Luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu aerogel cacbon từ chitosan và tổ hợp với oxit/sunfua Ni, Co ứng dụng làm điện cực cho siêu tụ điện bất đối xứng

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU AEROGEL CACBON TỪ CHITOSAN VÀ TỔ HỢP VỚI OXIT/SUNFUA Ni, Co ỨNG DỤNG LÀM ĐIỆN CỰC CHO SIÊU TỤ ĐIỆN BẤT ĐỐI XỨNG

Ngành:

Vật liệu điện tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung giải quyết thách thức năng lượng toàn cầu trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0 và gia tăng dân số, bằng cách nghiên cứu siêu tụ điện như một giải pháp lưu trữ năng lượng tiềm năng. Để tối ưu hóa hiệu suất, luận án nhấn mạnh việc chế tạo vật liệu điện cực lý tưởng phải có điện dung lớn, độ dẫn điện cao, diện tích bề mặt lớn, độ xốp phù hợp và khả năng phản ứng oxy hóa khử bổ sung, thông qua việc sử dụng vật liệu tổ hợp.

Mục tiêu chính là chế tạo thành công vật liệu aerogel cacbon từ chitosan và tổ hợp của nó với oxit/sunfua Ni, Co, đáp ứng các yêu cầu làm điện cực cho siêu tụ điện bất đối xứng. Nội dung nghiên cứu bao gồm chế tạo vật liệu, phân tích tính chất vật liệu và xác định thông số điện hóa của điện cực, cũng như đánh giá hiệu suất điện hóa của siêu tụ điện.

Các kết quả đạt được cho thấy sự điều chế thành công vật liệu aerogel cacbon từ chitosan và vật liệu tổ hợp chứa oxit/sunfua Ni, Co với cấu trúc độ xốp cao, diện tích bề mặt lớn và sự phân bố đồng đều của các hạt nano. Các điện cực sử dụng vật liệu tổ hợp này thể hiện điện dung riêng cao (đến 1282 F.g⁻¹ cho NiCo2S4) và tỷ lệ duy trì điện dung tốt sau 10.000 chu kỳ sạc/xả (đến 90.6%). Siêu tụ điện bất đối xứng chế tạo từ các vật liệu này đạt mật độ năng lượng cao (đến 62 Wh.kg⁻¹) và hiệu suất Coulombic ổn định. Luận án đã đóng góp những kết quả khoa học ý nghĩa, mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo cho việc ứng dụng vật liệu này trong sản xuất thương mại.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • Tính cấp thiết của luận án
  • Mục tiêu nghiên cứu của luận án
  • Nội dung nghiên cứu chính của luận án
  • Bố cục của luận án

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

  • 1.1 Tổng quan về siêu tụ điện

    • 1.1.1 Cấu tạo của siêu tụ điện
    • 1.1.2 Nguyên lý hoạt động của siêu tụ điện

  • 1.2 Tổng quan về vật liệu điện cực

    • 1.2.1 Vật liệu cacbon
    • 1.2.2 Vật liệu oxit/sunfua kim loại chuyển tiếp
    • 1.2.3 Vật liệu tổ hợp chứa cacbon và oxit/sunfua kim loại
  • 1.3 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
  • Kết luận chương 1

• CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

  • 2.1 Chế tạo vật liệu aerogel cacbon từ chitosan
  • 2.2 Chế tạo vật liệu tổ hợp chứa NiO và cacbon từ chitosan
  • 2.3 Chế tạo vật liệu tổ hợp chứa NiC02O4 và cacbon từ chitosan
  • 2.4 Chế tạo vật liệu tổ hợp chứa NiC02S4 và cacbon từ chitosan
  • 2.5 Chế tạo điện cực siêu tụ điện
  • 2.6 Chế tạo siêu tụ điện

  • 2.7 Một số phương pháp nghiên cứu vi hình thái và cấu trúc vật liệu

    • 2.7.1 Kính hiển vi điện tử quét
    • 2.7.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua
    • 2.7.3 Nhiễu xạ tia X
    • 2.7.4 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier
    • 2.7.5 Đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp nitơ

  • 2.8 Các phép đo xác định tính chất và thông số điện hóa

    • 2.8.1 Phép đo quét thế tuần hoàn (CV)
    • 2.8.2 Phép đo nạp/xả dòng điện không đổi (GCD)
    • 2.8.3 Phép đo tổng trở điện hóa (EIS)
    • 2.8.4 Xác định các thông số điện hóa
    • 2.8.5 Xác định tỷ lệ đóng góp điện dung của thành phần vật liệu
  • Kết luận chương 2

• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU

  • 3.1 Vật liệu aerogel cacbon từ chitosan
  • 3.2 Vật liệu tổ hợp chứa NiO và cacbon từ chitosan
  • 3.3 Vật liệu tổ hợp chứa NiC02O4 và cacbon từ chitosan
  • 3.4 Vật liệu tổ hợp chứa NiCo2S4 và cacbon từ chitosan
  • Kết luận chương 3

• CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC

  • 4.1 Điện cực sử dụng vật liệu aerogel cacbon từ chitosan
  • 4.2 Điện cực sử dụng vật liệu tổ hợp chứa NiO và cacbon từ chitosan
  • 4.3 Điện cực sử dụng vật liệu tổ hợp chứa NiC02O4 và cacbon từ chitosan
  • 4.4 Điện cực sử dụng vật liệu tổ hợp chứa NiC02S4 và cacbon từ chitosan
  • Kết luận chương 4

• CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VÀ KHẢO SÁT SIÊU TỤ ĐIỆN

  • 5.1 Siêu tụ điện bất đối xứng sử dụng vật liệu tổ hợp chứa NiO và cacbon từ chitosan làm điện cực dương và vật liệu aerogel cacbon từ chitosan làm điện cực âm
  • 5.2 Siêu tụ điện sử dụng vật liệu tổ hợp chứa NiC02O4 và cacbon từ chitosan làm điện cực dương và vật liệu aerogel cacbon từ chitosan làm điện cực âm
  • 5.3 Siêu tụ điện sử dụng vật liệu tổ hợp chứa NiCo2S4 và cacbon từ chitosan làm điện cực dương và vật liệu aerogel cacbon từ chitosan làm điện cực âm
  • Kết luận chương 5

• KẾT LUẬN

• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN