Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp mn1 xmxo1+y nh2o bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật liệu siêu tụ, m= co, fe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------------------LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU PHA TẠP
Mn1-xMxO1+y.nH2O BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HOÁ
ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU SIÊU TỤ, M= Co, Fe

NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
MÃ SỐ:

LÊ THỊ THU HẰNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. MAI THANH TÙNG

HÀ NỘI - 2009


2
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được thực hiện tại Bộ mơn Cơng nghệ Điện hố và Bảo vệ
Kim loại, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Để hồn thành được luận văn
này tơi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và
tập thể.
Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến người thầy của tôi, TS.
Mai Thanh Tùng, với kiến thức sâu rộng đã hướng dẫn tơi thực hiện nghiên
cứu của mình.
Xin cùng bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo, người đã

đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học
vừa qua.
Chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Điện hố và
Bảo vệ Kim loại đã có những giúp đỡ và hỗ trợ kịp thời giúp cho việc hoàn
thành luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã
ln bên tơi, động viên và khuyến khích tơi trong q trình thực hiện đề tài
nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2009

Lê Thị Thu Hằng

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


3
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Lê Thị Thu Hằng, học viên cao học lớp Công nghệ Hố học,
chun ngành Cơng nghệ Điện hố và Bảo vệ kim loại, khố 2007-2009. Tơi
xin cam đoan luận văn thạc sĩ ‘‘Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx
O1+y.nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật liệu siêu tụ, M=
Co, Fe’’ là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, số liệu nghiên cứu thu được từ
thực nghiệm và không sao chép.
Học viên

Lê Thị Thu Hằng

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


4
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. 2
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ 3
MỤC LỤC ........................................................................................................ 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. 7
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... 7
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................ 10
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN....................................................................... 12
1.1. SIÊU TỤ (SUPERCAPACITORS) ........................................................ 12
1.1.1. Lịch sử phát triển ................................................................................. 12
1.1.2. Nguyên lý tụ điện ................................................................................. 13
1.1.3. Lớp điện tích kép.................................................................................. 15
1.1.4. Giả điện dung (Pseudocapacitance) ..................................................... 17
1.1.5. So sánh tụ điện và nguồn điện hoá học ................................................. 18
1.1.5.1. Cơ chế hoạt động ...................................................................... 18
1.1.5.2. Mật độ điện tích trữ ................................................................... 19
1.1.5.3. Đường cong nạp điện ................................................................ 20
1.1.5.4. Đường cong quét thế vòng tuần hoàn ........................................ 22
1.1.6. Phân loại siêu tụ .................................................................................... 24

1.1.7. Yêu cầu của vật liệu điện cực làm siêu tụ ............................................. 26
1.2. VẬT LIỆU MANGAN ĐIOXIT ỨNG DỤNG CHO SIÊU TỤ ............ 28
1.2.1. Phân loại theo cấu trúc của mangan đioxit .......................................... 28
1.2.1.1. Nhóm mangan đioxit có cấu trúc đường hầm ........................... 29
1.2.1.2. Nhóm MD có cấu trúc theo từng lớp ......................................... 31
1.2.2. Cấu trúc của mangan đioxit điện giải (EMD) ...................................... 32
1.2.3. Tính chất của mangan đioxit ................................................................ 33

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


5
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

1.2.3.1. Tính chất hố học ...................................................................... 33
1.2.3.2. Tính chất từ ................................................................................ 34
1.2.3.3. Tính chất dẫn điện của mangan đioxit ....................................... 35
1.2.3.4. Hoạt tính điện hóa ..................................................................... 38
1.2.4. Vật liệu mangan đioxit pha tạp dùng cho siêu tụ .................................. 38
CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 42
2.1. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ........................................................ 42
2.1.1. Chuẩn bị dung dịch ............................................................................... 42
2.1.1.1. Hoá chất ung cho nghiên cứu ..................................................... 42
2.1.1.2. Pha chế dung dịch ...................................................................... 43
2.1.2. Chuẩn bị mẫu ........................................................................................ 41
2.1.3. Tổng hợp vật liệu .................................................................................. 41

2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................. 43
2.2.1. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................................... 43
2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ..................................................... 44
2.2.3. Phương pháp phổ kế tán sắc năng lượng (EDX) ................................. 46
2.2.4. Phương pháp phân tích nhiệt................................................................. 48
2.2.5. Phương pháp phân tích hố học ............................................................ 51
2.2.5.1. Phân tích xác định nồng độ Mn2+............................................. 51
2.2.5.2. Phân tích mức độ oxy hố và thành phần sản phẩm .................. 53
2.2.6. Phương pháp qt thế vịng tuần hồn (CV)......................................... 55
2.2.5. Phương pháp phổ tổng trở (EIS) ........................................................... 59
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................... 66
3.1. QUÁ TRÌNH TẠO MÀNG MANGAN ĐIOXIT ................................... 66
3.2. HÌNH THÁI BỀ MẶT CỦA MANGAN ĐIOXIT .................................. 69
3.2. PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HOÁ HỌC .............................................. 72
Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


6
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

3.4. ĐẶC TÍNH ĐIỆN HỐ........................................................................... 83
3.4.1. Đặc tính CV........................................................................................... 83
3.4.1.1. Đường cong CV ......................................................................... 83
3.4.1.2. Sự ảnh hưởng của hàm lượng chất pha tạp đến dung lượng riêng
................................................................................................................. 86
3.4.1.3. Sự ảnh hưởng của tốc độ quét thế đến dung lượng riêng .......... 88
3.4.1.4. Tính bền vững của vật liệu ......................................................... 91

