
0.05
0.10
0.15
U = 0,088 V/SCE
152,64 Hz
1,87 mF
0.20 0.22 0.24 0.26 0.28
0.00
0.05
0.10
0.15
Z''
(

cm
2
)
Z' cm
2

Z''
(


.cm
2
)
Z' cm
2

U = 0,029 V/SCE
U = -0,320 V/SCE
268,27 Hz
625,06 Hz
23,74 mF
9,10 mF
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10

Hình 3.30 Phổ tổng trở điện hóa hệ điện cực nano bạc/bạc oxit vùng catot (vùng
phóng điện).

0 500 1000 1500 2000 2500
0.0
0.5
1.0
0
6
12
18
r
tp

(


Thêi gian phãng ®iÖn (s)
C
lk
(mF)

Hình 3.31 Biến thiên điện trở Ohm toàn phần r
tp
(chấm đen) và điện dung lớp kép
(chấm trắng) theo thời gian phóng điện với mật độ dòng 500 mA/g.
Nhận xét 3.5:
1. Phổ tổng trở điện hóa Nyquist điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li
kiềm tại các điện thế xác định chủ yếu ở các dạng
- Hình bán nguyệt thể hiện quá trình khống chế động học chuyển điện tích.
- Hình bán nguyệt kết hợp với đường thẳng nghiên thể hiện khống chế động
học và vùng khống chế khuếch tán.
- Hai hình bán nguyệt nối tiếp nhau thể hiện quá trình khống chế động học hai

giai đoạn.
2. Khảo sát phổ tổng trở điện cực nano bạc bạc oxit tại các điểm điện thế ứng với
quá trình nạp điện (phân cực anot) với mật độ dòng không đổi cho thấy ứng với sự
tăng điện thế nạp giá trị điện trở tăng dần lên và tăng vọt một cách đột ngột tại 2
vùng chuyển điện thế. Song hành với sự tăng điện trở tại 2 vùng chuyển điện thế là
giá trị điện dung giảm xuống.
3. Đối với quá trình phóng điện (phân cực catot), giá trị điện trở tăng vọt tại vùng
chuyển điện thế thứ 2 về vùng thứ nhất và giảm nhanh sau đó cho đến kết thúc quá
trình, giá trị điện trở cuối rất nhỏ. Bên cạnh đó giá trị điện dung giảm xuống tại vùng
chuyển điện thế này, sau đó tăng lên liên tục cho đến khí kết thúc quá trình phóng
điện giá trị điện dung rất lớn.
14
3.6 Nghiên cứu quá trình phóng nạp bằng phân cực dòng không đổi
Các mẫu điện cực nano bạc/bạc oxit chế tạo được nạp – phóng ở chế độ mật độ
dòng không đổi i = 500; 1000; 2000; 5000 (mA/g). Quá trình khảo sát được thực
hiện trên hệ 2 và 3 điện cực, theo dõi quá trình nạp – phóng bằng thiết bị ghi điện
thế - thời gian.
3.6.1 Khảo sát quá trình nạp – phóng trên hệ 3 điện cực bằng nạp điện dòng
không đổi.
Kết quả khảo sát quá trình nạp – phóng điện điện cực nano bạc/bạc oxit trong
dung dịch điện li KOH ở giá trị mật độ dòng không đổi 500 mA/g trên hệ 3 điện cực.
0 1000 2000 3000 4000
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
t (giây)
U (V/SCE)
0

20
40
60
80
100
C
lk

(
m
F/cm
2


r
tp

(


0
20
40
60
80
100

Hình 3.32 Đường nạp điện (nét liền), điện trở r
tp
(chấm vuông) và điện dung lớp kép

(chấm tròn) của điện cực nano bạc/bạc oxit ở mật độ dòng 500 mA/g.
Sau khi nạp điện, mẫu điện cực được đem phân tích phổ XRD thu được ở hình
3.34 và ảnh FESEM hình 3.35.
10 20 30 40 50 60 70 80
0
50
100
150
200
d = 2.7185
2.6195
2.4104
2.3568
2.2757
1.6702
1.6168
1.4441
Ag
d = 2.3558
1.4441
Lin(Cps)
2 - Theta - Scale
Ag
2
O
d = 2.7185
2.3568
1.6702
AgO
d = 2.7595

