Nghiên cứu vật liệu composite graphene làm cathode cho pin sạc lithium ion

• Trường học: Đại học Quốc gia Tp.HCM
• Chuyên ngành: Khoa học vật liệu
• Đề tài: Cải thiện hiệu suất pin lithium ion với vật liệu composite graphene làm cathode
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sơ lược về pin sạc Li-ion và vật liệu điện cực olivine
• 1.2. Cơ chế hoạt động và cấu tạo của pin Li-ion
• 1.2.1. Cơ chế hoạt động của pin Li-ion
• 1.2.2. Các thông số tính năng của pin
• 1.2.2.1. Sức điện động của pin
• 1.2.2.2. Điện lượng chuyển qua dung dịch điện giải (dung lượng Q)
• 1.2.2.3. Dung lượng riêng Q (Specific capacity)
• 1.2.2.4. Hiệu suất phóng sạc (H)
• 1.2.3. Cấu tạo pin Li-ion
• 1.2.4. Vật liệu điện cathode
• 1.3. Cơ sở lý luận và tình hình nghiên cứu
• 1.3.1. Cơ sở lý luận
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu
• 1.3.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.3.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3.3. Hướng nghiên cứu cải thiện vật liệu
• 1.4. Các đóng góp mới, ý nghĩa lý luận và ý nghĩa thực tiễn
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn

I. Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu về năng lượng tái tạo ngày càng tăng do sự cạn kiệt của nguồn năng lượng hóa thạch. Điều này dẫn đến việc phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng như pin lithium ion. Công nghệ pin lithium ion đã mang lại nhiều lợi ích cho môi trường và kinh tế. Tuy nhiên, hiệu suất của pin lithium ion vẫn cần được cải thiện. Việc sử dụng vật liệu composite graphene làm cathode có thể là một giải pháp khả thi. Graphene có tính dẫn điện tốt và khả năng tăng cường hiệu suất của pin lithium ion. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu cải thiện hiệu suất của pin lithium ion thông qua việc sử dụng vật liệu composite.

II. Tổng quan về pin lithium ion và vật liệu cathode

Pin lithium ion là một trong những công nghệ lưu trữ năng lượng phổ biến nhất hiện nay. Vật liệu cathode truyền thống như LiCoO2 có nhiều nhược điểm như giá thành cao và tính độc hại. Vật liệu composite graphene được nghiên cứu như một giải pháp thay thế. Graphene không chỉ cải thiện tính dẫn điện mà còn giúp tăng cường độ bền và tuổi thọ của pin lithium ion. Việc sử dụng vật liệu composite có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu suất của pin lithium ion. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc tổng hợp và đánh giá hiệu suất của vật liệu composite graphene trong ứng dụng làm cathode.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu composite

Phương pháp nhiệt dung môi (solvothermal) được chọn để tổng hợp vật liệu composite graphene. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước hạt và giảm thiểu tạp chất. Vật liệu composite LiFe1-xMxPO4/Gr sẽ được tổng hợp và đánh giá về cấu trúc, hình thái học và tính chất điện hóa. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, và CV sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu suất của vật liệu composite. Kết quả từ nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin quan trọng về khả năng ứng dụng của vật liệu composite graphene trong pin lithium ion.

IV. Đánh giá tính năng điện hóa của vật liệu

Tính năng điện hóa của vật liệu composite graphene sẽ được đánh giá thông qua các thử nghiệm phóng sạc. Dung lượng, độ bền và hiệu suất phóng sạc sẽ được so sánh với các vật liệu cathode truyền thống. Kết quả cho thấy vật liệu composite có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của pin lithium ion. Việc pha tạp ion kim loại và phủ graphene lên vật liệu cathode sẽ giúp tăng cường tính dẫn điện và khả năng khuếch tán ion Li+. Nghiên cứu này sẽ mở ra hướng đi mới cho việc phát triển pin lithium ion hiệu suất cao và thân thiện với môi trường.

V. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa lý luận mà còn có giá trị thực tiễn cao. Việc phát triển vật liệu composite graphene cho pin lithium ion sẽ góp phần vào việc cải thiện hiệu suất và độ bền của pin sạc. Điều này có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên. Hướng nghiên cứu này sẽ mở rộng phạm vi ứng dụng của pin lithium ion trong các lĩnh vực như xe điện và thiết bị điện tử. Sự thành công của nghiên cứu sẽ thúc đẩy sự phát triển của công nghệ pin lithium ion trong tương lai.