Luận Văn Thạc Sĩ: Tổng Hợp LSCF6428 Làm Cathode Cho Pin Nhiên Liệu Oxit Rắn Hoạt Động Ở Nhiệt Độ Trung Bình

• Tác giả: Trần Viết Bằng
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp LSCF6428 làm cathode cho pin nhiên liệu oxit rắn hoạt động ở nhiệt độ trung bình
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. PIN NHIÊN LIỆU
• 1.1.1. Lịch sử hình thành
• 1.1.2. Khái niệm pin nhiên liệu
• 1.1.3. Cấu tạo pin nhiên liệu
• 1.1.4. Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu
• 1.1.5. Phân loại pin nhiên liệu
• 1.1.5.1. Pin nhiên liệu ôxít rắn
• 1.1.5.2. Pin nhiên liệu màng trao đổi proton
• 1.1.5.3. Pin nhiên liệu muối cacbonat nóng chảy
• 1.1.5.4. Pin nhiên liệu axít photphoric
• 1.1.5.5. Pin nhiên liệu dùng metanol trực tiếp
• 1.1.5.6. Pin nhiên liệu kiềm
• 1.1.5.7. Pin nhiên liệu tái sinh
• 1.1.6. Ưu và nhược điểm của pin nhiên liệu
• 1.1.6.1. Nhược điểm
• 1.1.7. Ứng dụng của pin nhiên liệu
• 1.1.8. Kết luận chương
• 1.2. VẬT LIỆU PEROVSKITE
• 1.2.1. Cấu trúc perovskite
• 1.2.2. Sự pha tạp và khuyết thiếu ôxy
• 1.2.3. Sự dịch chuyển ôxy và tính dẫn ion của perovskite
• 1.2.4. Tính chất của perovskite
• 1.2.4.1. Tính chất điện
• 1.2.4.2. Tính chất từ
• 1.2.4.3. Tính cảm biến khí
• 1.2.5. Ứng dụng của perovskite
• 1.3. LaCoO3 VÀ VẬT LIỆU BIẾN TÍNH LSCF6428
• 1.3.1. Tính chất của LaCoO3
• 1.3.2. Tính chất hấp phụ khí
• 1.3.3. Tính chất xúc tác hóa học
• 1.3.4. Khái niệm LSCF6428
• 1.3.5. Ứng dụng của LSCF
• 1.3.6. Các phương pháp tổng hợp LSCF6428
• 1.3.6.1. Phương pháp phản ứng pha rắn
• 1.3.6.2. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.3.6.3. Phương pháp sol - gel
• 1.3.7. Kỹ thuật xác định độ kết khối
• 1.3.8. Mục tiêu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. TỔNG HỢP LSCF6428
• 2.1.1. Thiết bị, dụng cụ
• 2.1.2. Tổng hợp LSCF6428 theo phương pháp sol - gel
• 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ đơn pha và kích thước sản phẩm
• 2.2. KẾT KHỐI LSCF6428
• 2.2.1. Thiết bị sử dụng
• 2.2.2. Tiến trình thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH DTA/TGA/DrTGA
• 3.2. KẾT QUẢ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT TẠO PHỨC
• 3.3. KẾT QUẢ ẢNH HƯỞNG CỦA pH
• 3.4. KẾT QUẢ ẢNH HƯỞNG CỦA ETYLEN GLYCOL
• 3.5. KẾT QUẢ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ NUNG
• 3.6. KẾT QUẢ ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN NUNG
• 3.7. KẾT QUẢ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT PHÂN TÁN
• 3.8. CHỤP HÌNH THÁI BỀ MẶT - SEM
• 3.9. NGHIÊN CỨU ĐỘ KẾT KHỐI
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về LSCF6428 và pin nhiên liệu oxit rắn

LSCF6428 là một vật liệu perovskite có công thức hóa học La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3, được nghiên cứu làm cathode cho pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC). SOFC là công nghệ năng lượng sạch, hoạt động ở nhiệt độ trung bình, giúp giảm chi phí và tăng tuổi thọ pin. Nghiên cứu khoa học này tập trung vào việc tổng hợp vật liệu LSCF6428 bằng phương pháp sol-gel, đảm bảo độ tinh khiết và kích thước nano. Vật liệu điện cực này có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất pin và ứng dụng trong công nghệ pin hiện đại.

1.1. Lịch sử và khái niệm pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu được phát minh năm 1839 bởi Sir William Robert Grove. Đây là thiết bị chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng thông qua phản ứng điện hóa. Pin nhiên liệu oxit rắn là một trong những loại pin nhiên liệu tiên tiến, hoạt động ở nhiệt độ cao, sử dụng nhiên liệu sạch như hydro và oxy. Ứng dụng công nghệ này giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm phát thải khí nhà kính.

1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Pin nhiên liệu oxit rắn gồm ba lớp chính: anode, electrolyte, và cathode. Vật liệu cathode như LSCF6428 đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu suất pin. Nguyên lý hoạt động dựa trên phản ứng oxy hóa khử, tạo ra dòng điện và nước. Nhiệt độ hoạt động trung bình giúp giảm chi phí và tăng độ bền của pin.

II. Phương pháp tổng hợp LSCF6428

Tổng hợp vật liệu LSCF6428 được thực hiện bằng phương pháp sol-gel, sử dụng các muối nitrat và hỗn hợp axit oxalic-NH3. Quá trình này đảm bảo độ tinh khiết và kích thước nano của vật liệu. Nghiên cứu khoa học này khảo sát các điều kiện tổng hợp như pH, nhiệt độ nung, và thời gian nung để tối ưu hóa cấu trúc và tính chất của LSCF6428.

2.1. Quy trình tổng hợp

Quy trình tổng hợp LSCF6428 bao gồm các bước: hòa tan muối nitrat, tạo gel, sấy khô, và nung ở các nhiệt độ khác nhau (850°C - 1150°C). Vật liệu cathode thu được được phân tích bằng các phương pháp SEM, XRD, và TG/DTA để đánh giá cấu trúc và tính chất.

2.2. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp

Kết quả nghiên cứu cho thấy pH của dung dịch gel ảnh hưởng lớn đến độ đơn pha và kích thước hạt của LSCF6428. Mẫu tổng hợp ở pH = 8 và nung ở 950°C trong 2 giờ cho kết quả tốt nhất. Nhiệt độ nung và thời gian nung cũng ảnh hưởng đến độ kết khối và tính chất điện của vật liệu.

III. Ứng dụng và triển vọng của LSCF6428

LSCF6428 là vật liệu tiềm năng cho cathode trong pin nhiên liệu oxit rắn hoạt động ở nhiệt độ trung bình. Nghiên cứu khoa học này đã chứng minh khả năng cải thiện hiệu suất pin và giảm chi phí sản xuất. Ứng dụng công nghệ này có thể mở rộng trong các lĩnh vực như năng lượng tái tạo, giao thông, và công nghiệp.

3.1. Hiệu suất và độ bền

LSCF6428 có độ kết khối cao (82%) và kích thước hạt nano (43-210 nm), giúp tăng cường hiệu suất và độ bền của pin. Vật liệu điện cực này cũng có khả năng chống ăn mòn và ổn định ở nhiệt độ cao.

3.2. Triển vọng trong tương lai

Với những ưu điểm vượt trội, LSCF6428 có tiềm năng lớn trong việc phát triển công nghệ pin hiện đại. Nghiên cứu khoa học tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.