TỔNG HỢP VẬT LIỆU MnO2/CARBON AEROGEL ỨNG DỤNG CHO SIÊU TỤ ĐIỆN HOÁ VÀ CÔNG NGHỆ KHỬ MẶN ĐIỆN DUNG (CDI)

Phan Thị Diệu My, Tô Minh Đại, Huỳnh Lê Thanh Nguyên, Nguyễn Thái Hoàng, Nguyễn Thị Thu Trang

Tóm tắt


Công nghệ khử ion điện dung (capacitive deionization – CDI) là lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển nhanh chóng được ứng dụng để loại muối trong nước sinh hoạt. Vật liệu điện cực có cấu trúc phù hợp làm tăng khả năng hấp phụ muối (SAC). Vật liệu MnO2 là oxide triển vọng ứng dụng cho công nghệ CDI vì có hiệu suất điện hóa vượt trội, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành tổng hợp vật liệu MnO2/carbon aerogel (MnO2/CA) bằng phương pháp sol-gel. Hình thái của vật liệu được xác định thông qua kính hiển vi điện tử quét (SEM), cấu trúc của vật liệu được xác định thông qua phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ tán xạ Raman. Vật liệu MnO2/CA được tổng hợp có độ tinh khiết cao và có cấu trúc xốp sẽ tối ưu hóa khả năng dẫn truyền điện tích và ion để giảm điện trở của hệ thống, từ đó có thể ứng dụng vật liệu cho công nghệ CDI. Khả năng hấp phụ muối của vật liệu được khảo sát khi sử dụng dung dịch NaCl 200 ppm và khi áp thế 1,4 V có khả năng hấp phụ muối cao nhất là 25,4 mg/g. Nghiên cứu này cho thấy vật liệu composite MnO2/CA có tiềm năng làm vật liệu điện cực trong công nghệ CDI.

 

 


Từ khóa


khử mặn điện dung (CDI); MnO2/CA; sol-gel

Toàn văn:

PDF

Trích dẫn


Chen, F., Huang, Y., Guo, L., Sun, L., Wang, Y., & Yang, H. Y. (2017). Dual-ions electrochemical deionization: a desalination generator. Energy & Environmental Science, 10(10), 2081-2089. https://doi.org/10.1039/c7ee00855d

Fang, B., Wei, Y. Z., Maruyama, K., & Kumagai, M. (2005). High capacity supercapacitors based on modified activated carbon aerogel. Journal of Applied Electrochemistry, 35(3), 229-233. https://doi.org/10.1007/s10800-004-3462-6/metrics

Jaoude, M. A., Alhseinat, E., Polychronopoulou, K., Bharath, G., Darawsheh, I. F. F., Anwer, S., Baker, M. A., Hinder, S. J., & Banat, F. (2020). Morphology-dependent electrochemical performance of MnO2 nanostructures on graphene towards efficient capacitive deionization. Electrochimica Acta, 330, Article 135202. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135202

Kalpana, D., Omkumar, K. S., Kumar, S. S., & Renganathan, N. G. (2006). A novel high power symmetric ZnO/carbon aerogel composite electrode for electrochemical supercapacitor. Electrochimica Acta, 52(3), 1309-1315. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.07.032

Khamsanga, S., Pornprasertsuk, R., Yonezawa, T., Mohamad, A. A., & Kheawhom, S. (2019). δ-MnO2 nanoflower/graphite cathode for rechargeable aqueous zinc ion batteries. Scientific Reports 2019, 9(1), Article 8441. https://doi.org/10.1038/s41598-019-44915-8

Kim, B. K., Sy, S., Yu, A., & Zhang, J. (2015). Electrochemical Supercapacitors for Energy Storage and Conversion. In Handbook of Clean Energy Systems (pp. 1-25). John Wiley & Sons, Ltd. https://doi.org/10.1002/9781118991978.hces112

Kim, S. J., Hwang, S. W., & Hyun, S. H. (2005). Preparation of carbon aerogel electrodes for supercapacitor and their electrochemical characteristics. Journal of Materials Science, 40(3), 725-731. https://doi.org/10.1007/s10853-005-6313-x/metrics

Lee, J. H., & Park, S. J. (2020). Recent advances in preparations and applications of carbon aerogels: A review. In Carbon (Vol. 163, pp. 1-18). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.02.073

Li, J., Wang, X., Huang, Q., Dai, C., Gamboa, S., & Sebastian, P. J. (2007). Preparation and characterization of RuO2•xH2O/carbon aerogel composites for supercapacitors. Journal of Applied Electrochemistry, 37(10), 1129-1135. https://doi.org/10.1007/s10800-007-9372-7/metrics

Li, J., Wang, X., Huang, Q., Gamboa, S., & Sebastian, P. J. (2006a). A new type of MnO2•xH2O/CRF composite electrode for supercapacitors. Journal of Power Sources, 160(2 SPEC. ISS.), 1501-1505. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.02.045

Li, J., Wang, X., Huang, Q., Gamboa, S., & Sebastian, P. J. (2006b). Studies on preparation and performances of carbon aerogel electrodes for the application of supercapacitor. Journal of Power Sources, 158(1), 784-788. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.09.045

Li, Q., Zheng, Y., Xiao, D., Or, T., Gao, R., Li, Z., Feng, M., Shui, L., Zhou, G., Wang, X., & Chen, Z. (2020). Faradaic Electrodes Open a New Era for Capacitive Deionization. Advanced Science, 7(22), Article 2002213. https://doi.org/10.1002/advs.202002213

Lv, G., Wu, D., & Fu, R. (2009). Preparation and electrochemical characterizations of MnO2-dispersed carbon aerogel as supercapacitor electrode material. Journal of Non-Crystalline Solids, 355(50-51), 2461-2465. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2009.08.035

Oren, Y. (2008). Capacitive deionization (CDI) for desalination and water treatment — past, present and future (a review). Desalination, 228(1-3), 10-29. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.08.005

Porada, S., Shrivastava, A., Bukowska, P., Biesheuvel, P. M., & Smith, K. C. (2017). Nickel Hexacyanoferrate Electrodes for Continuous Cation Intercalation Desalination of Brackish Water. Electrochimica Acta, 255, 369-378. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.09.137

Quan, X., Fu, Z., Yuan, L., Zhong, M., Mi, R., Yang, X., Yi, Y., & Wang, C. (2017). Capacitive deionization of NaCl solutions with ambient pressure dried carbon aerogel microsphere electrodes. RSC Advances, 7(57), 35875-35882. https://doi.org/10.1039/c7ra05226j

Roychaudhuri, R., Acharyya, D., & Bhattacharyya, P. (2018). Morphological evolution of MnO2 based nanostructures by tuning the reaction time. In 2018 International Symposium on Devices, Circuits and Systems (ISDCS) (pp. 1-4). Howrah, India. https://doi.org/10.1109/ISDCS.2018.8379628

Saliger, R., Fischer, U., Herta, C., & Fricke, J. (1998). High surface area carbon aerogels for supercapacitors. Journal of Non-Crystalline Solids, 225(1-3), 81-85. https://doi.org/10.1016/s0022-3093(98)00104-5

Srimuk, P., Kaasik, F., Krüner, B., Tolosa, A., Fleischmann, S., Jäckel, N., Tekeli, M. C., Aslan, M., Suss, M. E., & Presser, V. (2016). MXene as a novel intercalation-type pseudocapacitive cathode and anode for capacitive deionization. Journal of Materials Chemistry A, 4(47), 18265-18271. https://doi.org/10.1039/C6TA07833H

Sun, Z., Fu, J., Pan, D., Bai, H., Liu, P., Li, Y., Tong, T., Hou, B., & Wang, Y. (2022). Mno2/Mxene Composites as Electrodes for Capacitive Deionization with Fast and Ultrahigh Desalination Capacity. SSRN Electronic Journal. https://doi.org/10.2139/ssrn.4281027

Tang, W., Liang, J., He, D., Gong, J., Tang, L., Liu, Z., Wang, D., & Zeng, G. (2019). Various cell architectures of capacitive deionization: Recent advances and future trends. In Water Research (Vol. 150, pp. 225-251). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.watres.2018.11.064

Toupin, M., Brousse, T., & Bélanger, D. (2004). Charge storage mechanism of MnO2 electrode used in aqueous electrochemical capacitor. Chemistry of Materials, 16(16), 3184-3190.

Wu, T., Wang, G., Wang, S., Zhan, F., Fu, Y., Qiao, H., & Qiu, J. (2018). Highly Stable Hybrid Capacitive Deionization with a MnO2 Anode and a Positively Charged Cathode. Environmental Science and Technology Letters, 5(2), 98-102.




DOI: https://doi.org/10.54607/hcmue.js.20.12.3944(2023)

Tình trạng

  • Danh sách trống