2.6195
2.4104
2.2757
1.6702
1.6168

Sau khi n¹p ®iÖn

Hình 3.33 Phổ nhiễu xạ tia X va ảnh FESEM mẫu điện cực nano bạc/bạc oxit sau
khi nạp điện với mật độ dòng không đổi 500 mA/g
Tương ứng đường cong nạp điện, trên đường cong phóng điện hình 3.36 tồn tại hai
vùng điện thế nằm ngang rất rõ nét.
15
0 500 1000 1500 2000 2500
0
20
40
60
80
100
0 500 1000 1500 2000 2500
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
0.0
0.3
0.6
0.9

1.2

C
lk

(
m
F/cm
2


r
tp



t(giây)
U (V/SCE)
C
lk
U
r
tp

Hình 3.35 Đường phóng điện (nét liền), điện trở r
tp
(chấm vuông) và điện dung
(chấm trắng) của điện cực nano bạc/bạc oxit ở mật độ dòng 500 mA/g.
Điều này được kiểm chứng bằng việc phân tích phổ XRD mẫu sau khi phóng điện ở
hình 3.37 và ảnh FESEM hình 3.38.

10 20 30 40 50 60 70 80
0
100
200
300
400
500
600
Lin(Cps)
d = 1.2304
d = 1.4434
d = 2.0397
d = 2.3558
Ag
d = 2.3558
2.0397
1.4434
1.2304
2 - Theta - Scale
Sau khi phãng ®iÖn

Hình 3.36 Phổ nhiễu xạ tia X và ảnh FESEM mẫu điện cực nano bạc/bạc oxit sau
khi phóng điện với mật độ dòng 500 mA/g
3.6.2 Khảo sát quá trình nạp – phóng trên hệ 2 điện cực bằng phân cực dòng
không đổi.
Khảo sát quá trình nạp - phóng điện trên hệ 2 điện cực ở các chế độ mật độ
dòng không đổi i = 500; 1000; 2000; 5000 (mA/g).
1: 500 mA/g
2: 1000 mA/g
3: 2000 mA/g

4: 5000 mA/g
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
U(V)
Dung l-îng phãng - n¹p (mAh/g)
4
3
2
1
4
3
2
1
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10

Hình 3.38 Đường nạp - phóng của điện cực hệ nano bạc/bạc oxit với cường độ
dòng không đổi.

16
0 3 6 9 12 15 18 21
100
150
200
250
300
350
400

Dung l-îng (mAh/g)
Chu kú
1
2

Hình 3.41 Độ ổn định về dung lượng các chu kỳ nạp (1)-phóng (2) của điện cực hệ
nano bạc/bạc oxit với mật độ dòng 5000 mA/g.
Nhận xét 3.6:
1. Kết quả quá trình nạp trên hệ 3 điện cực cho thấy trên đường nạp điện xuất hiện 2
vùng điện thể tương đối phẳng và rõ nét ứng với qúa trình oxi hóa bạc kim loại lên
Ag
2
O và Ag
2
O lên AgO. Ở vùng nạp điện thứ nhất và thứ hai sự tăng điện trở không
đáng kể, tuy nhiên ở các giai đoạn chuyển vùng điện thế điện trở tăng vọt sau đó
giảm nhanh xuống. Điện dung ban đầu giảm xuống ở vùng chuyển điện thế thứ
nhất,sau đó tăng lên rồi giảm xuống ở vùng chuyển điện thế thứ hai, giai đoạn cuối
lại tăng sau đó giảm dần xuống.
2. Kết quả phân tích XRD mẫu sau khi nạp điện cho thấy thành phần chủ yếu sau

