NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO CẤU TRÚC LỚP MOLYBDENUM DISULFIDE (MoS2) VÀ MOLYBDENUM DISULFIDE/CARBON NANOTUBES (MoS2/CNTs) ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC ANODE TRONG PIN LITHIUM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Học bổng Vallet 2015
Ứng viên: Nguyễn Thị Minh Nguyệt

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU
Ngành đào tạo: Kỹ thuật vật liệu
Tên đề tài dự kiến:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO CẤU TRÚC
LỚP MOLYBDENUM DISULFIDE (MoS2) VÀ
MOLYBDENUM DISULFIDE/CARBON NANOTUBES
(MoS2/CNTs) ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC ANODE
TRONG PIN LITHIUM

TP. Hồ Chí Minh tháng 06/2015

0


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

1. Tên đề tài
Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano cấu trúc lớp Molybdenum disulfide (MoS2) và
Molybdenum disulfide/carbon nanotubes (MoS2/CNTs) ứng dụng làm điện cực anode trong pin
Lithium.
2. Lý do lựa chọn đề tài

Hiện tượng nóng lên toàn cầu, sự thiếu hụt năng lượng trên toàn thế giới, vấn đề gia tăng ô
nhiễm ở các thành phố lớn là những thách thức nghiêm trọng thúc đẩy việc thay thế các nhiên liệu
hóa thạch không tái tạo bằng các nguồn năng lượng xanh khác như năng lượng mặt trời, năng lượng
gió, năng lượng thủy triều. So với các nhiên liệu hóa thạch truyền thống, hầu hết các nguồn năng
lượng xanh thường thay đổi theo thời tiết và ngày mùa nên các thiết bị chuyển hóa năng lượng
không thể hoạt động liên tục, chính vì vậy nhu cầu về lưu trữ năng lượng là rất cần thiết. Mặt khác,
sự phát thải CO2 và các hậu quả của ô nhiễm không khí có thể được giảm thiểu bằng cách thay thế
động cơ đốt trong trong xe hơi bằng động cơ điện hoặc động cơ lai xăng - điện (hybrid electric
vehicles). Do đó, vấn đề lưu trữ năng lượng cho các thiết bị này ngày nay càng trở nên quan trọng
hơn bao giờ hết.
Ở nước ta, Chính phủ và các Bộ đã coi việc phát triển nguồn năng lượng là một ưu tiên lớn
trong chính sách phát triển công nghiệp của đất nước. Năm 2009 Bộ Khoa học Công nghệ đã nhấn
mạnh trong Danh sách các nhiệm vụ Khoa học Công nghệ chủ yếu tại mục 3- Khoa học công nghệ,
phần d) Công nghệ trong lĩnh vực năng lượng cần ‘’Nghiên cứu ứng dụng các dạng năng lượng
mới, năng lượng tái tạo, các công nghệ sử dụng năng lượng tiết kiệm và có hiệu quả. Nghiên cứu
các giải pháp công nghệ để khai thác an toàn, có hiệu quả các dạng năng lượng truyền thống’’[1].
Chính phủ đã ký quyết định số 49/2010/QĐ-TTg ngày 19 tháng 07 năm 2010 về việc Phê duyệt
danh mục công nghệ cao được ưu tiên đầu tư phát triển và danh mục sản phẩm công nghệ cao được
khuyến khích phát triển trong đó đưa công nghệ chuyển hóa, lưu trữ các dạng năng lượng tái tạo
vào trong danh mục công nghệ cao được ưu tiên đầu tư và xếp các loại pin, ăcquy hiệu năng cao vào
danh mục sản phẩm công nghệ cao được khuyến khích phát triển [2]. Riêng tại Thành phố Hồ Chí
Minh, Sở Khoa học Công nghệ đã đưa hướng nghiên cứu các nguồn năng lượng vào nội dung của
Chương trình Khoa học- Công nghệ năng lượng năm 2010 [3]. Điều này cho thấy sự quan tâm đặc
biệt của nhà nước đến lĩnh vực nghiên cứu còn nhiều mới mẻ và thách thức này.
Pin Lithium (LIBs) đã được chứng minh là nguồn lưu trữ năng lượng điện tiên tiến nhất cho
các thiết bị di động trong hai thập kỷ qua. So với các nguồn điện thứ cấp đã được biết đến trước đây
Trang 1


