Luận án Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất trao đổi ion của vật liệu dương cực trên cơ sở mangan oxit ứng dụng trong pin ion kiềm
Hiện nay an ninh năng lượng và phát triển bền vững đang là những thách thức
mang tích chất toàn cầu, là vấn đề cần phải được tất cả các quốc gia quan tâm đặc
biệt cho cuộc sống hiện tại và trong tương lai. Các nguồn năng lượng dựa trên nhiên
liệu hóa thạch (dầu mỏ, than, khí đốt, .) và cả năng lượng hạt nhân được sử dụng
hiện nay đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt. Hơn thế nữa việc sử dụng các nhiên liệu
hóa thạch còn thải ra khí CO2 gây ra những thảm họa về biến đổi khí hậu và ô nhiễm
môi trường. Vấn đề đặt ra hiện nay là cần phải tìm kiếm, khai thác và sử dụng các
nguồn năng lượng sạch tái tạo lại được và không gây ra tác hại với môi trường để
thay thế các nguồn năng lượng trên. Trong số các nguồn năng lượng sạch có khả năng
tái tạo lại thì năng lượng gió, năng lượng mặt trời đã và đang được xem là nguồn năng
lượng thay thế có rất nhiều triển vọng. Tuy nhiên các dạng năng lượng này có một
hạn chế rất lớn đó là thường không liên tục và phụ thuộc điều kiện thời tiết. Để khắc
phục những nhược điểm trên và để sử dụng các nguồn năng lượng này một cách hiệu
quả thì cần phải có các thiết bị có thể lưu trữ các năng lượng này để sử dụng khi cần
thiết. Các thiết bị đang được sử dụng hiện nay là các loại pin (ắc quy) nạp lại được
hoặc các siêu tụ điện
Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất trao đổi ion của vật liệu dương cực trên cơ sở mangan oxit ứng dụng trong pin ion kiềm
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT TRAO ĐỔI ION CỦA VẬT LIỆU DƯƠNG CỰC TRÊN CƠ SỞ MANGAN OXIT ỨNG DỤNG TRONG PIN ION KIỀM CHUYÊN NGÀNH: VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ Mã sỗ: 62440123 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI, NĂM 2018 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ------------------ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT TRAO ĐỔI ION CỦA VẬT LIỆU DƯƠNG CỰC TRÊN CƠ SỞ MANGAN OXIT ỨNG DỤNG TRONG PIN ION KIỀM Chuyên nghành: Vật liệu điện tử Mã sỗ: 9440123 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI, NĂM 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2018 Tác giả luận án Tạ Anh Tấn ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin cảm ơn PGS. TS. Phạm Duy Long đã hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn các cán bộ nghiên cứu trong Phòng Vật liệu và Linh kiện năng lượng - Viện Khoa học Vật liệu - Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong thời gian làm nghiên cứu sinh ở đó. Tôi xin được cảm ơn GS. I-Ming Hung Khoa Hóa học và Khoa học Vật liệu trường Đại học Yuan Ze số 135 đường Yuan-Tung, Chungli, Đài Loan đã có những giúp đỡ quý báu cho một số phép đo điện hóa trong thời gian tôi làm NCS. Tôi xin cảm ơn PGS. TS. Lê Đình Trọng và bộ môn Vật lý chất rắn trường ĐH Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện giúp đỡ một số phép nghiền chế tạo vật liệu và đo điện hóa trong thời gian tôi làm NCS. Tôi xin được cảm ơn PGS.TS. Phạm Văn Hội, PGS.TS. Lê Văn Hồng, PGS. TS. Đỗ Hùng Mạnh và các giảng viên, nghiên cứu viên thuộc những đơn vị sau đây: Phòng thí nghiệm trọng điểm-Viện Khoa học vật liệu- Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam; Phòng Vật lý Vật liệu từ và Siêu dẫn - Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam; Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội; đã có những góp ý quí báu thực hiện các phép đo cho tôi trong thời gian làm NCS. Tôi xin cảm ơn Trường Đại học Thủ đô Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian tôi làm nghiên cứu sinh. Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng đó là gia đình tôi, bố mẹ, các anh em, vợ và các con tôi đã động viên, giúp đỡ và dõi theo từng bước đi của tôi trong suốt thời gian làm luận án này. Xin cảm ơn sự giúp đỡ to lớn của tất cả mọi người! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................................. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... viii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 TỔNG QUAN ........................................................................................... 6 1.1. Khái niệm và phân loại pin. ................................................................................. 6 1.1.1. Pin hóa học (chemical battery). ......................................................................... 7 1.1.2. Pin vật lý (Physical battery). ............................................................................. 7 1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển của pin .................................................................... 7 1.3. Lịch sử phát triển của pin liti - ion tái nạp. .......................................................... 8 1.4. Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của pin ion - liti. ................................................. 9 1.5. Vật liệu dùng cho pin Li-ion. ............................................................................. 11 1.5.1. Vật liệu âm cực ............................................................................................... 11 1.5.2. Chất điện ly ..................................................................................................... 12 1.5.3. Vật liệu dương cực .......................................................................................... 14 1.6. Khái quát về vật liệu dẫn và tích/thoát ion. ........................................................ 17 1.6.1. Cơ sở lý thuyết về vật liệu tích trữ, dẫn ion Li+. ............................................. 17 1.6.2. Khái quát về cấu trúc tối ưu cho vật liệu dẫn ion ........................................... 18 1.6.3. Khái quát về cấu trúc tối ưu cho vật liệu tích thoát ion. ................................. 25 1.7. Vật liệu dương cực dẫn ion Li+ .......................................................................... 27 1.7.1. Vật liệu spinel LiMn2O4 .................................................................................. 27 1.7.2. Vật liệu LiNixMn2-xO4 ..................................................................................... 30 1.8. Vật liệu dương cực dẫn ion Na+. ........................................................................ 33 1.8.1. Vật liệu dương cực dẫn ion Na+ trên nền MnO2. ............................................ 34 1.8.2. Vật liệu dương cực dẫn ion Na+ trên nền V2O5. ............................................. 36 iv 1.9. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 37 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU DƯƠNG CỰC................................................................. 38 2.1. Các phương pháp chế tạo mẫu ........................................................................... 38 2.1.1. Phương pháp chế tạo vật liệu khối .................................................................. 38 2.1.2. Các phương pháp chế tạo màng mỏng ............................................................ 42 2.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu dương cực ........................................................... 45 2.2.1. Thực nghiệm chế tạo vật liệu LiNixMn2-xO4 ................................................... 45 2.2.2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu Na0,44MnO2 bằng phương pháp thủy nhiệt ...... 48 2.2.3. Thực nghiệm chế tạo các vật liệu khác ........................................................... 49 2.3. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 49 2.3.1. Phép đo phân tích nhiệt (DTA-TGA) ............................................................. 49 2.3.2. Phổ TGA và DTA của hỗn hợp MnO2 và Li2CO3. ......................................... 51 2.3.3. Phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể ......................................................... 51 2.3.4. Các phương pháp đo điện hóa ......................................................................... 54 2.4. Thực nghiệm chế tạo điện cực màng mỏng của vật liệu dương cực. ................. 60 2.4.1. Chế tạo điện cực màng mỏng .......................................................................... 60 2.4.2. Khảo sát động học phản ứng phóng/nạp của màng điện cực .......................... 61 2.4.3. Đánh giá tính chất phóng/nạp của pin mô hình .............................................. 61 2.5. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 62 ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI HỌC CỦA HỆ VẬT LIỆU DƯƠNG CỰC .............................................................................................. 63 3.1. Đặc điểm cấu trúc và hình thái học của vật liệu LiNixMn2-xO4. ........................ 63 3.1.1. Đăc điểm hình thái học của hệ vật liệu LiNixMn2-xO4. ................................... 63 3.1.2. Đặc điểm cấu trúc của hệ vật liệu LiNixMn2-xO4. ........................................... 70 3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ tới cấu trúc của hệ vật liệu LiNixMn2-xO4. ........... 80 3.2. Đặc điểm cấu trúc và hình thái học của vật liệu NaxMnO2................................ 88 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình thủy nhiệt tới cấu trúc và hình thái học của vật liệu NaxMnO2. ................................................................................. 89 3.3. Đặc điểm cấu trúc và hình thái học của vật liệu bột V2O5. ................................ 98 v 3.4. Kết luận chương 3. ........................................................................................... 100 TÍNH CHẤT ĐIỆN VÀ ĐIỆN HÓA CỦA CÁC HỆ VẬT LIÊU DƯƠNG CỰC ........................................................................................................... 101 4.1. Độ dẫn ion (Li+; Na+) của các hệ vật liệu dương cực ...................................... 101 4.1.1. Độ dẫn ion Li+ của vật liệu dương cực LiNixMn2-xO4. ................................. 104 4.1.2. Độ dẫn ion Na+ của vật liệu dương cực NaxMnO2........................................ 112 4.2. Tính chất điện hóa của các hệ vật liệu dương cực. .......................................... 114 4.2.1. Tính chất điện hóa của hệ vật liệu dẫn và tích/thoát ion Li+ sử dụng LiNixMn2- xO4 làm dương cực. .................................................................................... 114 4.2.2. Tính chất điện hóa của hệ vật liệu dẫn và tích/thoát ion Na+ sử dụng Na0,44MnO2 làm dương cực. ........................................................................................... 118 4.2.3. Tính chất điện hóa của hệ vật liệu dẫn và tích/thoát ion Na+ sử dụng V2O5 làm dương cực. .................................................................................................. 123 4.3. Thử nghiệm chế tạo pin ion Liti ....................................................................... 128 4.4. Kết luận chương 4 ............................................................................................ 130 KẾT LUẬN CHUNG .............................................................................................. 132 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ..................................................................... 134 CÁC CÔNG TRÌNH CÓ THAM GIA ................................................................... 