khi nạp điện là AgO, một phần Ag
2
O và vẫn còn một lượng ít bạc kim loại chưa
phản ứng. Kích thước chất hoạt động sau nạp vẫn đảm bảo nằm trong dưới hạn kích
thước nanomet.
3. Tương tự đường nạp điện, trên đường phóng điện điện cũng xuất hiện hai vùng
điện thế tương đối phẳng và rõ nét. Tương ứng quá trình chuyển từ AgO về Ag
2
O và
về bạc kim loại. Ở vùng phóng điện thứ nhất điện trở tăng lên và tăng vọt ở vủng
chuyển điện thế từ cao xuống thấp, ngay sau đó giảm nhanh xuống cho đến cuối quá
trình. Điện dung ban đầu giảm xuống ở vùng chuyển điện thế thứ nhất,sau đó tăng
lên và tăng vọt ở giai đoạn cuối của quá trình phóng điện.
4. Kết quả phân tích XRD mẫu sau khi nạp điện cho thấy thành phần sau khi phóng
điện chỉ còn lại bạc kim loại. Kích thước chất hoạt động sau phóng điện vẫn đảm
bảo nằm trong dưới hạn kích thước nanomet.
5. Kết quả phóng nạp trên hệ 2 điện cực thu được giá trị dung lượng riêng nạp cũng
như phóng điện đạt giá trị cao, tương đối ổn định sau nhiều chu kì nạp phóng điện,
công suất riêng lớn.






17
3.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện hóa của điện cực nano bạc/bạc oxit
3.7.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nạp và phóng điện
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tích điện của điện cực.
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
U (V)
Dung l-îng n¹p - phãng ®iÖn (mAh/g)
p40
0
C
p25
0
C
p10
0
C
n25
0
C
n10
0
C
n40
0
C
40
25

10
40
25
10
Thêi gian n¹p - phãng ®iÖn (gi©y)
0 300 600 900 1200 1500 1800
0
2
4
6
8
10

Hình 3.42 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả năng nạp - phóng điện của hệ điện cực nano
bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li KOH 10M ở mật độ dòng điện 1000 mA/g.
Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tương đối lớn đến khả năng phóng - nạp của
hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li KOH. Khi nạp điện ở nhiệt độ
thấp hiệu quả hơn khi nạp ở nhiệt độ cao. Ngược lại, qúa trình phóng điện thì ở nhiệt
độ cao cho hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên nhiệt độ môi trường cũng không thể quá
cao vì khi đó sẽ làm giảm dung lượng cất giữ nguồn điện. hệ điện cực kích thước
hoạt chất nanomet cho thế phóng điện cao hơn trong cùng một điều kiện nhiệt độ,
dòng phóng và đạt dung lượng riêng cao hơn nhiều so với hoạt chất có kích thước
lớn hơn.
3.7.2 Ảnh hưởng của lực ép chế tạo điện cực
Các mẫu điện cực sau khi chế tạo được tiến hành anot hóa ở chế độ mật độ
dòng điện 500 mA/g, sau đó đem phân cực catot ở mật độ dòng 500 mA/g. Kết quả
khảo sát sau khi tính toán giá trị dung lượng phóng và hệ số sử dụng chất hoạt động
K theo công thức
%100.
lt

tn
Q
Q
K 

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của lực ép đến đặc tính phóng điện của điện cực khi phóng
điện ở mật độ dòng không đổi 500 mA/g.
Kí hiệu mẫu
A
f1

A
f2
A
f3

A
f4

Lực ép (kgf/cm
2
)
10
20
30
50
Diện tích bề mặt điện cực (m
2
/g)
18,75

17,23
16,65
14,31
Dung lượng phóng
(mA.h)
CK1
57,82
68,16
82,75
66,93
CK20
-
54,78
81,36
63,62
Hệ số K (%)
CK1
65,82
78,71
88,17
77,29
CK20
-
63,25
86,10
73,46
Trạng thái điện cực
CK1
Không bền
Ít bền

Bền
Bền
CK20
-
Không bền
Bền
Bền
18
Kết quả thu được ở bảng trên cho thấy lực ép chế tạo điện cực tốt nhất là 30 kgf/cm
2
.
3.7.3 Ảnh hưởng của chất thêm trong chế tạo điện cực
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của hàm lượng CMC đến dung lượng phóng điện (Q), hệ số sử
dụng bột Ag và trạng thái điện cực với mật độ dòng phóng không đổi 5000 mA/g
TT
Mẫu điện
cực và %
CMC
Dung lượng
phóng sau 5 chu
kì Q
p
(mAh)
Hệ số sử dụng
chất hoạt
động K (%)
Trạng thái điện
cực
sau khi phóng điện
chu kì 5