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

như ăcquy chì-axit, pin Ni-Cd…thì pin lithium có tính năng cao nhất do có mật độ năng lượng cao,
thời gian sống dài, tốc độ tự xả thấp, không có hiệu ứng “nhớ” (memory effect),…[4, 5]. Tuy nhiên,
chúng vẫn chưa đáp ứng được đòi hỏi công suất cao trong các động cơ điện (EVs) và động cơ lai
xăng – điện (HEVs). Các nghiên cứu chuyên sâu vì thế vẫn đang tiếp diễn trên tất cả các khía cạnh
của pin Lithium bao gồm: vật liệu cực âm, vật liệu cực dương, màng ngăn, chất điện giải và kỹ
thuật sản xuất pin. Vật liệu làm điện cực được nhận thấy là yếu tố tối quan trọng, có tầm ảnh hưởng
lớn nhất đến hiệu năng của pin Lithium. Hiện nay, điện cực anode của pin Lithium thương mại
thường là graphite có dung lượng thấp (372 mAh/g) [6, 7]. Mặt khác, các điện cực được tạo thành
từ vật liệu có cấu trúc khối nên tuổi thọ, khả năng tích điện, khả năng nạp/xả và mật độ dòng điện
tạo ra thấp. Để khắc phục những nhược điểm trên, việc tìm ra loại vật liệu mới để thay thế trở nên
quan trọng và là đề tài nóng bỏng của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Vật liệu điện cực sử dụng
thay thế vật liệu hiện hành phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
- Quá trình xen cài và giải phóng Li+ không gây phá hủy cấu trúc vật liệu điện cực
- Làm gia tăng sự dẫn electron
- Làm gia tăng tốc độ đan cài và giải phóng Li+ (tức gia tăng tốc độ sạc) bằng cách rút ngắn
quãng đường di chuyển của Li+.
- Tăng diện tích tiếp xúc giữa bề mặt điện cực với chất điện giải, hạn chế sự thay đổi thể tích
của điện cực do quá trình đan cài Li+.
Vật liệu cấu trúc nano nói chung và vật liệu nano MoS2, nano MoS2 kết hợp với ống nano
carbon (MoS2/CNTs) nói riêng là một trong những giải pháp hữu hiệu nhất có khả năng giải quyết
được các vấn đề nêu trên [6].
MoS2 là một loại vật liệu có cấu trúc lớp tương tự graphene (Hình 2), thuộc họ
dichalcogenides kim loại chuyển tiếp MX2 (M = Mo, W ; X = S, Se, Te), có dung lượng lý thuyết
tương đối cao (669 mAh/g) [8], có sự thay đổi thể tích rất nhỏ trong quá trình đan cài và giải phóng
ion Li+. Cấu trúc lớp của MoS2 giúp các ion Li+ đan xen dễ dàng hơn vì chúng có diện tích bề mặt
lớn. Hơn nữa, liên kết giữa các lớp MoS2 là liên kết Vander Waal yếu, giúp linh động trong việc
thay đổi thể tích mà không gây phá hủy cấu trúc vật liệu điện cực. Khuyết điểm chính của vật liệu

MoS2 khi làm anode là độ dẫn điện chưa cao, do đó hiện nay cũng có rất nhiều nghiên cứu đang tập
trung giải quyết vấn đề này. Các vật liệu carbon như carbon nanotube, graphene, carbon vô định
hình,… nổi trội lên với vai trò là vật liệu kết hợp, hỗ trợ hiệu quả cho vật liệu MoS2 giúp tăng đáng
kể hiệu năng của pin. Năm 2011, nhóm nghiên cứu của Chang đã kết hợp MoS2 với Graphene (tỉ lệ
Trang 2


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

1:2) ghi nhận được dung lượng cao nhất là 1300mAh/g sau 50 chu kỳ nạp/xả tại cường độ dòng 100
mA/g [9].Gần đây, Shi và cộng sự đã ứng dụng MoSx/CNTs nanocomposite làm anode trong pin và
ghi nhận được dung lượng 1000 mAh/g và không bị giảm cấp sau 45 chu kỳ nạp/xả [10].Từ những
kết quả trên và một số kết quả tổng hợp ở bảng 1, vật liệu hybrid/nanocomposite MoS2/carbon đã
thể hiện tiềm năng rất lớn trong việc ứng dụng cải tiến anode cho pin Lithium. So sánh các loại vật
liệu carbon khác nhau thì ống nanocarbon (CNTs) có tính chất điện và cơ nổi trội nhất [11, 12] , có
khả năng làm tăng đáng kể độ dẫn điện và tốc độ di chuyển của Li+ do có điện trở suất nhỏ và mạng
lưới dẫn electron hiệu quả.
Với những lý do nêu trên, đề tài hướng đến mục đích tổng hợp 2 loại vật liệu nano MoS2 và
MoS2/CNTs đồng thời khảo sát tính chất điện hóa của chúng với ứng dụng làm điện cực anode
trong pin Lithium (LIBs)
Anode