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... I PHỤ LỤC ................................................................................................................ XV vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT C-rate Tốc độ dung lượng CE Điện cực đối Cu-Zn Pin đồng kẽm C-V Phương pháp phổ điện thế quét vòng DC Dimethyl Carbonate dMA Hợp kim cơ học kép (double Mechanical Alloying) DTA Phương pháp phân tích nhiệt vi sai EC Ethylen cacbonat ECD Linh kiện điện sắc LCO Liti coban oxit Lead-Acid Pin chì axit LFP Liti photphat sắt LIBs Pin ion liti Li-ion Pin sạc liti ion LMO Liti mangan oxit LR - NMC oxit cobalt mangan niken lithium giàu lithium MA Phương pháp hợp kim cơ học (Mechanical Alloying) MAA Ủ kích hoạt cơ học (Mechanically Activated Annealing) MM Nghiền cơ học (mechanical milling) NiBs Pin ion natri Ni-Cd Pin niken cadimi Ni-MH Pin niken hiđrua kim loại NMC Nickenmangan coban oxit PC propylene carbonate PEO Poly(ethylene oxide)-based electrolytes PPG Poly(propylene) glycol PTFE Polytetrafluoroethylene PVDF Poly(vinylidene fluoride) RE Điện cực so sánh (Reference Electrode) RM Nghiền phản ứng (Reaction Milling) SEI Solid Electrolyte Interphase SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope) TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua WE Điện cực làm việc XRD Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction) vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Ký hiệu vật liệu LiNixMn2-xO4 với tỷ lệ thay thế Ni x =0; 0,05; 0,1 và 0,2 tổng hợp bằng phản ứng pha rắn ở 800 C, 850 C và 900 C. .......... 46 Bảng 2.2: Ký hiệu vật liệu LiNixMn2-xO4 với tỷ lệ thay x =0, 0,05, 0,1 và 0,2 tổng hợp bằng sol-gel ở 300 C, 500 C, 700 C và 800 C. ..................... 47 Bảng 2.3: Ký hiệu vật liệu NaxMnO2 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt ở 185 C, 1900 C, 195 C, 200 C và 205 C. ........................................... 48 Bảng 3.1: Giá trị trung bình kích thước hạt LiNixMn2-xO4 chế tạo bằng phương pháp sol-gel sau khi ủ ở các nhiệt độ khác nhau. ........................................... 66 Bảng 3.2: Thông số mạng tinh thể của vật liệu LiMn2O4 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel ở 300C; 500C; 700C và 800C .......................................... 80 Bảng 3.3: Thông số mạng tinh thể của vật liệu LiMn2O4 tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn ở 800C;850C và 900C. ...................................... 80 Bảng 3.4: Thông số cấu trúc mạng tinh thể tính toán từ kết quả XRD của các mẫu G0, G1, G2 và G3 tổng hợp bằng phương pháp sol - gel ở 300 °C; 500 °C; 700 °C và 800 °C. ............................................................................ 82 Bảng 3.5: Thông số cấu trúc mạng tinh thể tính toán từ kết quả XRD của các mẫu S0, S1, S2 và S3 tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn ở 800 °C; 850 °C; và 900 °C. ................................................................................. 83 Bảng 3.6: Thông số cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu LiNixMn2−xO4 với tỷ lệ phân tử Ni thay thế (x= 0; 0,1 và 0,2) tổng hợp bằng sol-gel ở 800 °C. ........ 87 Bảng 4.1: Độ dẫn ion Li của vật liệu LiNixMn2-xO4 tổng hợp bằng pp sol-gel...... 107 Bảng 4.2: Độ dẫn ion của vật liệu LiNixMn2-xO4 tổng hợp bằng pha rắn .............. 109 Bảng 4.3: Độ dẫn ion của vật liệu NaxMnO2 tổng hợp bằng thủy nhiệt. ............... 112 Bảng 4.4: Dung lượng phóng nạp của các mẫu LiNixMn2-xO4 .............................. 118 Bảng 4.5: Tốc độ đáp ứng dòng của mẫu T205U600 ở các tốc độ quét thế. ......... 119 Bảng 4.6: Giá trị của các thành phần tương đương trong mạch của phổ tổng trở. 127 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sự phân bố thị phần của các loại pin hóa học vào năm 2015. ................. 