1
At
0
(0%)
57,75
80,8
Bền, không rữa
2
At
1
(0,5%)
60,90
82,3
Bền, không rữa
3
At
2
(1%)
61,74
85,2
Bền, không rữa
4
At
3
(2%)
61,53
83,5
Ít bền, rơi vỡ nhẹ
5
At

4
(3%)
60,98
82,7
Ít bền, rơi vỡ nhẹ
Kết quả nghiên cứu cho thấy với điện cực có độ bền liên kết giữa các hạt bạc tốt, độ
xốp cao cho phép phóng điện với dòng cao, đạt dung lượng phóng điện lớn. Chất
thêm vào (CMC) 1 % khối lượng cho giá trị dung lượng phóng và hệ số sử dụng tốt
nhất.
3.7.4 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện li
Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện li đến khả năng phản ứng của điện
cực nano bạc/bạc oxit trong môi trường kiềm. Khi tăng nồng độ OH
-
điện thế
chuyển dần về phía âm, nghĩa là phản ứng ôxy hoá anốt xảy ra càng thuận lợi, giá trị
dòng annot cũng biến đổi theo nồng độ OH
-
của dung dịch điện li.
Nhận xét 3.7:
1. Từ đường đặc trưng nạp điện cho thấy nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tương đối
lớn đến khả năng phóng nạp của hệ điện cực nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện
li KOH. Khi nạp điện ở nhiệt độ thấp hiệu quả hơn khi nạp ở nhiệt độ cao. Ngược
lại, qúa trình phóng điện thì ở nhiệt độ cao cho hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên nhiệt
độ môi trường cũng không thể quá cao vì khi đó sẽ làm giảm dung lượng cất giữ
nguồn điện.
2. Kết quả thực nghiệm cho thấy lực ép chế tạo điện cực tốt nhất là 30 kgf/cm
2
. Ở
lực ép này điện cực chế tạo vừa đạt được độ bền cơ học cho phép, điện trở thấp và
có độ xốp tốt thuận lợi cho quá trình phóng điện làm tăng tính năng điện hóa của

điện cực và đặc biệt là hệ số sử dụng chất hoạt động điện cực rất cao trên 85% ở 20
chu kì đầu tiên.
3. Chất thêm vào (CMC) điện cực khi chế tạo ảnh hưởng tới dung lượng phóng
điện của điện cực và hệ số sử dụng chất hoạt động. Thành phần phần trăm về khối
lượng tối ưu của CMC là 1%.
4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện li kiềm trong vùng
khảo sát của điện cực nano bạc/bạc tương đồng như trên điện cực phẳng, khi tăng
nồng độ OH
-
điện thế chuyển dần về phía âm, nghĩa là phản ứng ôxy hoá anốt xảy ra
càng thuận lợi, giá trị dòng annot cũng biến đổi theo nồng độ OH
-
của dung dịch
điện li.

19
3.8 Ảnh hưởng của kích thước chất hoạt động điện cực đến tính chất điện hóa
điện cực hệ nano bạc/bạc oxit
Tất cả các mẫu điện cực bạc/bạc oxit nghiên cứu trong phần này được chế tạo với
thành phần trong đó bột bạc có kích thước cỡ từ 50 nm đến 100 μm.
3.8.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu đến tính chất điện hóa điện cực
bạc/bạc oxit theo phương pháp CV
3.8.1.1 Biến thiên cường độ dòng phân cực anot và catot
Điện cực chế tạo với chất hoạt động điện cực là bột bạc có kích thước khác nhau
được nghiên cứu hoạt hoá bằng phân cực vòng đa chu kì (CV) với khoảng
quét thế từ -0,5 V/SCE đến +1,0 V/SCE.
-0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00
-1.00
-0.75
-0.50

-0.25
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
I (A)
E (V/SCE)
1 d  50 nm
2 d  500 nm
3 m < d < 100m
4 d > 100m
1
2
3
4
I
a
I
c