Cathode

Separator

Hình 1. Nguyên lý cấu tạo cơ bản của pin Lithium
Cấu trúc Molybdenum disulfide (MoS2)

Có 3 loại cấu trúc chính của MoS2 đó là: 1T-MoS2, 2H-MoS2 (loại phổ biến nhất) và 3RMoS2 (Hình 2)

Trang 3


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Hình 2. Cấu trúc của MoS2
Bảng 1. Tóm lược tính chất điện hóa của một số loại vật liệu làm anode trong LIBs.
Vật liệu điện

Dung

cực

lượng lý

thế

thuyết

vs.

(mAh/g)

Điện

Li/Li

+

Dung

Dung

Dung

Hiệu suất

Mật độ

Tài liệu

lượng sau

lượng sau

lượng còn

Coulomb

dòng điện

tham

lần xả đầu

lần nạp

lại sau (w)

sau (x)

tiên

đầu tiên

chu kỳ

chu kỳ

(mAh/g)

(mAh/g)

nạp/xả

nạp/xả

(mAh/g)

(%)

khảo

MoS2

669-1675

2.0

1062

917

907(50)

98* (50)

1C

[8]

MoS2/GNS

669-1675

2.0

1300

2200

1290 (50)

99.2 (50)

100 mA/g

[9]

Trang 4


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

MoS2/CNT

-

-

1305

1715

1300 (50)

76.1 (50)

200mA/g

[13]

MoS2/MWNT

-

-

1214

-

1030 (60)

85 (60)

100-500

[14]

mA/g
MoS2/CNF

-

-

-

-

1150 (100) -

50mA/g

[15]

MoS2/Graphen

-

-

899

614

385 (30)

150mA/g

[16]

MoO2/MWNT

840

1.6

2270

1243

1144 (200) 99 (200)

100 mA/g

[17]

TiO2

335

1.5

334

245

243 (30)

98.7 (30)

66 mA/g

[18]

Co3O4

890

1.2

1285

1108

1004 (50)

98 (50)

50 mA/g

[19]

Sn – C

994

0.6

490*

350*

510*(200)

99*(200)

0.8 C

[20]

SnO2 – GNS

790

0.6

1875*

1120*

872 (200)

99.5

100 mA/g

[21, 22]

0.1 C

[23]

97 (30)

(200)
SiNW – Al

4200

0.5

3347

3105

1300 (100) 98.8
(100)

NiO - GNS

718

0.5

1600*

1056

1031 (40)

98 (40)

0.1 C

[24, 25]

Graphene

372 –

0.5

945

650

460 (100)

99*(100)

1C

[26, 27]

1116
Graphite

372

0.3

320*

320*

240 (20)

99* (1)

50 mA/g

[27]

Li

3600

0.0

-

-

-

-

-

[28]

GNS: Graphene nanosheets
CNF: Carbon nanofibers
3. Mục tiêu nghiên cứu

Trang 5


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Đề tài hướng đến việc tổng hợp vật liệu nano cấu trúc lớp, khảo sát tính năng điện hóa của
chúng dưới vai trò là điện cực anode cho pin Lithium, đồng thời nghiên cứu sự phụ thuộc của tính
chất điện hóa vào hình thái và cấu trúc của vật liệu tổng hợp. Với hướng ứng dụng trong pin
Lithium, nghiên cứu phải đáp ứng đầy đủ những khía cạnh và yêu cầu cần khảo sát hiện nay đối với
các hệ vật liệu điện cực. Các mục tiêu cụ thể bao gồm:
-

Tổng hợp vật liệu nano MoS2 (Molybdenum disulfide) cấu trúc lớp với quy trình đơn giản,
phù hợp với điều kiện thực tế của cơ sở.

