Đang tải... (xem toàn văn)
giới thiệu các quá trình tổng hợp nên vật liệu cacbon và ứng dụng của chúng trong siêu tụ, acquyli ion, pin khô, điện phân..., các tính chất thuận lợi của cacbon và ưu nhược điểm của chúng như độ xốp, bề mặt riêng, kích thước lỗ, qua các phương pháp phân tích phi điện hóa như SEM, TEM......
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, sống thời đại văn minh nhân loại Sự phát triển không ngừng khoa học công nghệ giúp cho đời sống người ngày phát triển Sự phát triển máy móc giúp người giảm thiểu đáng kể sức lao động với vật liệu chế tạo nên chúng phải đáp ứng tiêu chí ngày cao Thiết bị tích trữ lượng vậy, có nhiều loại thiết bị tích trữ lượng kiểu đời góp phần vào tiến thời đại Đồng hành với phát triển thiết bị đặt thách thức khơng nhỏ cho việc tìm ứng dụng loại vật liệu tạo nên chúng vật liệu cacbon lên loại vật liệu ứng dụng nhiều thiết bị tích trữ lượng với ưu điểm riêng chúng Do vậy, hướng dẫn cô PGS.TS.Hồng Thị Bích Thủy em tìm hiểu thực đồ án: “vật liệu điện cực cacbon” để nhằm làm rõ ràng việc sử dụng vật liệu cacbon làm điện cực điện phân thiết bị tích trữ lượng Mặc dù cố gắng q trình làm khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đánh giá nhận xét để em hồn thiện kiến thức thân Em xin chân thành cảm ơn cô !! CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ VẬT LIỆU CACBON 1.1 Giới thiệu nguyên tố C Cacbon nguyên tố hóa học bảng tuần hồn có ký hiệu C số nguyên tử 6, nguyên tử khối 12 Là nguyên tố phi kim có hóa trị phổ biến, cacbon có nhiều dạng thù hình khác nhau, phổ biến dạng thù hình gồm cacbon vơ định hình, graphit kim cương Cacbon tồn đa số sinh vật hữu tảng hóa hữu Phi kim có thuộc tính hóa học đáng ý có khả tự liên kết với liên kết với loạt nguyên tố khác, tạo gần 10 triệu hợp chất biết Khi liên kết với ơxy tạo cacbon điơxít thiết yếu sinh trưởng thực vật Khi liên kết với hiđrơ, tạo loạt hợp chất gọi hiđrôcacbon quan trọng công nghiệp dạng nhiên liệu hóa thạch Khi liên kết với ôxy hiđrô tạo nhiều nhóm hợp chất bao gồm axít béo, cần thiết cho sống, este, tạo hương vị nhiều loại hoa Hình 1.1: Một số dạng thù hình cacbon 1.2 Ứng dụng vật liệu điện cực cacbon thiết bị tích trữ lượng Ngày nay, kinh tế lượng dựa cung cấp lưu trữ lượng giá rẻ bền vững lên Các nguồn lượng đại cung cấp lượng cho loạt dịch vụ ứng dụng bao gồm thiết bị điện tử di động, xe điện hybrid (EV) thiết bị để lưu trữ lượng tái tạo từ lượng mặt trời gió Các thiết bị lưu trữ lượng hóa học đại (EES) pin Li- ion (LIBs), pin Li-sunfua (LiSBs) siêu tụ điện có tiềm lớn để đóng vai trò quan trọng lĩnh vực lưu trữ lượng quy mô lớn Một vài dạng thù hình cacbon, chẳng hạn than hoạt tính (AC), ống nano cacbon (CNT) ứng dụng điện hóa nhiều thập kỷ Vật liệu cacbon xốp thu hút ý đáng kể kể từ năm 1960 cho nhiều ứng dụng khoa học cơng nghệ Cho đến nay, có