intTypePromotion=1

Ảnh hưởng của các phương pháp điều chế niken hiđroxit đến cấu trúc và tính chất điện hóa của điện cực niken hiđroxit trong môi trường kiềm

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

0
42
lượt xem
3
download

Ảnh hưởng của các phương pháp điều chế niken hiđroxit đến cấu trúc và tính chất điện hóa của điện cực niken hiđroxit trong môi trường kiềm

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo sẽ giới thiệu các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của các phương pháp điều chế bột niken hiđroxit đến cấu trúc và tính chất điện hóa của điện cực niken hiđroxit trong môi trường kiềm.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của các phương pháp điều chế niken hiđroxit đến cấu trúc và tính chất điện hóa của điện cực niken hiđroxit trong môi trường kiềm

  1. T¹p chÝ Hãa häc, T. 43 (3), Tr., 2005 ¶nh h ëng cña c¸c ph ¬ng ph¸p ®iÒu chÕ niken hi®roxit ®Õn cÊu tróc vµ tÝnh chÊt ®iÖn hãa cña ®iÖn cùc niken hi®roxit trong m«i tr êng kiÒm §Õn Tßa so¹n 6-8-2004 TrÞnh Xu©n SÐn, NguyÔn ThÞ CÈm H , NguyÔn Xu©n ViÕt Khoa Hãa häc, Tr êng §¹i häc Khoa häc tù nhiªn, §¹i häc Quèc gia H* Néi SumMary Nickel hydroxide powders precipitated by solution of ammoniac, alkaline, and electrochemical precipitation were prepared. The properties of nickel hydroxides powders has been studied by thermogravimetry analysis TGA and TDA), powder X- ray diffraction and cyclic voltammetry methods. Thermogravimetry analysis and X-ray diffraction patterns shown that nickel hydroxides powders preparing with different methods have different water contents and degree of crystalline. Cyclic voltammetry curves shown that electrode is made from nickel hydroxide powder of electrodeposity method has the better electrochemical property than the others. In addition the utilization of nickel hydroxide electrode is higher than that of nickel electrode. I - Giíi ThiÖu n¨ng l îng hãa häc th nh ®iÖn n¨ng víi chÊt l îng cao [4 - 6]. Niken hi®roxit (Ni(OH)2) ® îc sö dông réng Nh»m gãp phÇn v o lÜnh vùc n y, trong b i r i l m vËt liÖu ®iÖn cùc Ni(OH)2 [5]. §iÖn cùc b¸o n y chóng t«i sÏ giíi thiÖu c¸c kÕt qu¶ niken hi®roxit cã kh¶ n¨ng trao ®æi thuËn nghiªn cøu vÒ ¶nh h ëng cña c¸c ph ¬ng ph¸p nghÞch tèt v dung l îng cao (dung l îng lÝ ®iÒu chÕ bét niken hi®roxit ®Õn cÊu tróc v tÝnh thuyÕt l 456 mAh/g[4]), dÉn ®Õn nhiÒu øng chÊt ®iÖn hãa cña ®iÖn cùc niken hi®roxit trong dông cña nã trong thùc tÕ. HÇu hÕt nh÷ng øng m«i tr êng kiÒm. dông gÇn ®©y cña niken hi®roxit l l m vËt liÖu ®iÖn cùc d ¬ng cho acqui Ni-MH. Ng êi ta II - kÕt qu¶ v th¶o luËn còng thÊy r»ng dung l îng cña acqui niken nãi chung bÞ giíi h¹n bëi dung l îng cña b¶n cùc 1. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu niken hi®roxit [5]. V× thÕ viÖc nghiªn cøu t×m c¸c biÖn ph¸p nh»m t¨ng dung l îng cña ®iÖn §Ó tiÕn h nh nghiªn cøu cÊu tróc cña bét cùc niken hi®roxit l mét vÊn ®Ò rÊt quan träng niken hi®roxit chóng t«i sö dông ph ¬ng ph¸p trong nh÷ng vÊn ®Ò nghiªn cøu ®Ó kh«ng ngõng ph©n tÝch nhiÖt v ph ¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tia X. n©ng cao chÊt l îng cña acqui kiÒm [6, 7]. § êng ph©n tÝch nhiÖt ® îc ®o trªn thiÕt bÞ 2960 SDT V3.0 F. § êng nhiÔu x¹ tia X cña c¸c NhiÒu c«ng tr×nh trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y mÉu niken hi®roxit ® îc ®o trªn thiÕt bÞ cã nh÷ng nghiªn cøu t×m c¸c biÖn ph¸p kh¸c nhau nh»m n©ng cao chÊt l îng Ni(OH)2 ®Ó chÕ SIEMENS D5005 sö dông bøc x¹ Cu K . Sö t¹o ra b¶n cùc d ¬ng cã kh¶ n¨ng chuyÓn hãa dông thiÕt bÞ ®iÖn hãa PGS-HH8 ®Ó ®o c¸c 1
  2. ® êng ph©n cùc nghiªn cøu tÝnh chÊt ®iÖn hãa víi dung dÞch ®iÖn ph©n l dung dÞch NiSO4 cã cña ®iÖn cùc. pH = 4 - 5; mËt ®é dßng ®iÖn i = 200 mA/cm2 v nhiÖt ®é tõ 25 - 30oC, catot v anot cña b×nh 2. KÕt qu¶ v th¶o luËn ®iÖn ph©n l m tõ thÐp kh«ng gØ v niken kim a) C¸c ph ¬ng ph¸p ®iÒu chÕ bét niken hi®roxit lo¹i. Niken hi®roxit ® îc läc, röa b»ng n íc cÊt, sau ®ã sÊy kh« ®Õn khèi l îng kh«ng ®æi ë - Ph ¬ng ph¸p kiÒm (mÉu 1): Dung dÞch 60oC. NaOH ® îc sö dông ®Ó kiÒm hãa dung dÞch muèi Ni(NO3)2, dung dÞch ph¶n øng cã pH trong b) X¸c ®Þnh h*m l îng n íc trong c¸c s¶n phÈm kho¶ng tõ 9 - 10. Dung dich sau ph¶n øng ® îc niken hi®roxit ® îc ®iÒu chÕ ñ ë 60oC trong 16 giê, s¶n phÈm niken hi®roxit Bét niken hi®roxit sau khi ® îc ®iÒu chÕ cã ® îc läc, röa b»ng n íc cÊt ®Õn pH = 7 - 8, sau chøa n íc trong cÊu tróc tinh thÓ. L îng n íc ®ã sÊy kh« ®Õn khèi l îng kh«ng ®æi ë 60oC. cã ¶nh h ëng ®Õn tÝnh chÊt ®iÖn hãa cña ®iÖn - Ph ¬ng ph¸p amoniac (mÉu 2): Trong cùc. V× vËy x¸c ®Þnh h m l îng n íc trong bét ph ¬ng ph¸p n y dung dÞch NH4OH ® îc dïng niken hi®roxit cã ý nghÜa nhÊt ®Þnh. ®Ó kiÒm hãa dung dÞch Ni(NO3)2 v c¸c b íc Hai lo¹i n íc trong niken hi®roxit l n íc tiÕp theo ® îc tiÕn h nh t ¬ng tù ph ¬ng ph¸p hÊp phô(Xad) v n íc cÊu tróc(Yst). Qu¸ tr×nh kiÒm nªu trªn. mÊt n íc trong niken hi®roxit theo nhiÖt ®é - Ph ¬ng ph¸p ®iÖn ph©n (mÉu 4): Niken ® îc biÓu diÔn b»ng nh÷ng ph ¬ng tr×nh d íi hi®roxit thu ® îc t¹i catot cña b×nh ®iÖn ph©n ®©y [5]. Ni(OH)2(Xad + Yst)H2O Ni(OH)2.YH2O + XH2O (1) Ni(OH)2. YstH2O Ni(OH)2 + YH2O (2) Ni(OH)2 > 180oC NiO + H2O (3) Tõ c¸c ® êng cong ph©n tÝch nhiÖt TGA v n íc cã trong c¸c mÉu niken hi®roxit ® ® îc DTA, cho phÐp ta x¸c ®Þnh ® îc th nh phÇn ®iÒu chÕ (xem b¶ng 1). B¶ng 1: Th nh phÇn n íc v c«ng thøc cña c¸c mÉu Ni(OH)2 sè 1, 2 v 4 MÉu 1 2 4 Xad H2O 0,06 0,14 0,55 Yst H2O 0,10 0,08 0,40 X+Y 0,16 0,22 0,94 C«ng thøc Ni(OH)2.0,16H2O Ni(OH)2.0,22H2O Ni(OH)2.0,94H2O Trong ®ã Xad v Yst øng víi l îng n íc hÊp ®é Èm cña m«i tr êng bªn ngo i, kÝch th íc h¹t phô trªn bÒ mÆt bét niken hi®roxit v l îng niken hi®roxit v nã Ýt ¶nh h ëng tíi tÝnh chÊt n íc cã mÆt trong cÊu tróc cña bét niken ®iÖn hãa cña niken hi®roxit [2, 7]. Nh ng l îng hi®roxit. KÕt qu¶ nhËn ® îc cho thÊy, h m n íc trong cÊu tróc cña c¸c mÉu niken hi®roxit l îng n íc cÊu tróc trong c¸c mÉu gi¶m theo l¹i ¶nh h ëng lín tíi ho¹t tÝnh ®iÖn hãa cña nã thø tù mÉu 4 > mÉu 1 > mÉu 2, trong khi ®ã [2]. l îng n íc hÊp phô t¨ng theo thø tù mÉu 1 > c) So s¸nh cÊu tróc cña c¸c mÉu bét Ni(OH)2 mÉu 2 > mÉu 4. §o ® êng nhiÔu x¹ tia X cña c¸c mÉu niken H m l îng n íc hÊp phô trong c¸c mÉu hi®roxit cã kÝ hiÖu 1, 2 v 4 ® îc tr×nh b y trªn niken hi®roxit cã thÓ thay ®æi tïy thuéc v o h×nh 2. 2
  3. a a b c H×nh1: § êng nhiÔu x¹ tia X cña c¸c mÉu niken hi®roxit (a-mÉu 1; b-mÉu 2; c-mÉu 4) Tõ c¸c ® êng nhiÔu x¹ tia X n y cã thÓ x¸c diÖn tÝch ®iÖn cùc l 1 cm2 v khèi l îng bét Ðp ®Þnh ® îc c¸c h»ng sè m¹ng cña c¸c mÉu niken trªn ®iÖn cùc l 250 mg. Sö dông thiÕt bÞ PGS- hi®roxit [1] v kÕt qu¶ ® îc thÓ hiÖn trong b¶ng HH8 tiÕn h nh ®o ph©n cùc vßng c¸c ®iÖn cùc 2. niken hi®roxit chÕ t¹o theo c¸c ph ¬ng ph¸p kh¸c nhau. B¶ng 2: H»ng sè m¹ng cña c¸c mÉu Ni(OH)2 Ph©n cùc ®iÖn hãa c¸c ®iÖn cùc kh¶o s¸t MÉu 1 2 4 ® îc thùc hiÖn víi hÖ 3 ®iÖn cùc, tèc ®é quÐt thÕ a, Å 3,126 3,112 // 50 mV/s trong kho¶ng thÕ 0,1 V - 0,6 V vSCE c, Å 4,614 4,681 // trªn ®iÖn cùc l m viÖc x¶y ra ph¶n øng oxi hãa anot KÕt qu¶ cho thÊy c¸c mÉu 1, 2, cã cÊu tróc Ni(OH)2 +OH- - e NiOOH + H2O (1) cña d¹ng -Ni(OH)2 víi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c C¸c kÕt qu¶ thÓ hiÖn trªn h×nh 2. líp Ni(OH)2 ng¾n (c = 4,6 Å). § êng nhiÔu x¹ tia X cña mÉu 4 kh«ng xuÊt hiÖn nh÷ng v¹ch 15 phæ ®Æc tr ng cña nh÷ng mÆt ph¼ng ph¶n x¹ 10 2 trong tinh thÓ v chøng tá r»ng mÉu 