-

Tổng hợp vật liệu nano MoS2 cấu trúc lớp gắn trực tiếp trên bề mặt ống nano cacbon bằng
các phương pháp hóa học và vật lý.

-

Chế tạo thử nghiệm điện cực dựa trên hai loại vật liệu tổng hợp được: nano MoS2, nano
MoS2/CNTs và kiểm tra tính chất điện hóa.

4. Tính mới mẻ và những đóng góp của đề tài
-

Việc đi sâu nghiên cứu bản chất của vật liệu tiên tiến như vật liệu nano MoS2, ống nano
carbon (CNTs), sự kết hợp của các loại vật liệu này với nhau cũng như khả năng ứng dụng
của chúng trong pin Lithium là cần thiết và có ý nghĩa khoa học công nghệ.

-

Vật liệu nano cấu trúc lớp MoS2, vật liệu tổ hợp MoS2/CNTs là những loại vật liệu hoàn
toàn mới mẻ ở Việt Nam.

-

Hầu hết các phương pháp tổng hợp MoS2 hiện nay là phương pháp thủy nhiệt (hydrothermal
hoặc solvothermal) [8] cần điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao. Đề tài hướng đến phương
pháp tổng hợp mới và đơn giản hơn với điều kiện mềm hơn, phù hợp với điều kiện thực tế
của cơ sở.

-

Ở Việt Nam, các nhà khoa học chủ yếu nghiên cứu vật liệu cho cathode, đề tài này hướng
đến việc tổng hợp vật liệu mới nhằm cải tiến anode cho pin Lithium.

-

Việc tổng hợp thành công vật liệu điện cực có cấu trúc nano nhằm cải thiện hiệu năng của
pin sạc ion Lithium góp phần giải quyết nhu cầu năng lượng ngày càng cao của thế giới.

5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu cấu trúc nano Molybdenum disulfide (MoS2) nói riêng,
MoSx (2 ≤ x ≤ 3) nói chung, ống nano carbon (CNTs) và sự kết hợp của hai loại vật liệu này
trong việc cải tiến điện cực anode cho pin Lithium.
Phạm vi nghiên cứu:

Trang 6


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

-

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Nghiên cứu các quy trình tổng hợp vật liệu nano MoSx (2 ≤ x ≤ 3), vật liệu nano MoS2 gắn
trên bề mặt ống nano carbon (MoS2/CNTs) và đánh giá tính chất cấu trúc của sản phẩm tổng
hợp được.

-

Chế tạo thử nghiệm điện cực sử dụng vật liệu nano MoSx, nano MoS2/CNTs. Kiểm tra cấu
trúc pha tinh thể, hình thái học bề mặt của vật liệu điện cực

-

Khảo sát tính chất điện hóa của hệ điện cực như điện dung riêng (specific capacity), tính ổn
định của hệ điện cực bằng phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (cyclic voltammetry), tổng
trở điện hóa (electrochemical impedance spectroscopy – EIS), đo đường cong phóng nạp
(Galvanostatic measurement)

6. Nội dung nghiên cứu
6.1 Nghiên cứu tổng quan tài liệu, các công trình nghiên cứu và các kết quả về vật liệu ống nano
carbon, nano MoS2 và vật liệu lai hợp MoS2/CNTs
6.2 Nghiên cứu tổng quan tài liệu, các công trình nghiên cứu và các kết quả về pin sạc Lithium
dựa trên vật liệu nano nói chung và vật liệu nano MoS2, MoS2/CNTs nói riêng
6.3 Làm sạch và biến tính bề mặt ống nano cacbon bằng phương pháp hóa học, gắn nhóm chức
–COOH hoặc (-N=N-C6H4-SO3-)
6.4 Tổng hợp vật liệu nano MoS2, đánh giá tính chất sản phẩm bằng các phương pháp phân tích
hiện đại như kính hiển vi điện tử quét SEM, kính hiển vi điện tử truyền qua TEM/HRTEM,
phổ Raman, nhiễu xạ tia X (XRD), XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), phổ tử ngoại

khả kiến (UV-Vis).
6.5 Tổng hợp vật liệu nano MoS2/CNTs, đánh giá tính chất sản phẩm bằng các phương pháp
phân tích hiện đại như SEM, TEM/HRTEM, Raman, XRD, XPS.
6.6 Chế tạo thử nghiệm điện cực anode cho pin LIBs: khảo sát các điều kiện chế tạo vật liệu
điện cực trên nền MoS2, MoS2/CNTs.
6.7 Nghiên cứu cấu trúc pha tinh thể, hình thái học bề mặt và kích thước hạt của điện cực chế
tạo bằng các phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính
hiển vi nguyên tử lực (AFM)
6.8 Khảo sát tính chất điện hóa của hệ điện cực như điện dung riêng (specific capacity), tính ổn
định của hệ điện cực bằng phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (cyclic voltammetry), tổng
trở điện hóa (electrochemical impedance spectroscopy – EIS), đo đường cong phóng nạp
(Galvanostatic measurement)
Trang 7


