Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sulfide kim loại chuyển tiếp (Co, Cu, Mn) định hướng ứng dụng làm điện cực siêu tụ điện

Siêu tụ điện, với khả năng sạc/xả nhanh và tuổi thọ cao, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống lưu trữ năng lượng hiện đại. Tuy nhiên, mật độ năng lượng thấp so với pin truyền thống là một hạn chế lớn, ngăn cản việc ứng dụng rộng rãi. Để khắc phục vấn đề này, việc phát triển các vật liệu điện cực mới với điện dung riêng cao là hướng nghiên cứu chủ đạo. Trong số đó, vật liệu nano sulfide kim loại chuyển tiếp như Cobalt (Co), Đồng (Cu) và Mangan (Mn) đang thu hút sự chú ý đặc biệt nhờ khả năng dẫn điện vượt trội, độ bền cơ học và sự linh hoạt trong các trạng thái oxy hóa. Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo và tối ưu các vật liệu này nhằm nâng cao hiệu suất của điện cực siêu tụ điện.

Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học vật liệu, điện hóa học, công nghệ nano và lưu trữ năng lượng, cũng như sinh viên và học giả ngành hóa học vô cơ và kỹ thuật điện.

Luận án trình bày một nghiên cứu toàn diện về việc chế tạo và đặc trưng vật liệu nano sulfide kim loại chuyển tiếp (Co, Cu, Mn) để ứng dụng làm điện cực siêu tụ điện hiệu năng cao. Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp các vật liệu như CoS, CuCo2S4 và MnCo2S4, cả ở dạng nguyên chất và dưới dạng vật liệu composite với các nền carbon, nhằm khai thác tối đa ưu điểm của chúng. Các phương pháp tổng hợp khác nhau được áp dụng, bao gồm thủy nhiệt và trao đổi anion, để kiểm soát hình thái và cấu trúc vật liệu. Để đánh giá đặc trưng và hiệu suất điện hóa, các kỹ thuật như kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), quang phổ quang điện tử tia X (XPS) cùng với các phép đo điện hóa như quét thế vòng tuần hoàn (CV), phóng nạp dòng tĩnh (GCD) và phổ tổng trở điện hóa (EIS) đã được sử dụng. Luận án không chỉ khảo sát tính năng tụ mà còn phân tích sâu mối quan hệ giữa hình thái, thành phần hóa học, cấu trúc và cơ chế tích trữ năng lượng của điện cực lai hóa, sử dụng phương pháp Dunn để xác định đóng góp của quá trình khuếch tán và trao đổi điện tử bề mặt. Một đóng góp thực tiễn quan trọng là việc xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu và chế tạo điện cực, bao gồm khả năng ứng dụng phương pháp in 3D, mở ra hướng đi mới cho việc sản xuất các thiết bị lưu trữ năng lượng. Kết quả nghiên cứu cung cấp kiến thức nền tảng và định hướng cho việc phát triển các thế hệ siêu tụ điện tiếp theo với mật độ năng lượng được cải thiện đáng kể, hướng tới các ứng dụng trong năng lượng tái tạo và thiết bị điện tử cầm tay.