Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, số chu kỳ lắng đọng và phụ gia Cobal đến tính chất của chất hoạt động cực dương trong ắc quy Nikel-Cadimi
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.106.2025.87-93Từ khóa:
Ắc quy Ni-Cd; Phụ gia Coban; Nhiệt độ lắng đọng; Chu kỳ lắng đọng.Tóm tắt
Trong nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ lắng đọng, số chu kỳ lắng đọng và phụ gia cobalt (Co) đến cấu trúc và tính chất điện hóa của chất hoạt động cực dương trong ắc quy nickel–cadmium (Ni–Cd), từ đó tối ưu hóa quy trình chế tạo nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng vật liệu và cải thiện hiệu suất phóng–nạp của ắc quy. Các điện cực được chế tạo bằng cách thấm tẩm dung dịch nitrat niken vào sườn cực niken xốp, sau đó chuyển hóa hóa học trong dung dịch kali hydroxit ở các mức nhiệt độ khác nhau (65–80 °C) và thực hiện với số chu kỳ lặp lại từ 1 đến 5. Một số mẫu được xử lý bổ sung bằng dung dịch nitrat cobalt. Cấu trúc vi mô và thành phần được phân tích bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán xạ tia X (EDS). Khối lượng riêng và độ xốp được xác định bằng phương pháp cân thủy tĩnh. Tính năng phóng–nạp được đánh giá thông qua các ắc quy mẫu thử nghiệm. Kết quả cho thấy vùng nhiệt độ tối ưu là 70–75 °C, giúp vật liệu phân bố đồng đều, mật độ cao và vẫn duy trì độ xốp phù hợp. Số chu kỳ lắng đọng tối ưu là 4 chu kỳ. Việc bổ sung cobalt giúp nâng hiệu suất sử dụng vật liệu lên khoảng 5.2% và giảm nội trở từ 7,15 mΩ xuống còn 4,85 mΩ. Những kết quả này cung cấp cơ sở khoa học cho việc cải tiến quy trình chế tạo điện cực ắc quy Ni–Cd. Nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng theo hướng khảo sát độ bền chu kỳ dài và thử nghiệm các phụ gia dẫn điện khác.
Tài liệu tham khảo
[1]. Linden, D., & Reddy, T. B. “Handbook of Batteries” (3rd ed.), McGraw-Hill, (2002).
[2]. Wu, J. B., et al. "Synthesis of nanoscale CoO particles and their effect on the positive electrodes of nickel–metal hydride batteries", International Journal of Hydrogen Energy, 32, 606–610, (2007).
[3]. Matsuda, H., & Ikoma, M. "Nickel/metal-hydride battery for electric vehicles", Electrochemistry, 65, 96–100, (1997).
[4]. Watanabe, K., Koseki, M., & Kumagai, N. "Effect of cobalt addition to nickel hydroxide as a positive material for rechargeable alkaline batteries", Journal of Power Sources, 58(1), 23–28, (1996).
[5]. Zhang, W., Huang, L., & Fang, Y. "Recent progress in Ni-Cd battery electrode materials: performance enhancement and mechanisms", Batteries, 7(2), 22, (2021).
[6]. Wang, J., Xie, F., & Sun, D. "Advances in cobalt-modified nickel hydroxide materials for battery applications", Journal of Power Sources, 451, 227796, (2020).
[7]. Zhou, L., Feng, Y., & Tang, B. "Stability of NiOOH phases in cobalt-doped electrodes for Ni-based batteries", Electrochemical Science Advances, 2(4), e2100135, (2022).
[8]. Kim, S. H., Nguyen, T. V., & Lee, J. Y. "Electrochemical performance of cobalt-doped Ni(OH)₂ in alkaline batteries", Electrochimica Acta, 410, 139913, (2022).
[9]. Liu, Y., et al. "Effect of thermal treatment on structural and electrochemical properties of nickel-based electrodes", Materials Chemistry and Physics, 295, 127069, (2023).
[10]. Tang, Y., Hu, W., & Duan, Y. "Redesigning Ni-based electrodes for extended reliability in high-stress environments", Energy Storage Materials, 59, 143–153, (2023).
[11]. Ivanov, V., et al. "Enhanced thermal stability of Ni-Cd battery electrodes for aerospace applications", Journal of Power Sources, 482, 228964, (2021).
[12]. Гудимов, Н. Л., и др. "Способ изготовления окисноникелевого электрода для щелочного аккумулятора", Патент RU 2 176 425 3 С2.
[13]. Dao, T. N., et al. "Nghiên cứu lựa chọn một số điều kiện trong chế tạo vật liệu chổi than sử dụng trên tàu hải quân", Journal of Military Science and Technology, Special Issue (Institute of Chemistry and Materials), 69–76, (2020) (in Vietnamese).
[14]. Nathira Begum, S., et al. "The influences of some additives on electrochemical behaviour of nickel electrodes", International Journal of Hydrogen Energy, 34, 1548–1555, (2009).