3.4.2. Phổ tổng trở ........................................................................................... 94
KẾT LUẬN .................................................................................................. 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 102

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


7
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1- So sánh các thông số đặc trưng của tụ, siêu tụ và ắc quy ............. 23
Bảng 1.2- Một số hợp chất và cấu hình quan trọng của các khống MD ...... 32
Bảng 2.1- Hố chất dùng cho thí nghiệm....................................................... 42
Bảng 2.2 - Thành phần dung dịch điện phân .................................................. 44
Bảng 3.1 - Kết quả chụp EDX và phân tích hố học của các mẫu ................. 74
Bảng 3.2. Kích thước tinh thể của mẫu sau khi nung ở 4000C tính theo
phương trình Debye-Scherrer.......................................................................... 82
Bảng 3.3 - Khối lượng của các mẫu vật liệu ................................................... 86
Bảng 3.4 - Điện lượng và điện dung riêng của các mẫu ở tốc độ quét thế 10
mV/s ................................................................................................................ 87
Bảng 3.5 - Dung lượng riêng của các mẫu ở các tốc độ quét thế khác nhau .. 89
Bảng 3.6- Sự phụ thuộc của dung lượng riêng vào số chu kỳ quét thế, v =
50mV/s ........................................................................................................... 92
Bảng 3.7 - Kết quả fit mạch của các oxit trong dung dịch KCl 2M ............... 97

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


8
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 - Sơ đồ nguyên lý mô tả cơ chế của tụ điện lớp kép và phân bố điện
thế tại bề mặt phân chia của dung dịch điện ly và điện cực.......................... 13
Hình 1.2 - Mơ hình lớp điện tích kép có hấp phụ đặc biệt anion.................... 16
Hình 1.3 - Đường phóng- nạp điện của tụ điện lý tưởng và ắc quy lý tưởng . 21
Hình 1.4 - Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện thế, mật độ dòng và thời
gian trong q trình qt thế vịng tuần hồn của vật liệu làm tụ điện. .......... 23
Hình 1.5 - Cấu tạo của siêu tụ điện lớp kép làm từ vật liệu cácbon hoạt tính 25
Hình 1.6 - Nhóm MD có cấu trúc đường hầm ................................................ 29
Hình 1.7 - Cấu trúc Psilomelane ..................................................................... 30
Hình 1.8 - Nhóm MD có cấu trúc lớp ............................................................. 31
Hình 2.1 - Điện cực làm việc graphit .............................................................. 41
Hình 2.2 - Hệ điện phân .................................................................................. 42
Hình 2.3- Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM .................................... 43
Hình 2.4 - Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy XRD ......................................... 46
Hình 2.5 - Sơ đồ hệ thống phổ kế tán sắc năng lượng dùng đetectơ rắn ........ 47
Hình 2.6 -Sơ đồ khối thiết bị phân tích nhiệt .................................................. 49
Hình 2.7 - Đồ thị biến thiên điện thế theo thời gian quét ............................... 56
Hình 2.8 - Hệ điện hóa qt thế vịng tuần hồn ........................................... 56
Hình 2.9 - Mơ phỏng đường cong CV trong qt thế vịng ............................ 57
Hình 2.10 - Sơ đồ khối mơ phỏng ngun lý đo tổng trở ............................... 60
Hình 2.11 - Biểu diễn hình học các phần tử phức........................................... 61

Hình 2.12 - Mạch tương đương của một bình điện phân ................................ 61
Hình 2.13 - Mạch tương đương tổng trở khuếch tán Warburg ...................... 62
Hình 2.14 - Sơ đồ tương đương của bình điện phân ....................................... 62
Hình 2.15 - Tổng trở trên mặt phẳng phức ..................................................... 64

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


9
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Hình 3.1- Đường cong phân cực trong các dung dịch ................................... 66
Hình 3.2 - Đường cong E-t trong quá trình tổng hợp mẫu ............................. 68
Hình 3.3 - Ảnh SEM của mangan đioxit tổng hợp trong các dung dịch khác
nhau ................................................................................................................. 71
Hình 3.4 - Phổ EDX của MnO2 thu được từ các dung dịch điện phân khác
nhau ................................................................................................................. 73
Hình 3.5 - Phổ phân tích nhiệt của mẫu 30Mn (II) ......................................... 76
Hình 3.6 - Phổ XRD tổng hợp từ các mẫu vật liệu ........................................ 77
Hình 3.7- Phổ XRD của mẫu 30Mn(II) sau nung ở 4000C ............................. 78
Hình 3.8- Phổ XRD của mẫu 15Mn(II)15Co(II) sau nung ở 4000C ............... 80
Hình 3.9 - Phổ XRD của mẫu 15Mn(II)15Fe(III) sau nung ở 4000C ............. 81
Hình 3.8- Đường cong CV của vật liệu pha tạp Co ........................................ 83
Hình 3.9- Đường cong CV của vật liệu pha tạp Fe......................................... 84
Hình 3.10 - Mối quan hệ giữa hàm lượng chất pha tạp với dung lượng riêng
của vật liệu ứng với các tốc độ quét thế ......................................................... 88
Hình 3.11- Ảnh hưởng của tốc độ quét đến dung lượng riêng của vật liệu .... 90