6 Hình 1.2: Pin điện Baghdad. ..................................................................................... 7 Hình 1.3: Pin liti ion: a) Cấu hình tổng quát; b) Khi pin phóng điện. ...................... 9 Hình 1.4: Minh họa ngu ... n2O4", Journal of Alloys and Compounds 474, pp.370-374. 103.Padhi A., Nanjundaswamy K., Goodenough J. (1997), "Phospho‐olivines as positive‐electrode materials for rechargeable lithium batteries", Journal of the electrochemical society 144, pp.1188-1194. 104.Park Y., Woo Lee S., Kim K. H., Min B.-K., Kumar Nayak A., Pradhan D., Sohn Y. (2015), "Understanding hydrothermal transformation from Mn2O3 particles to Na0.55Mn2O4·1.5H2O nanosheets, nanobelts, and single crystalline ultra-long Na4Mn9O18 nanowires", 5, p18275. 105.Park Y. J., Kim J. G., Kim M. K., Chung H. T., Um W. S., Kim M. H., Kim H. G. (1998), "Fabrication of LiMn2O4 thin films by sol–gel method for cathode materials of microbattery", Journal of Power Sources 76, pp.41-47. 106.Prem Kumar T., Ramesh R., Lin Y. Y., Fey G. T.-K. (2004), "Tin-filled carbon nanotubes as insertion anode materials for lithium-ion batteries", Electrochemistry Communications 6, pp.520-525. 107.Purwaningsih D., Roto R., Sutrisno H. (2016), "Synthesis of LiNix Mn2-xO4 by low-temperature solid-state reaction and its microstructure", IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 107, pp.012-033. 108.Ragupathy P., Vasan H. N., Munichandraiah N. (2010), "Microwave driven hydrothermal synthesis of LiMn2O4 nanoparticles as cathode material for Li-ion batteries", Materials Chemistry and Physics 124, pp.870-875. 109.Raju V., Rains J., Gates C., Luo W., Wang X., Stickle W. F., Stucky G. D., Ji X. (2014), "Superior Cathode of Sodium-Ion Batteries: Orthorhombic V2O5 Nanoparticles Generated in Nanoporous Carbon by Ambient Hydrolysis Deposition", Nano Letters 14, pp.4119-4124. 110.Rossouw M. H., de Kock A., de Picciotto L. A., Thackeray M. M., David W. I. F., Ibberson R. M. (1990), "Structural aspects of lithium-manganese-oxide electrodes for rechargeable lithium batteries", Materials Research Bulletin 25, pp.173-182. 111.Ruffo R., Fathi R., Kim D. J., Jung Y. H., Mari C. M., Kim D. K. (2013), "Impedance analysis of Na0.44MnO2 positive electrode for reversible sodium batteries in organic electrolyte", Electrochimica Acta 108, pp.575-582. X 112.Rui M., Handong J., Hongmin Z., Shuqiang J. (2016), "Ultra-long Nanorods of Single-crystalline Na0.44MnO2 as Cathode Materials for Sodium-ion Batteries", International Journal of Electrochem science 11, pp.7242-7253. 113.Sauvage F., Laffont L., Tarascon J. M., Baudrin E. (2007), "Study of the Insertion/Deinsertion Mechanism of Sodium into Na0.44MnO2", Inorganic Chemistry 46, pp.3289-3294. 114.Shannon R. (1976), "Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides", Acta Crystallographica Section A 32, pp.751-767. 115.Shi S., Wang D.-s., Meng S., Chen L., Huang X. (2003), "First-principles studies of cation-doped spinel LiMn2O4 for lithium ion batteries", Physical Review B 67, p115130. 116.Shin J., Jung H., Kim Y., Kim J. (2014), "Carbon-coated V2O5 nanoparticles with enhanced electrochemical performance as a cathode material for lithium ion batteries", Journal of Alloys and Compounds 589, pp.322-329. 117.Sivakumar P., Nayak P. K., Markovsky B., Aurbach D., Gedanken A. (2015), "Sonochemical synthesis of LiNi0.5Mn1.5O4 and its electrochemical performance as a cathode material for 5 V Li-ion batteries", Ultrasonics Sonochemistry 26, pp.332-339. 118.Smaha R. W., Roudebush J. H., Herb J. T., Seibel E. M., Krizan J. W., Fox G. M., Huang Q., Arnold C. B., Cava R. J. (2015), "Tuning Sodium Ion Conductivity in the Layered Honeycomb Oxide Na3–xSn2–xSbxNaO6", Inorganic Chemistry 54, pp.7985-7991. 