nhiều kỹ thuật để nghiên cứu ứng dụng vật liệu cacbon xốp đưa vào ứng dụng thương mại Các vật liệu cacbon xốp xốp thu hút ý đáng kể sử dụng làm chất hấp phụ, lưu trữ khí, chất xúc tác, điện cực pin, điện phân siêu tụ điện Vật liệu cacbon xốp chứng tỏ điện cực hứa hẹn LIBs chi phí thấp, dễ kiếm có sẵn nhiều tự nhiên, cho dung lượng cao khả xử lý chúng CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP VẬT LIỆU CACBON TỪ MỘT SỐ NGUỒN KHÁC NHAU 2.1 Các nguồn tổng hợp cacbon tự nhiên Sinh vật tự nhiên có thành phần chủ yếu cacbon (C), hydro (H) oxy (O) chuyển đổi thành lượng xanh tổng hợp thành vật liệu cacbon có chi phí thấp Nhiều sinh khối có nguồn gốc thực vật vỏ dừa, vỏ hạt cao su, tre, vỏ trấu, vỏ bắp ngô, vỏ chuối, vỏ sắn, vỏ bưởi, cọ, hạt mận, sợi bơng đay, bã mía, hạt liu, gỗ, bơng, sử dụng làm vật liệu để tổng hợp cacbon xốp Vỏ dừa nguồn nguyên liệu điển hình việc tổng hợp cacbon xốp thu hút ý lớn cấu trúc tự nhiên tuyệt vời với hàm lượng cacbon cao (tức 53-64%) tỉ lệ H/C O/C thấp Sự có mặt mesopores (lỗ xốp có đường kính 2nm) cacbon xốp dừa cải thiện hiệu suất điện hóa Chuyển đổi từ vỏ dừa tươi thành cacbon xốp có diện tích bề mặt riêng từ 800-1500 m 2/g thể tích riêng khoảng ~ 0,3 cm3/g báo cáo rộng rãi So với nguyên tử cacbon xốp sản xuất từ polyme, nguyên tử cacbon xốp có nguồn gốc thực vật cho thấy lợi chi phí thấp phong phú Ngoài hàm lượng cacbon vỏ chuối chiếm 40% tổng trọng lượng Cacbon có cấu trúc xốp hình thành polyme sinh học cellulose, hemicellulose, pectin, lignin protein thành tế bào thực vật có bề mặt riêng khoảng 2741 (m 2/g) thể tích lỗ rỗng mecropore khoảng 0,71 (cm3/g) 2.2 Q trình tổng hợp Hoạt hóa vật lý hoạt hóa hố học sử dụng rộng rãi trước cacbon hóa để tạo mạng lưới lỗ rỗng vật liệu cacbon Hoạt hóa vật lý (cái gọi hoạt hóa khí) oxy hóa cacbon tạo chất khí để tạo độ xốp Mặt khác, hoạt hóa hóa học thường thực thơng qua việc ngâm tẩm hóa chất chất khử nước tỷ lệ cụ thể 2.2.1 Hoạt hóa vật lí Trong hoạt hóa vật lý, nguồn ngun liệu hoạt hóa thành cacbon xốp khí nóng Nó bao giai đoạn sau : • Giai đoạn 1: cacbon hóa: ngun liệu cacbon thơ phân hủy nhiệt độ thích hợp (500 - 1000°C), thường mơi trường khí trơ argon nitơ • Giai đoạn 2: hoạt hóa nhiệt: sản phẩm sau cacbon hóa cho tiếp xúc với chất oxy hoá, chẳng hạn nước nhiệt độ cao lên 250 °C (thường 600 - 1200 °C) C+ H2O CO+ H2 C + 2H2O CO2+2 H2 Các khí ngồi tạo thành lỗ rỗng bề mặt than Đây mao quản hình thành q trình hoạt hóa, ban đầu mao quản có kích thước nhỏ, thời gian tiếp xúc kéo dài kích thước mao quản tăng lên Tuy nhiên thời gian tiếp xúc lâu làm phá vỡ cấu trúc mao quản Hoạt hóa vật lí q trình thân thiện với mơi trường sử dụng tác nhân khí để hoạt hóa nên khơng tạo chất thải Tuy nhiên, thường thời gian hoạt hóa dài hơn, lượng nhiệt lớn so với hoạt hóa hóa học diện tích bề mặt riêng khơng lớn (