Hình 3.12- Sự thay đổi dung lượng riêng của mangan đioxit theo chu kỳ ..... 93
Hình 3.13 - Phổ tổng trở của các mẫu oxit (theo chiều từ trái qua phải lần lượt
là phổ Nyqist, phổ Bode) ................................................................................ 95
Hình 3.14 - Sơ đồ mạch tương đương của mangan đioxit trên điện cực Pt
trong dung dịch KCl 2M ................................................................................. 96

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


10
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển như vũ bão của tin học và điện tử ngày càng địi hỏi con
người phải ln tìm tịi và phát triển các nguồn năng lượng mới để thuận tiện
cho việc sử dụng các cơng nghệ đó. Trong đó nguồn điện hóa học ln được
các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu do chúng có hiệu suất biến đổi năng
lượng khá cao so với các phương pháp tích trữ và chuyển hóa năng lượng
khác. Một khía cạnh trong lĩnh vực đó đang thu hút được sự chú ý của các nhà
khoa học trên thế giới là siêu tụ (supercapacitors hay ultracapacitors). Siêu tụ
là một thiết bị tích trữ điện tích có mật độ tích trữ lớn và thời gian sống dài
hơn so với pin, mặt khác nó lại có mật độ năng lượng cao hơn rất nhiều so với
tụ điện thông thường. Dựa trên cơ chế hoạt động của nó, ta có thể chia siêu tụ
ra thành hai loại: (i) Lớp kép (double-layer capacitors) là tụ điện hoạt động
dựa trên sự tích điện điện tích khơng-Faraday (non-Faraday) ở bề mặt phân
chia giữa điện cực và dung dịch điện ly; (ii) Giả tụ điện (pseudocapacitors), là
tụ điện hoạt động dựa trên phản ứng Faraday (có sự chuyển điện tích qua bề

mặt điện cực) của chất hoạt động điện cực. Và trong những năm gần đây, một
thuật ngữ mới được dùng để gọi chung cho hai loại siêu tụ đó là “tụ điện điện
hoá” hay gọi tắt là tụ điện hoá.
Cho đến thời điểm hiện nay, Rutini oxit là vật liệu rất thích hợp nhất
cho việc chế tạo siêu tụ vì nó có dung lượng riêng lớn (C> 700 Fg-1 ) và cửa
sổ điện thế rộng (khoảng 1,4 V). Tuy nhiên, Rutini quá đắt và độc, và địi hỏi
phải hoạt động trong mơi trường axit mạnh. Vì vậy, một yêu cầu cấp thiết
được đặt ra hiện nay là phải tìm ra một vật liệu thay thế vừa rẻ hơn, an toàn
hơn và thân thiện với môi trường hơn. Mangan đioxit là một vật liệu được
ứng dụng rất nhiều trong nguồn điện, với một số ưu điểm như: có nguồn
nguyên liệu rẻ, phong phú, cách chế tạo đơn giản và có thể dễ dàng điều chế

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


11
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

theo nhiều cách khác nhau, tính dẫn điện và hoạt tính điện hóa tương đối tốt,
lại rất thân thiện với môi trường. Hơn nữa, vật liệu này có thể làm việc trong
mơi trường trung tính. Do đó, nó đang là vật liệu thu hút được rất nhiều sự
quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên, dung
lượng riêng của nó lại không cao lắm và để cải thiện nhược điểm này của vật
liệu thì một trong những biện pháp nhằm tăng dung lượng riêng cho vật liệu
đó chính là pha tạp một số kim loại chuyển tiếp như: Mo, Pb, Fe, Co, Ni …
và theo một số cơng trình nghiên cứu thì việc pha tạp này cho kết quả khá khả
quan [15-17]. Nhưng các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của việc pha tạp Co và

Fe thì cịn ít và các kết quả thu được từ các cơng trình nghiên cứu lại rất khác
nhau.
Do vậy, nhiệm vụ của luận văn này là ‘‘Nghiên cứu chế tạo vật liệu
pha tạp Mn1-xMx O1+y.nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm
vật liệu siêu tụ, M = Co, Fe’’.
Mục tiêu của đề tài là:
• Chế tạo vật liệu mangan đioxit pha tạp Mn1-xMxO1+y.nH2O bằng
phương pháp điện hố, M = Co, Fe.
• Nghiên cứu hình thái cấu trúc của Mn1-xMxO1+y.nH2O trước khi
và sau khi pha tạp Co, Fe.
• Nghiên cứu thành phần hóa học của Mn1-xMxO1+y.nH2O trước khi
và sau khi pha tạp Co, Fe.
• Nghiên cứu tính chất điện hố của Mn1-xMxO1+y.nH2O trước khi
và sau khi pha tạp Co, Fe.