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

7. Phương pháp nghiên cứu và đánh giá
7.1 Tổng quan phương pháp
Quy trình nghiên cứu tổng quan về tổng hợp vật liệu cấu trúc nano cho điện cực pin Lithium
được thể hiện ở hình 7.1. Đề tài nghiên cứu gồm 4 bước chính: (1) tổng hợp vật liệu có cấu trúc
nano; (2) đánh giá cấu trúc, tính chất của vật liệu tổng hợp được; (3) chế tạo thử nghiệm điện cực;
(4) kiểm tra hình thái cấu trúc và tính chất điện hóa của vật liệu điện cực.
Phản ứng oxy hóa khử trong
dung dịch

Tổng hợp vật liệu cấu
trúc nano ( ⃰ )

Raman

XRD

Đánh giá cấu
trúc, tính chất
vật liệu

UV-Vis

SEM,TEM

BET

XPS

Chế tạo điện
cực

Quét thế vòng tuần hoàn
(Cyclic voltammetry)

XRD
Đánh giá cấu
trúc pha tinh
thể, hình thái
học bề mặt,
kích thước hạt

AFM

Đánh giá tính
chất điện hóa

Đo chu kỳ nạp/xả
(Galvanostatic
measurement)

Tổng trở điện hóa
(Electrochemical
Impedance Spectroscopy)

SEM,TEM

Hình 7.1 Quy trình nghiên cứu tổng quan
( )

⃰ Vật liệu nano MoS2 (Molybdenum disulfide) và các sản phẩm MoSx khác.
Vật liệu nano MoS2/CNTs (tổng hợp bằng phương pháp hóa học)
Trang 8


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Vật liệu nano MoS2/CNTs (tổng hợp bằng phương pháp cơ học)
7.2 Làm sạch và biến tính bề mặt ống nanocarbon
CNTs được làm sạch và biến tính dựa trên quy trình đã được công bố trước đây bởi nhóm

nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm Đại học quốc gia về Công nghệ vật liệu [29, 30].
Quy trình được mô tả ngắn gọn như hình 7.2
Phương pháp đánh giá
-

SEM, TEM: phương pháp hình ảnh, ghi nhận cấu trúc của CNTs sau quá trình làm sạch
và biến tính

-

FTIR: xác định nhóm chức gắn trên bề mặt CNTs sau quá trình biến tính

-

Raman: đánh giá tỉ lệ xuất hiện khuyết tật do sự oxy hóa trong quá trình biến tính

-

TGA: xác định sự giảm khối lượng ở từng khoảng nhiệt độ, phần trăm khối lượng còn lại
để đánh giá hiệu quả của quá trình làm sạch và biến tính.
CNTs

Nung (nhiệt độ, thời
gian thích hợp)

dd HNO3

dd HCl

p – CNTs (*)

dd H2SO4/HNO3
hoặc C6H7NSO3

m – CNTs (**)
Hình 7.2 Sơ đồ quy trình làm sạch và biến tính CNTs

Trang 9


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu
(*)
(**)

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

ống nanocarbon đã được làm sạch
ống nanocarbon đã được biến tính

7.3 Tổng hợp vật liệu nano Molybdenum disulfide (MoS2)
Quy trình tổng hợp dự kiến được thể hiện ở hình 7.3
Phương pháp đánh giá
-

SEM: quan sát hình thái học bề mặt của vật liệu nano MoS2

-

TEM/HR-TEM, TEM-EDS: đánh giá cấu trúc vật liệu nano MoS2, cơ chế phát triển của
chúng.

-

XRD: xác định cấu trúc pha tinh thể của vật liệu MoS2

-

Raman: đánh giá cấu trúc, khuyết tật, bề dày và định hướng của các lớp vật liệu MoS2

-

XPS: xác định thành phần hóa học và năng lượng liên kết.

