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
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
Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thu Hằng
2
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được thực hiện tại Bộ môn Công nghệ Điện hoá và Bảo vệ
Kim loại, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Để hoàn thành được luận văn
này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và
tập thể.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người thầy của tôi, TS.
Mai Thanh Tùng, với kiến thức sâu rộng đã hướng dẫn tôi thực hiện nghiên
cứu của mình.
Xin cùng bày tỏ lòng 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 hoá 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
luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài
nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2009
Lê Thị Thu Hằng
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
Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thu Hằng
3
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Lê Thị Thu Hằng, học viên cao học lớp Công nghệ Hoá học,
chuyên ngành Công nghệ Điện hoá và Bảo vệ kim loại, khoá 2007-2009. Tôi
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 công 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
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
Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thu Hằng
4
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
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
Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thu Hằng
5
1.2.3.1. Tính chất hoá 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 hoá học ............................................................ 51
2.2.5.1. Phân tích xác định nồng độ Mn2+ ............................................. 51
2.2.5.2. Phân tích mức độ oxy hoá và thành phần sản phẩm .................. 53
2.2.6. Phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (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