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


12
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. SIÊU TỤ (SUPERCAPACITORS)
1.1.1. Lịch sử phát triển
Thông thường, khi muốn tích điện người ta sử dụng pin hoặc ắc quy. Các
nguồn điện hóa học này rất phổ biến, tuy nhiên chúng lại có nhược điểm là
dung lượng hạn chế, các sản phẩm phế thải sau khi sử dụng gây ô nhiễm môi

trường, và thời gian nạp điện của ắc quy thường mất nhiều giờ.Hiện nay các
nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và chế tạo được một loại thiết bị
mới, gọi là siêu tụ có điện dung tới khoảng 5000 Fara, cao hơn điện dung của
các tụ điện thông thường tới hàng tỷ lần, thời gian nạp chỉ khoảng 10 giây
[15]. Siêu tụ điện với công nghệ mới đã mở ra một triển vọng ứng dụng to lớn
cho nhân loại.
Năm 1957, các nhà khoa học đã phát hiện ra siêu tụ điện khi sử dụng
than hoạt tính để chế tạo điện cực, nhưng khi đó vẫn chưa giải thích được cơ
chế hoạt động, nên phải ngừng phát triển theo hướng này. Đến năm 1966, siêu
tụ điện mới được phát hiện và nghiên cứu trở lại khi các kỹ sư của một công
ty dầu mỏ ở bang Ohio (Mỹ) đang nghiên cứu và phát triển pin nhiên liệu. Họ
đã sử dụng hai lớp than hoạt tính được phân cách bằng chất cách điện xốp để
làm hai bản cực của tụ điện, nhưng sau đó họ cũng khơng thành cơng trong
việc thương mại hóa sản phẩm siêu tụ này. Từ năm 1990, nhờ sự phát triển
của công nghệ tiên tiến (công nghệ nano) mà các sản phẩm siêu tụ đã được
phát triển hơn, và được thị trường đón nhận, điển hình với doanh thu đạt được
vào năm 2005 là 400 triệu USD. Đặc biệt trong lĩnh vực chế tạo nguồn điện
cho ơ tơ, siêu tụ đã có những đóng góp đáng kể.

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


13
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Siêu tụ điện đã được thử nghiệm làm nguồn điện trong các phương tiện
giao thông. Tại Trung Quốc và Cộng Hoà Liên Bang Đức đã thử nghiệm các

tuyến xe buýt và đường sắt nhẹ chạy điện sử dụng siêu tụ điện, có khả năng
nạp đầy khi đỗ tại bến lấy khách. Nhờ sự phát triển của công nghệ nano, các
nhà khoa học tin tưởng rằng, thời gian tới siêu tụ có tương lai đầy hứa hẹn.
1.1.2. Nguyên lý tụ điện
Siêu tụ có hai điện cực được nhúng trong một dung dịch điện ly, được
ngăn cách với nhau, và có bộ phận dẫn điện ra ngồi. Q trình tích trữ năng
lượng được thực hiện trên hai điện cực do sự tích trữ điện tích tĩnh điện như
hình 1.1.
Màng ngăn

Dung dịch điện ly, lớp hoạt động

Bộ phận tiếp điện

Bộ phận tiếp điện

Hạt Cacbon tiếp
xúc với dd điện ly

IR

IR

Hình 1.1 – Sơ đồ ngun lý mơ tả cơ chế của tụ điện lớp kép và phân bố điện thế
tại bề mặt phân chia của dung dịch điện ly và điện cực

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng

14
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Trong tụ điện phẳng có hai bản điện cực có diện tích bằng nhau A, được
đặt đối song song với nhau và cách nhau một khoảng d trong chân khơng, thì
điện dung C được tính theo phương trình (1.1):
(1.1)
Nếu hai bản được tách ra bởi một chất điện mơi có hằng số điện mơi ε,
điện dung được tính theo phương trình (1.2):
(1.2)
Tụ điện lớp kép cũng tích trữ năng lượng tương tự như vậy, nhưng sự
tích điện khơng thực hiện trên hai bản điện cực dẫn điện. Thay vào đó, năng
lượng tích trữ được tích lũy trong lớp điện tích kép, tại bề mặt phân chia pha
của điện cực dẫn điện với dung dich điện ly. Khi nạp điện, các ion âm trong
dung dịch điện ly sẽ khuếch tán tới cực dương, còn các ion dương khuếch tán
tới điện cực âm. Khi đó, tạo ra hai lớp điện tích riêng biệt của tụ, do đó mật
độ năng lượng tối đa W được tích trữ trong tụ điện được tính theo phương
trình (1.3):
1
W = CV 2
2

(1.3)

Trong đó C là điện dung và V là điện áp.
Như vậy, tụ điện lớp kép không bao gồm phản ứng hóa học, do đó siêu tụ có
chu kỳ phóng nạp dài. Ngoài điện dung lớp kép, điện dung liên quan đến phản
ứng xảy ra trên bề mặt điện cực cũng quan trọng. Trong q trình phản ứng,

có sự trao đổi điện tử xảy ra ngang qua lớp kép, kết quả là dẫn đến sự thay
đổi trạng thái ơxi hóa. Do đó, điện dung của q trình Faraday được được gọi
là giả điện dung.

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


15
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

1.1.3. Lớp điện tích kép
Như đã nói trên, chúng ta xem lớp điện tích kép như một tụ điện phẳng
gồm hai bản: một bản là bề mặt điện cực, bản thứ hai là lớp dung dịch nằm sát
bề mặt điện cực tích điện ngược dấu. Lớp điện tích kép là kết quả của sự
tương tác mạnh mẽ giữa các ion hay phân tử có trong dung dịch với bề mặt
điện cực. Tại bề mặt phân chia dung dịch/kim loại có một lớp điện tích mỏng
trên bề mặt kim loại, kết quả từ sự dư thừa hay thiếu hụt điện tử. Còn bản
lỏng nằm trong dung dịch chia ra làm hai phần.
Phần bên trong, phần gần điện cực nhất là phần đặc sít được gọi là lớp
Helmholtz bao gồm các ion trái dấu bề mặt điện cực. Độ dầy lớp Helmholtz
gần bằng bán kính của ion bị solvat hoá (từ 3.10-10 – 4.10-10 m). Hằng số điện
môi trong phần Helmholtz giảm nhiều so với hằng số điện môi trong dung
dịch. Điều này là do sự định hướng của các phần tử dung môi lưỡng cực trong
phần đặc dưới tác dụng của điện trường điện cực cũng như do kết quả tương
tác đặc biệt của chúng với kim loại điện cực. Khi khơng có mặt những ion hấp
thụ đặc biệt, độ giảm thế trong phần đặc Helmholtz là tuyến tính theo khoảng
cách. Phần đặc Helmholtz được chia làm hai phần: lớp Helmholtz trong và

lớp Helmholtz ngoài. Lớp Helmholtz trong là lớp có chứa các phân tử dung
mơi và đôi khi là các dạng hấp phụ đặc biệt (có thể là ion hoặc là phân tử).
Mặt phẳng đi qua tâm của các ion bị hấp phụ đặc biệt được gọi là mặt phẳng
Helmholtz trong (Inner Helmholtz Plane) ký hiệu là IHP, cách bề mặt điện
cực một khoảng x1. Các ion bị solvat hố chỉ có thể tiếp cận gần nhất đến bề
mặt điện cực ở khoảng cách x2, mặt phẳng đi qua tâm các ion bị solvat hoá có
thể tiếp cận điện cực gần nhất gọi là mặt phẳng Helmholtz ngoài (Outer
Hlelmholtz Plane) ký hiệu là OHP.

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


16
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Lớp khuếch tán
Cation bị solvat hóa

a)
Kim

loại

Anion hấp phụ đặc biệt
= Phân tử
solvat

b)

Hình 1.2 - Mơ hình lớp điện tích kép có hấp phụ đặc biệt anion
a) Mơ hình lớp kép
b) Sự thay đổi điện thế theo khoảng cách

Phần bên ngồi, có cấu tạo khuếch tán nên gọi là lớp khuếch tán. Khoảng
cách x2 đại diện cho khoảng cách gần nhất nhất mà ion bị solvat hố có thể
tiếp cận được bề mặt điện cực, và cũng là điểm xuất phát của lớp khuyếch tán.

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


17
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Ngoài việc chịu tác dụng của điện trường điện cực, các ion cịn có chuyển
động nhiệt hình thành lớp khuếch tán trải rộng. Độ dầy lớp khuếch tán phụ
thuộc vào nồng độ tổng ion có trong dung dịch; đối với dung dịch có nồng độ
lớn hơn 10-2 M thì độ dầy lớp khuếch tán nhỏ hơn hoặc bằng 10-8 m.
Hình 1.2(a) mơ tả mơ hình cấu tạo lớp điện tích kép ở điều kiện hấp thụ
dặc biệt anion. Vì điện dung lớp kép Cdl bao gồm điện dung lớp kép phần dầy
đặc Helmholtz CH và điện dung lớp kép phần khuếch tán Cdiff, nên điện dung
lớp kép tổng được tính bởi phương trình (1.4):
(1.4)
Hình 1.2b mô tả sự thay đổi điện thế trong vùng dung dịch theo khoảng
cách đến điện cực. Φ1 điện thế tại IHP, ΦM điện thế điện cực kim loại, ΦS các

điện thế của dung dịch, qM điện tích kim loại, x1 khoảng cách từ IHP tới kim
loại, x2 khoảng cách của OHP tới kim loại, σi tổng mật độ điện tích của các
lớp bên trong, σd mật độ điện tích lớp khuếch tán. Và mật độ điện tích kim
loại σM chính bằng: σM = - (σi +σd). Do chuyển động nhiệt, khuấy trộn dung
dịch, các ion không được hấp thụ đặc biệt nên phân bố từ OHP vào trong
lòng dung dịch và có cấu tạo khuếch tán ba chiều.

Điện thế trên lớp

Helmholtz đặc sít và lớp khuếch tán có thể bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố, ví
dụ như cấu tạo của điện cực và bản chất của dung dịch điện ly.
1.1.4. Giả điện dung (Pseudocapacitance)
Khác với điện dung lớp kép có nguồn gốc là dịng khơng- Faraday (nonFaraday), khơng có sự chuyển điện tích qua lớp kép; giả điện dung phát sinh ở
bề mặt điện cực, có nguồn gốc là dịng Faraday liên quan đến sự chuyển điện
tích qua lớp kép. Tương tự như trong q trình phóng điện và tích điện của ắc
quy, nhưng điện dung sinh ra do mối quan hệ đặc biệt giữa lượng điện tích

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


18
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

tích được Δq và sự thay đổi điện thế ΔV để có tỷ số d(Δq)/d(ΔV) hay dq/dV
chính là điện dung C:
C=

∂ (∆q )
∂ (∆V )

(1.5)