Hình 3.45 Ảnh hưởng của kích thước hạt đến phổ CV của điện cực bạc/bạc oxit
trong dung dịch điện li kiềm KOH 10 M (tốc độ quét thế 10 mV/s).
Biến thiên cường độ dòng anot và catot cực đại phụ thuộc vào kích thước chất hoạt
động điện cực dương khi tiến hành quét thế.
d  50 nm
d  500 nm
1m < d < 100 m
d > 100m
4 8 12 16 20

0.30
0.45
0.60
0.75
0.90
I(A)
Chu kì
0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10

5 10 15 20
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
I(A)
Chu k×
d 50 nm
d  500 nm
1m<d < 100 m
d > 100 m
0 2 4 6 8 10
0
2

4
6
8
10

Hình 3.46 Ảnh hưởng của kích thước hạt đến dòng nạp – phóng sau 20 chu kì (tốc
độ quét thế 10 mV/s).
Bằng phương pháp quét thế vòng đa chu kì điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch
điện li kiềm ta thấy rằng ở kích thước hạt chất hoạt động điện cực cỡ nanomet cho
giá trị dòng nạp - phóng ổn định, tăng đều theo chu kì phóng nạp và đạt giá trị cao
hơn nhiều vật liệu cỡ μm.
3.8.1.2 Ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt hóa điện cực bạc/bạc oxit trong dung dịch
điện li kiềm
20
Các mẫu điện cực với kích thước hạt từ 50 nm đến trên 100 μm được tiến
hành quét thế vòng đa chu kì. Từ đường cong CV, căn cứ vào giá trị dòng điện nạp -
phóng theo thời gian thu được khi tiến hành phân cực, tính toán các giá trị dung
lượng nạp - phóng, điện dung và hiệu suất Coulomb của điện cực bạc/bạc oxit.
Bảng 3.7 Giá trị dung lượng, điện dung và hiệu suất hoạt hóa các mẫu điện cực với
chất hoạt động điện cực kích thước cỡ 50 nm đến trên 100 μm theo chu kì phóng
nạp ở tốc độ quét thế 10mV/s
Kích thước hạt d
Dung lượng nạp
- phóng
Chu kì
2
5
20
50 nm
Q

n
(C)
148,9
154,7
157,3
Q
p
(C)
138,8
142,0
143,5
Hiệu suất hoạt
hóa (H%)
93,2
91,8
91,2
500 nm
Q
n
(C)
117,2
121,5
125,8
Q
p
(C)
102,5
104,7
106,1
(H%)

87,5
86,2
84,3
1μm<d <100 μm
Q
n
(C)
102,6
105,7
108,3
Q
p
(C)
86,7
88,5
87,9
(H%)
84,5
83,7
81,2
d> 100 μm
Q
n
(C)
93,4
97,7
100,7
Q
p
(C)

76,87
79,3
81,1
(H%)
82,3
81,2
80,5
Hình 3.49 biểu diễn sự phụ thuộc các giá trị dung lượng phóng và dung lượng
nạp các điện cực bạc/bạc oxit vào kích thước hạt vật liệu theo chu kì ở tốc độ quét
thế 10 mV/s.
0
30
60
90
120
150
180
Chu kì 40Chu kì 20
50 nm
500 nm
1m<d<100m

q
n
(
C
)
Chu kì
Chu kì 5

Hình 3.48 So sánh dung lượng nạp q
n
các mẫu điện cực có kích thước hạt 50 nm,
300 nm và trên 1 μm theo chu kì ở tốc độ quét thế 10mV/s.
Khi so sánh dung lượng phóng nạp, hiệu suất hoạt hóa của các mẫu điện cực cho
thấy tính thuận nghịch cũng như khả năng tích điện và phóng điện tốt của điện cực
nano bạc/bạc oxit trong dung dịch điện li kiềm và vượt trội so với điện cực có kích
thước lớn hơn.
3.8.2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu đến tính chất điện hóa điện
cực bạc/bạc oxit bằng phân cực dòng không đổi
3.8.2.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt đến dung lượng phóng nạp
21
Khảo sát khả năng nạp điện của điện cực bằng dòng không đổi các mẫu điện
cực có cùng kích thước và khối lượng chất hoạt động điện cực với kích thước hạt
chất hoạt động khác nhau.
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
1n, 1p: 1m < d < 100
2n, 2p: d  500 nm
3n,3p: d  50nm
(n: n¹p; p: phãng)
U(V)
Q(mAh/g)

1n
2n
3n
3p
2p
1p

Hình 3.49 Đường đặc trưng dung lượng phóng nạp điện cực bạc/bạc oxit với chất
hoạt động co kích thước hạt khác nhau với mật độ dòng điện không đổi 1000 mA/g.