119.Su D., Wang G. (2013), "Single-Crystalline Bilayered V2O5 Nanobelts for High- Capacity Sodium-Ion Batteries", ACS Nano 7, pp.11218-11226. 120.Su D. W., Dou S. X., Wang G. X. (2014), "Hierarchical orthorhombic V2O5 hollow nanospheres as high performance cathode materials for sodium-ion batteries", Journal of Materials Chemistry A 2, pp.11185-11194. 121.Subramania A., Angayarkanni N., Vasudevan T. (2007), "Effect of PVA with various combustion fuels in sol–gel thermolysis process for the synthesis of LiMn2O4 nanoparticles for Li-ion batteries", Materials Chemistry and Physics 102, pp.19-23. 122.Tabuchi M., Ado K., Masquelier C., Matsubara I., Sakaebe H., Kageyama H., Kobayashi H., Kanno R., Nakamura O. (1996), "Electrochemical and magnetic properties of lithium manganese oxide spinels prepared by oxidation at low temperature of hydrothermally obtained LiMnO2", Solid State Ionics 89, pp.53- 63. 123.Takahashi M., Yoshida T., Ichikawa A., Kitoh K., Katsukawa H., Zhang Q., Yoshio M. (2006), "Effect of oxygen deficiency reduction in Mg-doped Mn- XI spinel on its cell storage performance at high temperature", Electrochimica Acta 51, pp.5508-5514. 124.Tepavcevic S., Xiong H., Stamenkovic V. R., Zuo X., Balasubramanian M., Prakapenka V. B., Johnson C. S., Rajh T. (2012), "Nanostructured Bilayered Vanadium Oxide Electrodes for Rechargeable Sodium-Ion Batteries", ACS Nano 6, pp.530-538. 125.Tevar A. D., Whitacre J. F. (2012) "Relating Synthesis Conditions and Electrochemical Performance for the Sodium Intercalation Compound Na4Mn9O18 in Aqueous Electrolyte", Journal of The Electrochemical Society 157, pp.A870-A875. 126.Thackeray M. M., David W. I. F., Bruce P. G., Goodenough J. B. (1983), "Lithium insertion into manganese spinels", Materials Research Bulletin 18, pp.461-472. 127.Tian S., Xing A., Tang H., Bao Z., Wu G. (2014), "Enhanced cycling stability of TiO2-coated V2O5 nanorods through a surface sol-gel process for lithium ion battery applications", Journal of Materials Chemistry A 2, pp.2896-2900. 128.Trócoli R., Franger S., Cruz M., Morales J., Santos-Peña J. (2014), "Improving the electrochemical properties of nanosized LiFePO4-based electrode by boron doping", Electrochimica Acta 135, pp.558-567. 129.Venkatesh G., Pralong V., Lebedev O. I., Caignaert V., Bazin P., Raveau B. (2014), "Amorphous sodium vanadate Na1.5+yVO3, a promising matrix for reversible sodium intercalation", Electrochemistry Communications 40, pp.100- 102. 130.Wang C.-H., Yeh Y.-W., Wongittharom N., Wang Y.-C., Tseng C.-J., Lee S.- W., Chang W.-S., Chang J.-K. (2015), "Rechargeable Na/Na0.44MnO2 cells with ionic liquid electrolytes containing various sodium solutes", Journal of Power Sources 274, pp.1016-1023. 131.Wang F. X., Xiao S. Y., Shi Y., Liu L. L., Zhu Y. S., Wu Y. P., Wang J. Z., Holze R. (2013), "Spinel LiNixMn2−xO4 as cathode material for aqueous rechargeable lithium batteries", Electrochimica Acta 93, pp.301-306. 132.Wang H., Gao X., Feng J., Xiong S. (2015), "Nanostructured V2O5 arrays on metal substrate as binder free cathode materials for sodium-ion batteries", Electrochimica Acta 182, pp.769-774. 133.Wang S., Li P., Shao L., Wu K., Lin X., Shui M., Long N., Wang D., Shu J. (2015), "Preparation of spinel LiNi0.5Mn1.5O4 and Cr-doped LiNi0.5Mn1.5O4 cathode materials by tartaric acid assisted sol–gel method", Ceramics International 41, pp.1347-1353. 134.Wang Y., Xiao R., Hu Y.-S., Avdeev M., Chen L. (2015), "P2-Na0.6[Cr0.6Ti0.4]O2 cation-disordered electrode for high-rate symmetric rechargeable sodium-ion batteries", Nature Communications 6, p6954. XII 135.Wang Z., Wang Z., Guo H., Peng W., Li X. (2015), "Improving the cycling stability of LiCoO2 at 4.5 V through co-modification by Mg doping and zirconium oxyfluoride coating", Ceramics International 41, pp.469-474. 136.Wei W., Sneha S., Jiang C., Ann R., Whitacrea a. J. F. (2015), "Relating Electrolyte Concentration to Performance and Stability for NaTi2(PO4)3/Na0.44MnO2 Aqueous Sodium-Ion Batteries", Journal of The Electrochemical Society 16, pp.A803-A808. 137.Wei Y., Kim K.-B., Chen G. (2006), "Evolution of the local structure and electrochemical properties of spinel LiNi0Mn2−xO4 (0≤x≤0.5)", Electrochimica Acta 51, pp.3365-3373. 138.Wei Y., Nam K. W., Kim K. B., Chen G. (2006), "Spectroscopic studies of the structural properties of Ni substituted spinel LiMn2O4", Solid State Ionics 177, pp.29-35. 139.Wen S.-J., Richardson T. J., Ma L., Striebel K. A., Ross P. N., Cairns E. J. (1996), "FTIR Spectroscopy of Metal Oxide Insertion Electrodes: A New Diagnostic Tool for Analysis of Capacity Fading in Secondary LiMn2O4 Cells", Journal of The Electrochemical Society 143, pp.L136-L138. 140.Whitacre J. F., Tevar A., Sharma S. (2010), "Na4Mn9O18 as a positive electrode material for an aqueous electrolyte sodium-ion energy storage device", Electrochemistry Communications 12, pp.463-466. 141.Whittingham M. S., Zavalij P. Y. (2000), "Manganese dioxides as cathodes for lithium rechargeable cells: the stability challenge", Solid State Ionics 131, pp.109-115. 142.Wu B., Ren Y., Li N. (2011) "LiFePO4 Cathode Material, in Electric Vehicles - The Benefits and Barriers", S. Soylu, Editor. 2011, InTech: Rijeka. p. Ch. 11. 143.Wu C., Wu F., Chen L., Huang X. (2002), "X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy analysis of Cr-doped spinel LiMn2O4 for lithium ion batteries", Solid State Ionics 152, pp.335-339. 144.Xia Y., Yoshio M. (1997), "Optimization of Spinel Li1+xMn2−yO4 as a 4 V Li‐ Cell Cathode in Terms of a Li‐Mn‐O Phase Diagram", Journal of The Electrochemical Society 144, pp.4186-4194. 145.Xia Y., Yoshio M. (1996), "An Investigation of Lithium Ion Insertion into Spinel Structure Li‐Mn‐O Compounds", Journal of The Electrochemical Society 143, pp.825-833. 146.Xifei L., Youlong X., Chunlei W. (2009), "Suppression of Jahn–Teller distortion of spinel LiMn2O4 cathode", Journal of Alloys and Compounds 479, pp.310– 313. 147.Xin G., Xiaowei L., Liqiang X., Huayun X., Jian Y., Yitai Q. (2012), "Synthesis of Spinel LiNixMn2-xO4 (x=0, 0.1, 0.16) and Their High Rate Charge-Discharge Performances ", Int. J. Electrochem. Sci 7, pp. 2504 - 2512 XIII 148.Xu B., Meng S. (2010), "Factors affecting Li mobility in spinel LiMn2O4—A first-principles study by GGA and GGA+U methods", Journal of Power Sources 195, pp.4971-4976. 149.Yang S., Song Y., Zavalij P. Y., Stanley Whittingham M. (2002), "Reactivity, stability and electrochemical behavior of lithium iron phosphates", Electrochemistry Communications 4, pp.239-244. 150.Yang Z., Jiang Y., Xu H.-H., Huang Y.-H. (2013), "High-performance porous nanoscaled LiMn2O4 prepared by polymer-assisted sol–gel method", Electrochimica Acta 106, pp.63-68. 151.Ye S. H., Lv J. Y., Gao X. P., Wu F., Song D. Y. (2004), "Synthesis and electrochemical properties of LiMn2O4 spinel phase with nanostructure", Electrochimica Acta 49, pp.1623-1628. 152.Yi T.-F., Hao C.-L., Yue C.-B., Zhu R.-S., Shu J. (2009), "A literature review and test: Structure and physicochemical properties of spinel LiMn2O4 synthesized by different temperatures for lithium ion battery", Synthetic Metals 159, pp.1255-1260. 153.Yi T.-F., Zhu Y.-R. (2008), "Synthesis and electrochemistry of 5V LiNi0.4Mn1.6O4 cathode materials synthesized by different methods", Electrochimica Acta 53, pp.3120-3126. 154.Yi T.-F., Zhu Y.-R., Zhu R.-S. (2008), "Density functional theory study of lithium intercalation for 5 V LiNi0.5Mn1.5O4 cathode materials", Solid State Ionics 179, pp.2132-2136. 155.Yu Z.-m., Zhao L.-c. (2007), "Structure and electrochemical properties of LiMn2O4", Transactions of Nonferrous Metals Society of China 17, pp.659-664. 156.Yuan D., Hu X., Qian J., Pei F., Wu F., Mao R., Ai X., Yang H., Cao Y. (2014), "P2-type Na0.67Mn0.65Fe0.2Ni0.15O2 Cathode Material with High-capacity for Sodium-ion Battery", Electrochimica Acta 116, pp.300-305. 157.Zeng R.-h. L., Dong-sheng W.-s., Huang L., Qi-ming Zhao L.-z. (2007), "Insertion/removal kinetics of lithium ion in spinel LiCuxMn2-xO4", Transactions of Nonferrous Metals Society of China 17, pp.1312-1318. 158.Zhang B. H., Liu Y., Chang Z., Yang Y. Q., Wen Z. B., Wu Y. P., Holze R. (2014), "Nanowire Na0.35MnO2 from a hydrothermal method as a cathode material for aqueous asymmetric supercapacitors", Journal of Power Sources 253, pp.98-103. 159.Zhang C., Liang Y., Yao L., Qiu Y. (2014), "Synthesis and characterization of LiFePO4-carbon nanofiber with Ti4 + substitution by electrospinning and thermal treatment", Solid State Ionics 267, pp.74-79. 160.Zhang Q., Mei J., Xie X., Wang X., Zhang J. (2015), "Solution combustion synthesis and enhanced electrochemical performance Li1.2Ni0.2Mn0.6O2 XIV nanoparticles by controlling NO3–/CH3COO– ratio of the precursors", Materials Research Bulletin 70, pp.397-402. 161.Zhang T., Li D., Tao Z., Chen J. (2013), "Understanding electrode materials of rechargeable lithium batteries via DFT calculations", Progress in Natural Science: Materials International 23, pp.256–272. 162.Zhang W.-J. (2011), "Structure and performance of LiFePO4 cathode materials: A review", Journal of Power Sources 196, pp.2962-2970. 163.Zhang X.-F., Wang K.-X., Wei X., Chen J.-S. (2011), "Carbon-Coated V2O5 Nanocrystals as High Performance Cathode Material for Lithium Ion Batteries", Chemistry of Materials 23, pp.5290-5292. 164.Zhang X., Cheng F., Zhang K. L., Yang Y., Liang S., Chen J., Chen J. (2012), "Facile polymer-assisted synthesis of LiNi0.5Mn1.5O4 with a hierarchical micro- nano structure and high rate capability", RSC Advances 2, pp.5669-5675. 165.Zhao M., Song X., Wang F., Dai W., Lu X. (2011), "Electrochemical performance of single crystalline spinel LiMn2O4 nanowires in an aqueous LiNO3 solution", Electrochimica Acta 56, pp.5673-5678. 166.Zhao M., Zhang W., Qu F., Wang F., Song X. (2014), "Good discharge capacities of NaV6O15 material for an aqueous rechargeable lithium battery", Electrochimica Acta 138, pp.187-192. 167.Zhao M., Zhang W., Qu F., Wang F., Song X. (2014), "Good discharge capacities of NaV6O15 material for an aqueous rechargeable lithium battery", Electrochimica Acta 138, pp.187-192. 168.Zhao W., Kirie H., Tanaka A., Unno M., Yamamoto S., Noguchi H. (2014), "Synthesis of metal ion substituted P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 cathode material with enhanced performance for Na ion batteries", Materials Letters 135, pp.131-134. 169.Zhong Q., Bonakdarpour A., Zhang M., Gao Y., Dahn J. R. (1997), "Synthesis and Electrochemistry of LiNixMn2−x O4", Journal of The Electrochemical Society 144, pp.205-213. XV PHỤ LỤC Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu thay thế Niken và Vanadi cho Mangan. Giản đồ XRD mẫu LiNixvyMn2-x-yO4(x=0,025; y=0,025) tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn ở 600 °C Giản đồ XRD mẫu LiNixvyMn2-x-yO4(x=0,025; y=0,025) tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn ở 900 °C. XVI Giản đồ XRD mẫu LiNixvyMn2-x-yO4(x=0,05; y=0,05) tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn ở 900 °C. XVII XVIII
File đính kèm:
- luan_an_nghien_cuu_che_tao_va_khao_sat_tinh_chat_trao_doi_io.pdf