4 cã cÊu 4 tróc d¹ng v« ®Þnh h×nh. KÕt qu¶ n y cho phÐp i(mA /c m^2) 5 kh¼ng ®Þnh niken hi®roxit ®iÒu chÕ b»ng ph ¬ng ph¸p ®iÖn ph©n cã cÊu tróc v« ®Þnh h×nh v kh¸c 1 0 h¼n víi c¸c s¶n phÈm niken hi®roxit ® îc ®iÒu chÕ b»ng c¸c ph ¬ng ph¸p kh¸c. -5 c) TÝnh chÊt ®iÖn hãa cña c¸c ®iÖn cùc Ni(OH)2 -10 C¸c ®iÖn cùc l m viÖc niken hi®roxit cã th nh phÇn chÝnh 70% niken hidroxit, 17% 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 U(v) cacbon siªu s¹ch, 10% bét niken kim lo¹i v 3% c¸c chÊt phô gia. Lùc Ðp l 1 tÊn/cm2, qu¸ tr×nh H×nh 2: § êng ph©n cùc vßng cña c¸c ®iÖn cùc Ðp ® îc gia nhiÖt (110 - 120oC) trong 30 phót, niken hi®roxit trong m«i tr êng KOH 1 M 1. mÉu 1; 2. mÉu 2; 4. mÉu 4 3
  4. Trªn c¸c ® êng cong (h×nh 2) xuÊt hiÖn 2 kiÒm cã tØ lÖ chuyÓn hãa anot v catot gÇn gièng pic øng víi qu¸ tr×nh oxi hãa (ip,a) v qu¸ tr×nh nhau (ip,a/ip,c) = 1,1 v (ip,a/ip,c) = 1,18 song mËt khö (ip,c) cña ph¶n øng (1). TÝnh thuËn nghÞch ®é dßng oxi hãa v khö cña ®iÖn cùc ®iÒu chÕ cña hÖ n y ® îc ®¸nh gi¸ dùa v o sù kh¸c biÖt b»ng ph ¬ng ph¸p ®iÖn ph©n l cao nhÊt (ip,a= cña thÕ oxi hãa (Eox) v thÕ khö (ER) øng víi 6,29 mA/cm2 v ip,c= 6,29 mA/cm2). §iÒu n y ®Ønh pic oxi hãa v khö. MÆt kh¸c ®é chuyÓn cã thÓ gi¶i thÝch b»ng sù kh¸c nhau vÒ l îng hãa cña ion Ni2+ sang Ni3+ v ng îc l¹i ® îc n íc cÊu tróc cña niken hi®roxit ®iÖn ph©n rÊt ®¸nh gi¸ b»ng chiÒu cao pic. Tõ c¸c ® êng cong lín so víi c¸c bét niken hi®roxit d¹ng kh¸c. KÕt ph©n cùc trªn h×nh 3 rót ra c¸c kÕt qu¶ ® îc qu¶ n y phï hîp víi nh÷ng t¸c gi¶ ® c«ng bè tr×nh b y trªn c¸c b¶ng 3 v 4. [7]. B¶ng 3: ThÕ oxi hãa (Eox), thÕ khö (ER) v sù d) So s¸nh kh¶ n¨ng oxi hãa v* khö cña ®iÖn kh¸c nhau gi÷a thÕ oxi hãa v thÕ khö ( E = cùc niken hi®roxit v* ®iÖn cùc niken tinh Eox- ER) cña nh÷ng ®iÖn cùc Ni(OH)2 kh¸c nhau khiÕt trong m«i tr êng kiÒm KOH 1 M MÉu Eox, mV ER, mV E, mV Nh chóng ta ® biÕt ®iÖn cùc niken kim lo¹i bÞ thô ®éng trong m«i tr êng kiÒm [2, 3] v 1 425 262,5 162,5 trªn bÒ mÆt t¹o ra mét líp oxit niken. Trong 2 450 175 275 kho¶ng thÕ ph©n cùc tõ 0,2 V - 0,6 V SCE cã 4 450 235 215 xuÊt hiÖn 2 ®Ønh pic øng víi qu¸ tr×nh oxi hãa v khö cña hÖ Ni3+/Ni2+ theo ph¶n øng (1). B¶ng 4: MËt ®é dßng pic anot (ip,a) v catot (ip,c) Tõ c¸c ® êng ph©n cùc tr×nh b y trªn h×nh 3 cña c¸c ®iÖn cùc kh¸c nhau trong dung dÞch cho phÐp rót ra mét sè nhËn xÐt sau: KOH 1 M Trong m«i tr êng kiÒm KOH 1 M trong MÉu ip,a, mA/cm2 ip,c, mA/cm2 kho¶ng thÕ ph©n cùc 0,2 V - 0,6 V SCE