Hình 3.50 Ảnh FESEM điện cực bạc/bạc oxit kích thước chất hoạt động cỡ 50 nm
(a) và kích thước cỡ 500 nm (b) sau khi nạp điện.
Bảng 3.8 Sự phụ thuộc của dung lượng phóng vào kích thước hạt chất hoạt động
điện cực khi phân cực với mật độ dòng không đổi 1000 mA/g ở 25
0
C.
TT
Mẫu
điện cực
Kích thước hạt
Dung lượng
phóng Q
p
(mAh)
Hệ số K (%)
1
A
kt1

50 nm

61,95
84,5
2
A
kt2
500 nm
48,3
77,7
3
A
kt3
1 μm <d<100μm
42,6
73,5
3.8.2.2 Ảnh hưởng của kích thước hạt đến thời gian nạp điện
Bảng 3.9 Giá trị tốc độ quá trình phân cực anot và phân cực catot các mẫu điện cực
có kích thước hạt khác nhau ở tốc độ quét thế 10 mV/s
V
c
hoặc V
a
(C/ s)

50
500
1 μm < d < 100μm
A
2

20,1

17,2
14,6
C
2

16,6
14,1
11,7
A
10

20,7
16,9
14,9
C
10

17,3
14,6
12,2
Nhận xét 3.8:
1. Bằng phương pháp quét thế vòng đa chu kì điện cực bạc/bạc oxit trong dung
dịch điện li kiềm ta thấy rằng:
a
b
22
- Ở kích thước hạt chất hoạt động điện cực cỡ nanomet cho giá trị dòng nạp -
phóng ổn định, tăng đều theo chu kì phóng nạp và đạt giá trị cao hơn nhiều vật liệu
cỡ μm.
- Kết quả tính toán dung lượng, hiệu suất hoạt hóa của điện cực bạc/bạc oxit

trong dung dịch điện li kiềm cho thấy điện cực nano bạc/bạc oxit đều đạt giá trị cao.
Điều này chứng tỏ điện cực chế tạo có tính thuận nghịch cũng như khả năng tích -
phóng điện tốt và vượt trội so với điện cực có kích thước lớn hơn.
2. Bằng phương pháp phân cực dòng không đổi cho thấy các mẫu điện cực có
kích thước chất hoạt động cỡ nanomet cho dung lượng phóng nạp vượt trội so với
kích thước lớn hơn, thời gian nạp nhanh hơn, điều này được minh chứng cho tính ưu
việt của vật liệu nano.
3.9 Một số kết quả thử nghiệm hệ pin đơn bạc kẽm chế tạo
3.9.1 Các đại lượng đặc trưng pin đơn hệ bạc kẽm chế tạo
Kết quả quá trình nạp và phóng điện tại mật độ dòng không đổi 500 mA/g; các
thông số chế tạo và điện hóa đặc trưng của pin đơn.
Bảng 3.10 Thông số pin đơn bạc kẽm với điện cực dương hệ nano bạc/bạc oxit
STT
Pin
Đơn vị
Thông số
1
Khối lượng pin (trừ khối lượng vỏ
pin)
gam
0,5
2
Kích thước pin (dài x rộng x dày)
mm
10 x 10 x 2

3
Thể tích pin (bên trong)
lít
0,2.10

-3

4
Dung dịch điện li KOH
M (mol/l)
10
5
Phương pháp nạp

CC
6
Điện thế nạp tối đa (CV)
V
2,1
7
Dòng nạp (CC)
mA/g
500
8
Dòng phóng (DC)
mA/g
500
9
Chế độ phóng điện