-

UV – Vis: đánh giá cấu trúc và xác định band gap của MoS2

-

BET: xác định diện tích bề mặt.

Na2S

Nước cất DI

(NH4)6Mo7O24 + HCl

Phản ứng xuất hiện
kết tủa đen
Rửa hỗn hợp bằng

nước cất và ly tâm để
loại NaCl

Rửa bằng ethanol và
ly tâm

Rửa bằng acetone

Sấy khô, đem nung ở
7000C trong 2h, môi
trường N2

Nano MoS2
Trang 10

Hình 7.3 Quy trình tổng hợp vật liệu nano MoS2


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

7.4 Tổng hợp vật liệu nano MoS2 gắn trên bề mặt CNTs (MoS2/CNTs)
Vật liệu lai hợp MoS2/CNTs được tổng hợp bằng hai phương pháp hóa học và cơ học. Trong
phương pháp hóa học, vật liệu nano MoS2 được tổng hợp trực tiếp trên bề mặt ống nano carbon, quy
trình tổng hợp dự kiến được thể hiện ở hình 7.4. Đối với phương pháp cơ học, vật liệu MoS2 được
trộn khô với vật liệu CNTs sử dụng hệ cối & chày (hand mill). Phương pháp này được lựa chọn vì
thiết bị sử dụng đơn giản đồng thời kiểm soát được tỉ lệ vật liệu trộn hợp [14]
Phương pháp đánh giá
-

SEM, TEM/HRTEM: đánh giá cấu trúc, sự phân bố của vật liệu lai hợp MoS2/CNTs

-

XRD: Phân tích thành phần, cấu trúc pha tinh thể của MoS2, CNTs đồng thời đánh giá
khả năng gắn kết, bao phủ của vật liệu nano MoS2 trên bề mặt CNTs

-

Raman: đánh giá cấu trúc vật liệu nano MoS2, CNTs và khả năng tương tác giữa 2 loại
vật liệu này.

-

XPS: phân tích thành phần hóa học và năng lượng liên kết giữa các nguyên tố.
Na2S
CNTs

Nước cất DI

(NH4)6Mo7O24

dd A

C2H6O2

Nhỏ
giọt
HCl + H2O

dd B

Lọc, rửa, sấy khô, đem
nung ở 7000C trong 2h,
môi trường N2

Nano MoS2/CNTs
Hình 7.4 Quy trình tổng hợp nano MoS2/CNTs bằng phương pháp hóa học

Trang 11


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

7.5 Chế tạo thử nghiệm điện cực pin Lithium từ vật liệu nano MoS2 và nano MoS2/CNTs
Thành phần màng điện cực bao gồm:
-

Chất hoạt điện: MoSx hoặc MoS2/CNTs

-

Chất dẫn: carbon black hoặc CNTs (khảo sát)

-

Chất kết dính: khảo sát khi sử dụng chất kết dính và không sử dụng chất kết dính (chất

kết dính sử dụng thường là polymer – là phụ gia có tính dẫn điện kém, nếu không sử
dụng có khả năng làm tăng hiệu quả của anode)
Màng điện cực được cán trên lá đồng (Cu) – đóng vai trò là điện cực góp và sấy chân
không ở 800C – 1000C. Vật liệu điện cực được trộn với các tỉ lệ khối lượng khác nhau về
chất hoạt điện:chất dẫn:chất kết dính, sau đó màng được cắt với diện tích là 1 cm2. Quy
trình tạo màng điện cực được thể hiện tổng quát ở hình 7.6.

Phương pháp đánh giá
-

SEM, TEM: Đánh giá hình thái học bề mặt, cấu trúc, kích thước hạt của vật liệu điện cực

-

XRD: Xác định cấu trúc pha tinh thể.

-

AFM: Phân tích hình thái học bề mặt.

Khảo sát

Chất hoạt điện + chất dẫn + chất
kết dính theo tỷ lệ khối lượng

Trộn đều hỗn hợp đến
khi hỗn hợp sệt lại

Cán trên miếng đồng

Sấy 80 – 1000C

Hình 7.5 Sơ đồ quy trình tạo màng điện cực

Trang 12


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

7.6 Khảo sát tính chất điện hóa của hệ điện cực
Tạo hệ đo điện hóa: hệ gồm:
-

Điện cực làm việc: màng điện cực chế tạo từ vật liệu MoS2, MoS2/CNTs theo quy trình
7.5

-

Điện cực đối và điện cực so sánh: nghiên cứu, khảo sát để chọn điện cực đối và điện cực
so sánh phù hợp với vật liệu điện cực tổng hợp được.

-

Màng ngăn: vật liệu xốp

-

Chất điện giải (electrolyte): 1M LiPF6 trong dung môi vô cơ hoặc hữu cơ

Hệ pin được chuẩn bị trong buồng glove box để tránh nước và oxy không khí.

Phương pháp đánh giá
-

Quét thế vòng tuần hoàn (Cyclic voltammetry): xác định thế oxy hóa khử, tốc độ phản
ứng điện hóa của vật liệu điện cực.

-

Đo chu kỳ nạp/xả (Galvanostatic measurement): xác đinh dung lượng (capacity) của vật
liệu điện cực.

-

Đo tổng trở điện hóa (Electrochemical Impedence Spectroscopy)

8. Kế hoạch thực hiện
Các hoạt động được đề ra trong phần nội dung nghiên cứu được thực hiện theo kế hoạch,
tiến độ thực hiện được báo cáo hàng tháng, sau đây là bảng phân phối hoạt động và thời gian thực
hiện dự kiến.
Thời gian (tháng)
TT

Các hoạt động
1

2

3

4

1

6.1

X

2

6.2

X

3

6.3

X

4

6.4

X

5

6.5

X

Trang 13

5

6


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

6

6.6

X

7

6.7

X

8

6.8

9

Báo cáo tiến độ

10

Viết Luận án

11

Bảo vệ Luận án

X
Hàng tháng
X

Tài liệu tham khảo
1.
2.

3.
4.
5.
6.

7.
8.
9.

10.

11.

12.
13.

Website Bộ Khoa học Công nghệ />Quyết định số 49/2010/QĐ-TTg ngày 19 tháng 07 năm 2010 về việc Phê duyệt danh mục
công nghệ cao được ưu tiên đầu tư phát triển và danh mục sản phẩm công nghệ cao được
khuyến khích phát triển.
Website Sở Khoa học Công nghệ Tp.HCM />Dunn B, K.H., Tarascon JM., Electrical energy storage for the grid: a battery of choices.
Science., 2011. 334(6058): p. 928 - 935.
Armand, J.-M.T.M., Review article Issues and challenges facing rechargeable lithium
batteries. Nature, 2001. 414: p. 359-367.
Xian-Ming Liua, et al., Carbon nanotube (CNT)-based composites as electrode material for
rechargeable Li-ion batteries: A review. Composites Science and Technology, 2012. 72(2):
p. 121 - 144.
Fei, L., et al., Instant gelation synthesis of 3D porous MoS2@C nanocomposites for lithium
ion batteries. Nanoscale, 2014. 6(7): p. 3664-3669.
Stephenson, T., et al., Lithium ion battery applications of molybdenum disulfide (MoS2)
nanocomposites. Energy & Environmental Science, 2014. 7(1): p. 209 - 231.
Chang, K. and W. Chen, In situ synthesis of MoS2/graphene nanosheet composites with
extraordinarily high electrochemical performance for lithium ion batteries. Chem Commun
(Camb), 2011. 47(14): p. 4252-4254.
Shi, Y., et al., Self-assembly of hierarchical MoSx/CNT nanocomposites (2high performance anode materials for lithium ion batteries. Sci Rep, 2013. 3: p. 2169.
Arava Leela Mohana Reddy , M.M.S., Sanketh R. Gowda and Pulickel M. Ajayan Coaxial
MnO2/Carbon Nanotube Array Electrodes for High-Performance Lithium Batteries. Nano
Lett, 2009. 9(3): p. 1002–1006.
M. M. J. Treacy, T.W.E.J.M.G., Exceptionally high Young's modulus observed for
individual carbon nanotubes. Nature, 1996. 381: p. 678 - 680.
Lu, C., et al., A binder-free CNT network-MoS2 composite as a high performance anode

material in lithium ion batteries. Chem Commun (Camb), 2014. 50(25): p. 3338-3340.
Trang 14


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu
14.
15.

16.
17.
18.

19.

20.

21.
22.

23.

24.

25.
26.
27.

28.

29.

30.

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Bindumadhavan, K., S.K. Srivastava, and S. Mahanty, MoS2-MWCNT hybrids as a superior
anode in lithium-ion batteries. Chem Commun (Camb), 2013. 49(18): p. 1823-1825.
Zhao, C., et al., Thin MoS2 nanoflakes encapsulated in carbon nanofibers as highperformance anodes for lithium-ion batteries. ACS Appl Mater Interfaces, 2014. 6(9): p.
6392-6398.
Rana, K., et al., Highly conductive freestanding graphene films as anode current collectors
for flexible lithium-ion batteries. ACS Appl Mater Interfaces, 2014. 6(14): p. 11158-66.
Bhaskar A, D.M., Narasinga Rao T., MoO2/multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) hybrid
for use as a Li-ion battery anode. ACS Appl Mater Interfaces, 2013. 5(7): p. 2555-2566.
SK Das, S.D., AJ Bhattacharyya, High lithium storage in micrometre sized mesoporous
spherical self-assembly of anatase titania nanospheres and carbon. Journal of Materials
Chemistry 2010. 20(8): p. 1600-1606.
P Wu, N.D., H Zhang, J Yu, Y Qi, D Yang, Carbon-coated SnO2 nanotubes: templateengaged synthesis and their application in lithium-ion batteries. Nanoscale, 2011. 3(2): p.
746-750.
G. Derrien, J.H., S. Panero and B. Scrosati, Nanostructured Sn–C Composite as an
Advanced Anode Material in High-Performance Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials,
2336–2340. 19(17): p. 2336–2340.
S Ding, X.L., SnO2 nanosheet hollow spheres with improved lithium storage capabilities.
Nanoscale 2011. 3(9): p. 3586-3588.
Prabakar, S.J., et al., SnO2/graphene composites with self-assembled alternating oxide and
amine layers for high Li-storage and excellent stability. Adv Mater, 2013. 25(24): p. 33073312.
EL Memarzadeh, W.K., A Kohandehghan, B Zahiri, CMB Holt and D Mitlin, Silicon
nanowire core aluminum shell coaxial nanocomposites for lithium ion battery anodes grown
with and without a TiN interlayer. Journal of Materials Chemistry, 2012. 22: p. 6655-6668.
X. H. Huang, J.B.W., Y. Lin, R. Q. Guo, NiO Hollow Spheres with Stable Capacity
Retention and Enhanced Rate Capability for Lithium Ion Batteries. Int. J. Electrochem. Sci.,

2013. 8: p. 1691 - 1700.
Wang, Y.Z.a.Y., NiO nanosheets grown on graphene nanosheets as superior anode materials
for Li-ion batteries Nanoscale, 2013. 3.
James G. Radich, P.J.M., and Prashant V. Kamat, Graphene-based Composites for
Electrochemical Energy Storage. Interface, 2011: p. 63 - 66.
Yoo E, K.J., Hosono E, Zhou HS, Kudo T, Honma I., Large reversible Li storage of
graphene nanosheet families for use in rechargeable lithium ion batteries. Nano Lett., 2008.
8(8): p. 2277–2282.
J. C. Arrebola, A.C., L. Hernán, and J. Morales, Improving the Performance of Lithium-Ion
Batteries by Using Spinel Nanoparticles. Journal of Nanomaterials, 2008. 2008(2008): p. 10
pages.
Nguyen Thi Minh Nguyet, Le Van Thang, Nguyen Van Dong, Nguyen Thi Hang, Luu Tuan
Anh, Cao Duy Vinh, A Facile and Effective Purification Method for Multi-Walled Carbon
Nanotubes (MWNTs). Journal of Science and Technology 2011. 49(6C): p. 279-286.
Nguyễn Văn Đồng, Vũ Huệ Tông, Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Nguyễn Hoàng Nam, Lê Văn
Thăng Biến tính bề mặt ống nano cacbon đa thành bằng phản ứng diazo hóa nhằm cải thiện
khả năng mang hạt nano MoS2. Tạp chí khoa học và công nghệ, 2013. 51(5C): p. 215 – 222.

Trang 15


Tóm tắt đề tài và kế hoạch nghiên cứu

Nguyễn Thị Minh Nguyệt

Tp.HCM ngày 28 tháng 05 năm 2015

CBHDKH
CB hướng dẫn 1

TS. Lê Văn Thăng

CB hướng dẫn 2

Người thực hiện

TS. Nguyễn Hữu Huy Phúc

Trang 16

Nguyễn Thị Minh Nguyệt