Điện dung được biểu diễn bởi biểu thức trên được gọi là giả điện dung.
Thông thường trong một tụ điện cacbon lớp kép, có đến khoảng 1-5% giả
điện dung là do phản ứng Faraday của oxy hấp phụ trên bề mặt (phụ thuộc
vào các điều kiện tổng hợp hoặc tiền xử lý của vật liệu cacbon). Mặt khác,
trong tụ giả điện dung ln có thành phần điện dung lớp kép tương ứng với
diện tích bề mặt tiếp xúc điện hố chiếm khoảng 5-10% tổng giá trị điện
dung. Giả điện dung có thể được sinh ra do điện hấp phụ của nguyên tử hydro
hay nguyên tử kim loại và các phản ứng oxy hoá-khử của các dạng hoạt động
điện khác, dựa trên sự hấp phụ hoá học đặc biệt của các ion trong dung dịch
điện ly với bề mặt điện cực. Một mặt, giả điện dung có thể nâng cao đáng kể
dung lượng của siêu tụ. Mặt khác, nó cũng làm giảm tuổi thọ của siêu tụ. Một
số loại vật liệu thể hiện đặc tính giả điện dung khá tốt được nghiên cứu như:
• Các màng oxit hay màng oxit có ngậm nước hoạt động điện của các kim
loại chuyển tiếp, như: MnO2, IrO2, RuO2, MoO3, WO3, Co3O4.
• Màng polyme dẫn điện. Ví dụ: polypyrrol, polythiophen, polyaniline, và
những dẫn xuất của chúng.
•

Pt kim loại hấp phụ hydro.

1.1.5. So sánh tụ điện và nguồn điện hố học
1.1.5.1. Cơ chế hoạt động
Có sự khác nhau cơ bản và chung nhất giữa cơ chế hoạt động của tụ điện
hoá và nguồn điện hoá học (ắc quy, pin):

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


19
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Đối với tụ điện lớp kép, q trình tích trữ điện tích là q trình khơngFaraday lý tưởng, khơng có sự chuyển điện tử qua bề mặt phân chia pha của
điện cực, và sự tích trữ điện tích và năng lượng điện là ở dạng tĩnh điện.
Trong quá trình hoạt động của ắc quy, quá trình cần thiết là q trình
Faraday, có sự chuyển điện tử qua lớp điện tích kép kèm theo sự thay đổi
trạng thái oxi hố. Do vậy, làm thay đổi tính chất hoá học của vật liệu hoạt
động điện. Trường hợp trung gian mà ở đó sự chuyển điện tích Faraday diễn
ra nhưng nhờ áp dụng các điều kiện nhiệt động đặc biệt, điện thế V của điện
cực là một hàm liên tục của lượng điện tích q chuyển qua để sinh ra dq/dV.
Nó tương đương và đo được như một điện dung và được gọi là giả điện dung.
Các điện tử tham gia vào q trình tích điện lớp kép là các điện tử vùng dẫn,
không định xứ cố định ở bất kỳ vị trí nào trên điện cực. Trong khi các điện tử
tham gia vào quá trình Faraday của ắc quy là các điện tử vùng hoá trị.
1.1.5.2. Mật độ điện tích trữ
Trên lớp kép của các điện cực phẳng, mật độ điện tích thường nhận thấy
là 16-50 µC/cm2. Giá trị trung bình khoảng 30 µC/cm2 hoặc 30 µC/V và mật
độ nguyên tử là 1015/cm2. Dễ dàng thấy rằng điện tích được cấp tính cho một
nguyên tử là 30/1015 µC, tương đương với 30x (10-6/105) x 6. 1023/1015 điện tử
trên một nguyên tử. Trong đó 105 và 6.1023 là hằng số Faraday (tính xấp xỉ)
và hằng số Avogadro. Thương số đưa ra ở trên là 0,18 e/nguyên tử được tích
trữ như là điện tích lớp kép ở 1 V cho ví dụ vừa lấy xong, nhưng đây là sự
phân bố điện tích trung bình liên quan đến e vùng dẫn.

Ngược lại, trong hầu hết các quá trình của ắc quy, các phản ứng oxi hoá
khử thường bao gồm một đến hai điện tử hoá trị trên một nguyên tử (đôi khi
là ba đối với Al và Bi) hoặc trên một phân tử chất phản ứng hoạt động điện.

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


20
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Do vậy, độ tích trữ điện tích của tụ điện hố tính trên một ngun tử của diện
tích bề mặt tiếp xúc hoạt động chỉ bằng 20% hoặc 10% so với độ tích trữ điện
tích của vật liệu oxi hố khử trong ắc quy. Vì vậy, mật độ năng lượng sẵn có
đối với tụ về cơ bản là nhỏ hơn so với ắc quy. Đây cũng là một hạn chế dễ
thấy, nhưng bù lại tụ điện hố có chu kỳ sống lớn hơn và mật độ điện năng
đạt được cao hơn, vì mật độ năng lượng của tụ tăng lên theo bình phương giá
trị điện thế khi tích điện. Vì vậy, hồn tồn có thể cải thiện mật độ năng lượng
tích trữ được bằng cách sử dụng dung mơi khơng phải là nước, có điện thế
phân huỷ lên tới 3 hoặc 3,5 V.
1.1.5.3. Đường cong nạp điện
Đối với ắc quy, năng lượng Gibb lớn nhất tích luỹ được tương ứng với
lượng điện tích Q và và hiệu điện thế thuận nghịch của hai điện cực ∆E được
tính: G = Q∆E. Cịn đối với tụ điện: G = ½ QV. Đối với một một hiệu điện
thế xác định thì V = ∆E. Như vậy, năng lượng được tích trữ bởi một ắc quy
cung cấp một điện tích Faraday Q xác định ở điện thế ∆E = V, lớn gấp 2 lần
so với điện tích được tích trữ trong tụ điện mà được tích cùng một lượng điện
tích Q như nhau để cùng đạt một giá trị điện thế như nhau. Sự khác biệt này

có thể được hiểu như sau:
Trong q trình tích điện của tụ điện đơn thuần là lớp kép, ví dụ mỗi một
điện tử được đưa vào điện cực để làm tăng lượng điện tích được tích trữ tĩnh
điện trên điện cực đều phải tốn thêm năng lượng (lực di chuyển điện) để
chống lại lực đẩy tĩnh điện của các điện tích cùng dấu khác đã được tích trữ
trước đó ở trên bề mặt điện cực. Vì vậy khi Q tăng thì V cũng phải tăng theo.
Trong ắc quy đang được tích điện, với điều kiện là hai cấu tử dạng oxi hoá và
dạng khử của vật liệu hoạt động điện cùng tồn tại thì điện thế nhiệt động (lý
tưởng) tồn tại khơng phụ thuộc vào lượng điện tích Q được đưa vào.

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


21
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Do vậy hiệu điện thế (lực di chuyển điện, suất điện động) của ắc quy là
hằng số lý tưởng trong suốt nửa chu kỳ phóng hoặc nạp điện, để G = Q∆E lớn
hơn G = ½ Q ∆E hay G = ½ QV. Sự khác biệt này có thể được mơ tả bởi
đường cong nạp điện như được chỉ ra trên hình 1.3. Trong đó điện thế trên tụ
giảm xuống tuyến tính theo lượng điện tích (xét một cách lý tưởng đối với
điện dung lớp kép khơng phụ thuộc vào điện thế), trong khi đó đối với ắc quy
thì điện thế là một hằng số miễn là hai pha oxy hoá và khử vẫn ở trạng thái
cân bằng.
Điện thế
nạp
ẮC QUY

LÝ TƯỞNG

phóng
nạp

TỤ LÝ
TƯỞNG

phóng

Điện lượng

Hình 1.3 - Đường phóng- nạp điện của tụ điện lý tưởng và ắc quy lý tưởng

Sự giảm điện thế của tụ sinh ra điện dung C = Q/V. Điện thế ắc quy lý
tưởng trong khi phóng nạp như là một hàm trạng thái của điện tích, được chỉ
ra trên hình vẽ là hai đường thẳng song song và có độ dốc bằng 0. Hai đường
thẳng này khác nhau là do kết quả của sự phân cực anot và caotot sinh ra
trong quá trình phóng và nạp (bao gồm điện thế rơi ơm IR sinh ra do điện trở
của dung dịch hoặc nội trở bên trong).
Trong độ dốc của đường phóng và nạp của tụ điện (Hình 1.3) có điện thế rơi
ơm đặc trưng IR, phụ thuộc vào tốc độ phóng hoặc nạp, nên thực tế đường

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


22
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật

liệu siêu tụ, M = Co, Fe

phóng điện được tách ra khỏi đường nạp điện bởi một sự chênh lệch về hiệu
điện thế bằng 2IR [10]. Và thực tế, trong hầu hết các ắc quy điện thế đều giảm
theo sự giảm của trạng thái của điện tích.
1.1.5.4. Đường cong quét thế vịng tuần hồn
Sự khác nhau cơ bản và điển hình của tụ điện so với pin và ắc quy là tính
chất thuận nghịch của nó [10,15]. Pin và ăcquy tích trữ năng lượng nhờ các
phản ứng điện hóa, mà trong q trình hoạt động có sự thay đổi pha khơng
hồn toàn của các vật liệu điện cực nên lượng điện tích trong q trình phóng
và nạp ln bị giảm đi. Cịn trong tụ điện thì điện tích được tích trữ dưới dạng
năng lượng điện trường giữa hai bản cực, nên quá trình nạp năng lượng xảy ra
rất nhanh và sử dụng đến khi khơng cịn năng lượng nữa, tức là hiệu suất sử
dụng trữ năng là 100%. Ta có thể biểu diễn tính thuận nghịch này bằng đồ thị
quét thế vòng (CV) của chúng.
Ở điều kiện phân cực lý tưởng, tức tồn bộ điện tích được cung cấp cho
điện cực chỉ dùng để nạp điện cho lớp điện tích kép, mật độ dịng i được tính
[8]:

t  




−R C 
t 


−
1 − e  s dl  

 RC 
s dl 

 = EC dl 
i = vC dl 1 − e

t









(1.6)

Trong đó: E- điện thế điện cực; Cdl- điện dung lớp kép; Rs- điện trở dung
dịch; t- thời gian phân cực; v- vận tốc quét thế, v = E/t. Đồ thị của i-t, E-t và iE được biểu diễn như hình 1.4:

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


23
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe
E

t

i

i
t

i

i

E

λ

Hình 1.4 - Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện thế, mật độ dịng và thời gian
trong q trình qt thế vịng tuần hồn của vật liệu làm tụ điện.

Vì vậy, đồ thị CV của vật liệu làm điện cực tụ điện thường dạng giống
hình chữ nhật và đối xứng nhau, trong khi đó ở vật liệu điện cực của pin và ắc
quy ta rất ít gặp trường hợp này. Chính tính chất này có ảnh hưởng rất lớn đến
khả năng làm việc của nguồn điện. Ắcquy hoạt động dựa theo nguyên lý điện
hóa, và chúng cần có thời gian chuyển từ điện năng sang hóa năng qua các
phản ứng phức tạp trong cấu tạo của nó, do đó tốc độ phóng nạp của nó tương
đối chậm (nạp ắcquy cần khoảng 3 giờ) và số lần phóng nạp chỉ khoảng từ
500 đến 2000 lần. Còn siêu tụ điện cho phép nạp đầy chỉ trong 10 giây, phóng
nạp nhiều lần, tuổi thọ cao (khoảng trên 100 000 lần).
Bảng 1.1- So sánh các thông số đặc trưng của tụ, siêu tụ và ắc quy
Thông số

Tụ điện

Siêu tụ

Ắc quy

Thời gian nạp điện

10-6÷ 10-3 giây

10 ÷ 30 giây

0.3 ÷ 3 giờ

Thời gian phóng điện

10 ÷ 10 giây

10 ÷ 30 giây

1÷ 1,5 giờ

<0,1

1÷10

20 ÷100

>10 000

1 000 ÷ 2 000

50 ÷ 200

> 500 000

> 100 000

500 ÷ 2 000

∼1,0

0,9 ÷ 0,95

0,7 ÷ 0,85

Mật độ năng lượng (Wh/kg)
Mật độ điện (W/kg)
Chu kỳ sống
Hiệu suất phóng/ nạp

Luận văn thạc sĩ

-6

-3

Lê Thị Thu Hằng

24
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Trên đây là bảng so sánh một số các thông số đặc trưng của tụ điện
thơng thưịng, siêu tụ và ắc quy. Và cũng có thể tóm tắt một số ưu điểm và
nhược điểm của tụ điện điện hố:
Ưu điểm:
- Có chu kỳ sống dài, lớn hơn 100 000 chu kỳ, một vài hệ có thể lên đến
trên 106 chu kỳ.
- Mật độ năng lượng tốt (dưới một số điều kiện, bị giới hạn bởi IR hay
điện trở tương đương của mạch phức hợp).
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động đơn giản (có thể sử dụng công nghệ
sản xuất của ắc quy).
- Vật liệu rẻ (với dung mơi nước).
- Có thể kết hợp với nguồn điện nạp lại được tạo thành hệ cung cấp điện
hỗn hợp (thiết bị điện).
Nhược điểm:
-

Mật độ năng lượng bị giới hạn, mật độ năng lượng thể tích nhỏ.

- Điện thế làm việc thấp (tuỳ thuộc vào dung dịch điện ly, nhưng nếu so
với ắc quy thì giá trị này cũng khá cao)
- Trong mơi trường nước thì điện thế làm việc từ 0-1.4 V, trong dung
môi hữu cơ cho phép điện thế lên tới 4.5V và thực tế là đạt được 3.5 V.
Nhưng dung môi không phải là nước u cầu độ tinh khiết cao, hồn
tồn khơng chứa nước, giá thành cao.
- Phải kết hợp với nhiều hệ thống thì mới có điện thế cao.

1.1.6. Phân loại siêu tụ
Hiện nay, dựa vào cơ chế tích trữ năng lượng mà chia siêu tụ ra làm hai
loại là siêu tụ lớp kép và siêu tụ giả điện dung.

Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng


25
Nghiên cứu chế tạo vật liệu pha tạp Mn1-xMx O1+y .nH2O bằng phương pháp điện hoá ứng dụng làm vật
liệu siêu tụ, M = Co, Fe

Siêu tụ lớp kép có dung lượng cao khoảng vài Fara trong khi các tụ điện
điện ly thông thường khác chỉ khoảng vài chục miniFara. Khi diện tích lớn
hơn, nó có thể đạt được dung lượng rất cao khoảng 5000 F, và năng lượng
riêng đạt 30 Wh/kg. Sự tích trữ điện được thực hiện trực tiếp ngay trên lớp
kép của điện cực. Vì khơng có sự chuyển điện tích ngang qua bề mặt phân
chia pha giữa dung dịch với điện cực, nên tụ điện loại này mang tính chất tụ
điện thuần t. Thơng thường, muốn tăng dung lượng tích trữ thì tụ lớp kép
phải sử dụng các vật liệu xốp có kích cỡ nanomét, mà điển hình là than hoạt
tính. Than hoạt tính là vật liệu xốp có các hạt cực kì nhỏ liên kết với nhau, ở
giữa có các lỗ rỗng. Điện tích được tích trữ ở trong các lỗ xốp nhờ q trình
khơng-Faraday. Tức là các điện tích dương và âm tích lũy trên hai bề mặt của
tụ điện dưới dạng tĩnh điện (Hình 1.5). Hai bề mặt này được phân cách với
nhau nhờ chất cách điện. Tuy nhiên điện thế làm việc của nó nhỏ, khoảng từ 2
đến 3V.

Hình 1.5 - Cấu tạo của siêu tụ điện lớp kép làm từ vật liệu cácbon hoạt tính

Siêu tụ giả điện dung là loại tụ hoạt động dựa trên phản ứng Faraday (có
sự chuyển điện tích qua bề mặt điện cực) khi áp điện thế vào điện cực tạo nên
phản ứng Faraday như phản ứng điện hấp phụ hoặc phản ứng oxy hoá khử
của các chất hoạt động điện ( RuO2, IrO2, Co3O4 ...). Quá trình điện hấp phụ
Luận văn thạc sĩ

Lê Thị Thu Hằng