1C
10
Điện áp sau nạp 24h
V
1,84

11
Điện áp trung bình vùng phóng thứ 1
V
1,67
12
Thời gian vùng phóng thứ 1
giây
950
13
Điện áp trung bình vùng phóng thứ 2
V
1,48
14
Thời gian vùng phóng thứ 2
giây
1426
15
Giới hạn phóng điện
V
1,2
16
Thời gian phóng đến 1,4V
giây
2376
17
Thông số của pin
mAh/V
82,5 /1,6
18
Năng lượng pin

Wh
0,132
19
Năng lượng riêng của pin:
- Theo khối lượng pin
- Theo thể tích pin

Wh/kg
Wh/l

264
660
20
Hệ số sử dụng chất hoạt động K
%
88,5
21
Hệ số tự phóng điện G (sau 01 tháng,
nhiệt độ trung bình 25
0
C)
(%/tháng)
0,25
23
3.9.2 Hệ số sử dụng chất hoạt động và hệ số cấp dòng hệ pin đơn chế tạo
Hệ pin bạc kẽm chế tạo được khi tiến hành nạp điện với mật độ dòng không đổi 500
mA/g. Hệ số sử dụng chất hoạt động K:
%5,88100 x
Q
Q

K
lt
tn

Căn cứ vào kết quả tính dung lượng thực nghiệm khi nạp và phóng điện, ta có hiệu
suất cấp dòng của pin là:
%9,88100
8,92
5,82
100  xx
Q
Q
n
p
d


Nhận xét 3.9 :
1. Pin đơn bạc kẽm chế tạo có hệ số sử dụng chất hoạt động điện cực cao, hệ
số tự phóng nhỏ, năng lượng riêng lớn so với hệ pin bạc kẽm thông thường.
2. Tính toán từ kết quả thực nghiệm cho thấy :
- Hệ số sử dụng chất hoạt động điện cực và hiệu suất cấp dòng của hệ pin đơn
bạc kẽm đạt được rất cao, và cao hơn nhiều so với hệ pin thông thường.
- Sản phẩm quá trình nạp điện chủ yếu là AgO, còn quá trình phóng điện là
bạc kim loại.

KẾT LUẬN

1. Bằng phương pháp khử hóa học đã điều chế được nano bạc dạng bột có kích
thước hạt từ 10


80nm với độ tinh khiết cao có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt
và được bao bọc bởi lớp vỏ axit gluconic và đã tìm được điều kiện tối ưu như nồng
độ AgNO
3
, gluco, DEA, thời gian phản ứng và tốc độ khuấy ở nhiệt độ và áp suất
bình thường.
Kết quả khảo sát hình thái bề mặt bằng các phương pháp FESEM, TEM và
nghiên cứu cấu trúc, thành phần bằng phổ XRD, phổ EDX cho thấy nồng độ AgNO
3

và DEA ảnh hưởng đến trạng thái tồn tại và kích thước hạt nano bạc dạng bột còn
nồng độ gluco hầu như không ảnh hưởng đến các yếu tố này.
2. - Đã nghiên cứu chế tạo thành công điện cực nano bạc/bạc oxit bằng phương pháp
tiêu kết chất hoạt động điện cực trên lưới bạc.
- Đã nghiên cứu hình thái cấu trúc của điện cực bằng phương pháp chụp ảnh
FESEM, phân tích nhiệt TGA, đo diện tích bề mặt riêng BET, phổ XRD.
3. Bằng phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (CV) và phương pháp phóng – nạp
điện ganvanostat, phổ tổng trở điện hóa để nghiên cứu cơ chế và tính chất điện hóa
quá trình oxi hóa – khử điện cực bạc trong dung dịch điện li kiềm và chứng minh
rằng:
- Quá trình oxi hóa xẩy ra ở 2 vùng điện thế khác nhau: quá trình oxi hóa bạc
kim loại lên bạc(I) oxit (ở vùng điện thế thấp), oxi hóa bạc(I) oxit lên bạc(II) oxit (ở
vùng điện thế cao).
- Quá trình khử điện hóa của bạc oxit cũng xẩy ra 2 vùng điện thế tương ứng
với quá trình khử AgO → Ag
2
O → Ag. Khi phóng điện với dòng lớn khử điện hóa
trực tiếp về bạc kim loại.