c¶ 2 lo¹i 1 6,08 6,12 ®iÖn cùc niken kim lo¹i v niken hi®roxit ®Òu 2 5,87 11,1 xuÊt hiÖn c¸c pic oxi hãa ip,a v pic khö ip,c rÊt râ r ng. Trªn ®iÖn cùc niken hi®roxit mËt ®é dßng 4 6,84 6,20 ip,a t¨ng kho¶ng 56,8% v dßng ip,c t¨ng kho¶ng Tõ c¸c kÕt qu¶ trªn b¶ng 3 v 4 cho phÐp rót 66,6% so víi ®iÖn cùc niken tinh khiÕt. Song ra nhËn xÐt sau: §èi víi ®iÖn cùc ® îc chÕ t¹o kh¶ n¨ng trao ®æi electron cña ®iÖn cùc niken tõ bét niken hi®roxit ®iÖn ph©n v ph ¬ng ph¸p tinh khiÕt l¹i cao h¬n. 1 8 6 5 4 i(mA/cm^2) 2 0 -2 -4 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 U(v) H×nh 3: § êng ph©n cùc vßng cña ®iÖn cùc niken hi®roxit (1) v ®iÖn cùc niken (5) trong m«i tr êng KOH 1 M 4
  5. III - KÕt LuËn T i liÖu tham kh¶o 1. § ® a ra 4 ph ¬ng ph¸p chÕ t¹o niken 1. R. S. Jayashree, P. Vishnu Kamath, G. N. hi®roxit kh¸c nhau. L îng n íc cÊu tróc v Subbanna. J. Electrochem. Soc., Vol. 147, l îng n íc tæng sè, trong niken hi®roxit ®iÖn No. 6, P. 2029 - 2032 (2000). ph©n cao h¬n tÊt c¶ c¸c mÉu nghiªn cøu v cã 2. NguyÔn ThÞ CÈm H . LuËn v¨n th¹c sÜ hãa c«ng thøc Ni(OH)2.0,94H2O. Lo¹i niken häc. Tr êng §H Khoa häc Tù nhiªn, §H hi®roxit n y cã cÊu tróc v« ®Þnh h×nh v c¸c Quèc gia H Néi (n¨m). d¹ng kh¸c cã cÊu tróc -Ni(OH)2. 3. Trinh Xuan Sen, Nguyen Thi Cam Ha. Proceedings of the 11th asian-pacific 2. §iÖn cùc niken hi®roxit ® îc chÕ t¹o tõ corrossion control conference, Vol. 2, P. bét niken hi®roxit d¹ng ®iÖn ph©n víi h m 752 - 759 (1999). l îng n íc cÊu tróc cao nhÊt cã ®é chuyÓn hãa 4. Mridula Dixit, P. Vishnu Kamath, J. Gopala oxi hãa khö ®iÖn hãa cña Ni2+ Ni3+ trong Krishnan. J. Electrochem. Soc., Vol. 146, kho¶ng thÕ 0,2 V - 0,6 V SCE trong dung dÞch No. 1, P. 79 - 82 (1999). KOH 1M cao h¬n tÊt c¶ c¸c ®iÖn cùc nghiªn 5. J. Chen, D. H. Bradhurst, S. X. Dou, and cøu. H.K.Liu. J. Electrochem. Soc., Vol. 146, 3. Trong m«i tr êng kiÒm KOH 1M, sù oxi No. 10, P. 3606 - 3612 (1999). hãa khö ®iÖn hãa trong kho¶ng thÕ 0,2 V - 0,6 6. C. Tessier, P. H. Haumesser, P. Bernard and V SCE víi tèc ®é quÐt thÕ 50 mV/s cña hÖ C. Delmas. J. Electrochem. Soc., Vol. 146, Ni(OH)2 + OH- - 1e NiOOH + H2O trªn ®iÖn No. 6, P. 2059 - 2062 (1999). cùc niken hi®roxit cao h¬n trªn ®iÖn cùc niken 7. T. N. Ramesh, R. S. Jayashree, and kim lo¹i kho¶ng 66% cña qu¸ tr×nh anot v P.Vishnu Kamath. J. Electrochem. Soc., 56,6% cña qu¸ tr×nh catot. Vol. 150, No. 4, P. A520 - A524 (2003). 5

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản