Tên luận án:
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ION LITHIUM TRÊN CƠ SỞ CAO SU THIÊN NHIÊN LOẠI PROTEIN
Ngành:
Kỹ thuật hóa học
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Màng dẫn ion lithium trên cơ sở polyme (màng polyme dẫn ion lithium) là giải pháp thay thế tiềm năng cho vật liệu dẫn ion lỏng, khắc phục nhược điểm rò rỉ và nguy cơ cháy. Tuy nhiên, các màng polyme dẫn ion ban đầu, đặc biệt là phức chất PEO-muối lithium, thường có độ dẫn thấp (10⁻⁷ ÷ 10⁻⁶ S.cm⁻¹) ở nhiệt độ phòng và dễ kết tinh. Nghiên cứu gần đây chuyển hướng sang các polyme nền phân cực và polyme tự nhiên như cao su thiên nhiên (NR) do tính thân thiện môi trường, chi phí thấp và sẵn có. Tuy nhiên, các công trình trước đây sử dụng NR thường có độ dẫn thấp và chưa khai thác tối ưu các phương pháp cải thiện tính chất.
Luận án này tập trung nghiên cứu chế tạo vật liệu dẫn ion lithium từ cao su thiên nhiên loại protein của Việt Nam, nhằm đạt được màng có độ dẫn cao và tính chất cơ học tốt, định hướng ứng dụng trong pin lithium.
Các đóng góp khoa học chính bao gồm:
- **Phát triển quy trình ổn định:** Xây dựng quy trình chế tạo màng dẫn ion trên cơ sở cao su thiên nhiên deprotein (EDPNR) và muối LiCF₃SO₃. Màng EDPNR45/LiCF₃SO₃ đạt độ dẫn cao nhất 1,71 x 10⁻⁵ S.cm⁻¹ tại 35% LiCF₃SO₃ và 45%mol nhóm epoxy, vượt trội so với các công trình trước đây (~10⁻⁶ S.cm⁻¹). Phân tích FTIR xác nhận sự tạo phức giữa ion Li⁺ và oxi trong nhóm epoxy.
- **Đánh giá chất hóa dẻo:** Bổ sung chất hóa dẻo (EC+PC) làm tăng độ dẫn (từ 1,71 x 10⁻⁵ lên 3,87 x 10⁻⁵ S.cm⁻¹) nhưng làm giảm cường độ kéo (từ 4,0 xuống 1,2 MPa) và gây khó khăn trong gia công, cho thấy EC+PC có thể không phù hợp cho hệ EDPNR45.
- **Tối ưu hóa bằng PMMA và nano SiO₂:** Nghiên cứu cho thấy PMMA blend với EDPNR45 cải thiện độ dẫn và cường độ kéo. Tỷ lệ PMMA 20% mang lại độ dẫn 6,58 x 10⁻⁵ S.cm⁻¹, cường độ kéo 6,9 MPa và độ giãn dài 690%. Đặc biệt, việc bổ sung bột độn nano SiO₂ có ảnh hưởng tích cực. Hệ EDPNR45/PMMA/LiCF₃SO₃/SiO₂ tối ưu với 5% SiO₂ đạt độ dẫn cao nhất 3,54 x 10⁻⁴ S.cm⁻¹ ở nhiệt độ phòng, cường độ kéo 16,1 MPa và độ giãn dài 580%. Hệ vật liệu này là mới và chưa từng được nghiên cứu trước đây.
Kết quả của luận án mở ra hướng nghiên cứu mới về khả năng ứng dụng cao su thiên nhiên Việt Nam trong công nghệ vật liệu dẫn ion, góp phần vào sự phát triển của pin lithium và tăng cường hiệu quả kinh tế kỹ thuật của cao su thiên nhiên.
Mục lục chi tiết:
- Mở đầu (4 trang)
- Chương 1 - TỔNG QUAN (42 trang)
- 1.1 Quá trình phát triển của vật liệu polyme dẫn ion
- 1.2 Cấu trúc của polyme trong vật liệu polyme dẫn ion
- 1.3 Quá trình hòa tan muối trong polyme
- 1.4 Trạng thái pha
- 1.5 Cơ chế dẫn ion
- 1.6 Phân loại vật liệu polyme dẫn ion
- 1.7 Cơ sở để tổng hợp vật liệu polyme dẫn ion
- 1.8 Các phương pháp tổng hợp màng polyme dẫn ion
- 1.9 Ứng dụng vật liệu dẫn ion trong chế tạo pin lithium
- 1.10 Vật liệu dẫn ion trên cơ sở cao su thiên nhiên
- 1.11 Các vấn đề tồn tại trong lĩnh vực nghiên cứu
- Chương 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (21 trang)
- 2.1 Nhiệm vụ nghiên cứu
- 2.2 Phương pháp tổng hợp polyme dân ion trên cơ sở cao su thiên nhiên
- 2.2.1 Thiết bị và hóa chất
- 2.2.2 Chuẩn bị một số nguyên liệu
- 2.2.2.1 Chuẩn bị cao su thiên nhiên loại protein (DPNR)
- 2.2.2.3 Chuẩn bị cao su thiên nhiên loại protein epoxy hóa và cao su thiên nhiên epoxy hóa
- 2.2.3 Tổng hợp màng dẫn ion trên cơ sở EDPNR/LiCF3SO3
- 2.2.3.1 Chuẩn bị màng dẫn ion trên cơ sở EDPNR/ LiCF3SO3; ENR/LICF3SO3
- 2.2.3.2 Chuẩn bị màng dẫn ion trên cơ sở EDPNR45/ LiCF3SO3/EC/PC
- 2.2.3.3 Chuẩn bị màng dẫn ion trên cơ sở EDPNR/PMMA/LiCF3SO3
- 2.2.3.4 Chuẩn bị màng dẫn ion trên cơ sở EDPNR/PMMA/LiCF3SO3/SiO2
- 2.3.2 Phương pháp phân tích phổ FTIR
- 2.3.3 Phương pháp phân tích nhiệt (DSC)
- 2.3.4 Phân tích nhiệt TGA
- 2.3.5 Phân tích bằng chụp phổ NMR
- 2.3.6 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
- 2.3.7 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
- 2.3.8 Phương pháp tổng trở điện hóa
- 2.3.9 Tính chất cơ học
- Chương 3 - Kết quả và thảo luận (52 trang)
- Kết luận và kiến nghị (2 trang)
- Danh mục các công trình khoa học đã được công bố liên quan đến luận án (1 trang)
- Tài liệu tham khảo (19 trang)
- Phụ Lục (8 trang)