Chuẩn bị vật liệu tổng hợp oxit chì được nạp oxit graphene khử cho pin carbon chì

07 Jun 2023

Graphene là một loại vật liệu dẫn điện cấu trúc hai chiều mới, bao gồm một lớp nguyên tử carbon và đơn vị cấu trúc cơ bản của nó là cấu trúc vòng sáu thành viên, có tính ổn định hóa học tốt. Hơn nữa, graphene có diện tích bề mặt riêng cao, không chỉ cung cấp giao diện phản ứng lớn mà còn cải thiện sự phân tán của vật liệu nano bề mặt. Độ dẫn điện cao của graphene có lợi cho quá trình chuyển điện tích điện tử trong quá trình phản ứng điện hóa; Cuộn dây giữa các tấm graphene có thể tạo ra cấu trúc lỗ
có lợi cho sự xâm nhập của chất điện phân và khuếch tán ion, do đó, vật liệu composite dẫn điện được chế tạo dựa trên graphene làm chất phụ gia điện cực âm có thể cải thiện đáng kể hiệu suất điện hóa của pin axit-chì.

Tuy nhiên, do mật độ vật liệu graphene thấp, hiệu ứng nổi carbon sẽ xảy ra khi thêm vào bột chì âm, điều này cũng sẽ dẫn đến sự kết hợp lỏng lẻo giữa chì và carbon. Hơn nữa, sự ra đời của vật liệu graphene sẽ làm trầm trọng thêm vấn đề tiến hóa hydro ở điện cực âm và khiến chất điện phân bị mất nước và khô đi, do đó cần phải biến tính composite; Đồng thời, vật liệu graphene dễ tổng hợp và đóng rắn, bề mặt nhẵn và trơ, không có lợi cho việc tổng hợp với các vật liệu khác, vì vậy nó phải được chức năng hóa hiệu quả.

Đặc điểm kỹ thuật:
Sáng chế đề xuất phương pháp điều chế vật liệu compozit oxit chì được hỗ trợ bằng graphene oxit khử cho pin cacbon chì .

Chất phân tán graphene oxit được trộn kỹ với dung dịch anilin và chì axetat (giá trị pH được điều chỉnh bằng dung dịch kiềm KOH), sau đó được thêm vào bình phản ứng cho phản ứng thủy nhiệt (180℃); Tách hydrogel hỗn hợp graphene/chì trong sản phẩm phản ứng và rửa bằng etanol khan và nước khử ion; Sau đó, lần đầu tiên nó được cô đặc -(60℃) và sau đó đông khô (chân không, -60℃) để thu được aerogel composite graphene oxit/chì oxit đã khử; Aerogel hỗn hợp GO/ôxit chì đã khử được nung dưới sự bảo vệ của argon (450℃, 2 giờ, tốc độ gia nhiệt 5℃/phút) và thu được hỗn hợp oxit chì được hỗ trợ GO đã khử.

Phương pháp ứng dụng của vật liệu composite oxit chì được hỗ trợ RGO thu được như sau: vật liệu composite được sử dụng làm chất phụ gia điện cực âm, trộn với bột chì, axetylen đen, bari sulfat, axit humic, natri lignin sulfonate, sợi ngắn, nước khử ion và pha loãng axit sunfuric, và phủ lên lưới chì, và thu được tấm tạo điện cực âm của pin axit chì sau khi đóng rắn.

Ôxít graphene khử trong sáng chế đề cập đến than chì được xen kẽ và phân tán bằng phương pháp hóa học trước tiên, và các nhóm chức chứa oxy được biến đổi trên bề mặt của nó để tạo thành ôxít than chì hoặc ôxít graphene; Và sau đó, một chất khử mạnh được sử dụng để khử và loại bỏ các nhóm chức năng trên bề mặt để thu được graphene oxit khử. Graphene được điều chế bằng phương pháp này có nhiều khuyết tật bề mặt hơn, chứa nhiều nhóm chức chứa oxy hơn và dễ dàng sửa đổi bề mặt. Hơn nữa, phương pháp này có thể thực hiện sản xuất graphene quy mô lớn và phù hợp hơn cho các ứng dụng công nghiệp hơn là tước graphene bằng phương pháp vật lý.

Vật liệu hỗn hợp nano graphene oxit/chì oxit đã khử được điều chế theo sáng chế được nạp đồng đều các hạt oxit chì giữa các tấm graphene đã khử và kích thước đường kính có thể kiểm soát được trong khoảng 50300 nm và nhóm chức amino hoặc imino trong phân tử anilin có thể hấp thụ hiệu quả dẫn các ion thông qua tác động tĩnh điện và tạo phức phối hợp. -Hơn nữa, nhóm chức chứa nitơ có khả năng khử và có thể được REDOX hấp phụ với các ion chì có đặc tính oxy hóa mạnh, giúp tăng cường khả năng hấp phụ của tấm graphene oxit với các ion chì, tăng vị trí hoạt động của vật liệu composite và làm phong phú thêm hiệu suất đặc tính của vật liệu composite. Sự kết tụ của graphene được tránh và sự phân tán đồng đều của các hợp chất chì và graphene được thực hiện. Và cải thiện mật độ của vật liệu carbon, giảm hiện tượng carbon trôi nổi trong quá trình trộn vật liệu graphene và cực dương chì, có thể cải thiện đáng kể khả năng chấp nhận điện tích của pin axit-chì và vòng đời HRPSoC; Đồng thời, pha tạp nitơ và hỗn hợp oxit chì và graphene có thể làm tăng hiệu quả quá trình tiến hóa hydro quá tiềm năng của chất phụ gia và cải thiện vấn đề mất nước của pin chì-cacbon.

Dữ liệu thử nghiệm:
Tấm tạo điện cực âm được sản xuất và tấm dương của pin axit-chì được lắp ráp thành một pin giàu chất lỏng, đồng thời đo và so sánh vòng đời cũng như công suất cụ thể của điều kiện sạc một phần tốc độ cao (HRSoC) (dữ liệu được thể hiện trong Bảng 1 và Hình 1). Kết quả cho thấy hiệu suất chu kỳ và công suất cụ thể của pin chì-cacbon được cải thiện đáng kể so với pin chì-axit truyền thống (tỷ lệ cặp trống) sau khi giới thiệu các chất phụ gia graphene bằng phương pháp thông thường và pin chì-cacbon với chất phụ gia được điều chế theo sáng chế đã được cải thiện hơn nữa về tuổi thọ chu kỳ HRPSoC và công suất cụ thể.

Bảng 1 . So sánh các bài kiểm tra hiệu suất của pin axit-led giàu chất lỏng

QUẢ SUNG. Hình 2 cho thấy sự so sánh về hiệu suất tạo ra hydro của n tấm tạo điện cực âm đã chuẩn bị. Như có thể thấy trong hình, khoảng trống không thêm vật liệu graphene có tiềm năng tiến hóa hydro theo tỷ lệ cao nhất, trong khi vật liệu graphene thông thường được thêm vào theo phương pháp chung có tiềm năng tiến hóa hydro theo tỷ lệ thấp nhất, không thể tách rời khỏi ảnh hưởng của bản thân vật liệu carbon có quá mức tiến hóa hydro thấp. Tuy nhiên, sau khi thêm chất phụ gia graphene oxit/chì oxit đã khử được điều chế theo sáng chế, tỷ lệ quá thế tiến hóa hydro của tấm âm gần giống như tỷ lệ của cặp trống không thêm graphene,