Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các Thầy, Cô trong
khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu đã
truyền đạt cho em những kiến thức nền tảng để có điều kiện tham gia nghiên cứu, làm
đồ án tốt nghiệp tại bộ môn Hóa Lý – Khoa Hóa –Trường Đại Học Khoa học Tự nhiên
– Đại học Quốc gia TPHCM.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy TS. Trần Văn Mẫn (Bộ môn Hóa
Lý – Khoa Hóa –Trường Đại Học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TPHCM),
người đã luôn theo sát, chỉ đạo kịp thời và tạo điều kiện trong suốt quá trình thực hiện
đề tài, em xin gửi tới Thầy lời cảm ơn chân thành nhất.
Người luôn luôn đồng hành, động viên và cho em những góp ý chân thành
trong lúc em khó khăn nhất với ý tưởng đề tài, cho phép em được gửi lời cảm ơn sâu
sắc tới Cô TS. Lê Mỹ Loan Phụng (Bộ môn Hóa Lý - Khoa Hóa - Trường Đại Học
Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TPHCM), cảm ơn Cô vì tất cả những giúp đỡ
của Cô trong suốt quá trình em thực hiện đề tài. Đồng thời, cho phép em gửi lời tri ân
sâu sắc tới Cô Vũ Thị Hồng Phượng (Khoa Hóa học và Công nghệ Thực phẩm -
Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu), Cô đã dìu dắt và cho em những lời khuyên bổ
ích trong những ngày đầu nhận đề tài tại trường Đại Học Khoa học Tự nhiên.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới anh Huỳnh Lê Thanh Nguyên, anh Hà Thế
An, anh Nguyễn Văn Hoàng (Phòng điện hóa ứng dụng - Bộ môn Hóa Lý - Khoa Hóa
- Trường Đại Học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TPHCM), những người đã
luôn động viên, cho em những kinh nghiệm quý báu trong khi em gặp khó khăn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy, Cô trong hội đồng phản biện đã
dành nhiều thời gian quý báu để đọc và phản biện, góp phần vào sự hoàn thiện của đề
tài này.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 1 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT

TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua
(Transmission Electron Microscopy)
XRD Nhiễu xạ tia X
(X-ray Diffraction)
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 3 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
DANH MỤC BẢNG
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 4 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
DANH MỤC HÌNH VẼ
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 5 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
MỞ ĐẦU
Nhu cầu năng lượng trên thế giới càng ngày càng cao cùng với sự phát triển của
khoa học và kỹ thuật, vì vậy đòi hỏi các nhà khoa học không ngừng nâng cao chất
lượng các nguồn năng lượng thay thế, đặc biệt là các loại pin và ắc quy. Trong những
năm gần đây, các nghiên cứu đang tập trung vào các hệ thống tích trữ năng lượng linh
hoạt nhằm ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau bao gồm các thiết bị điện, linh kiện
điện tử, hệ thống quản lý năng lượng và các thiết bị khác. Tuy nhiên, đặc điểm quan
trọng của pin là có tổng năng lượng tích trữ lớn nhưng tốc độ phóng chậm. Tụ điện
điện hóa cùng với những ưu điểm vượt trội như điện dung riêng lớn, tốc độ phóng nạp
nhanh, tuổi thọ dài, vận hành an toàn đang được xem xét là một trong những thiết bị
chuyển đổi và tích trữ năng lượng tốt đáp ứng nhu cầu trong tương lai. Tụ điện tích trữ
năng lượng thấp hơn nhưng do khả năng phóng nạp nhanh nên công suất riêng của tụ

thiết bị điện, linh kiện điện tử, hệ thống quản lý năng lượng và các thiết bị khác. Tụ
điện điện hóa cùng với những ưu điểm vượt trội như điện dung riêng lớn, tốc độ phóng
nạp nhanh, tuổi thọ dài, vận hành an toàn được xem như một trong những thiết bị
chuyển đổi và tích trữ năng lượng tốt nhất và đáp ứng nhu cầu trong tương lai.Các vật
liệu khác nhau như cacbon hoạt tính, polymer dẫn và kim loại chuyển tiếp đang được
khảo sát để sử dụng làm vật liệu điện cực cho tụ điện điện hóa. Trong tất cả các vật
liệu, oxit mangan hứa hẹn sẽ là vật liệu cho các thế hệ tiếp theo của siêu tụ điện bởi
các tính năng ưu việt như chi phí thấp, thân thiện với môi trường, điện dung riêng
lớn.Trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào vấn đề tổng hợp các dạng oxit
mangan theo phương pháp hóa học, từ đó đi vào khảo sát cấu trúc, các tính chất điện
hóa của vật liệu thông qua các phương pháp nhiễu xạ tia X, quét thế vòng tuần hoàn và
đánh giá tính năng phóng sạc thông qua mô hình 3 điện cực.
1.2. Mục tiêu đề tài
- Tổng hợp các dạng vật liệu mangan oxit ứng dụng cho tụ điện điện hóa
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 7 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
- Đánh giá cấu trúc, hình thái vật liệu bằng nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction,
XRD), kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM), kính hiển vi
điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy, TEM).
- Khảo sát tính chất điện hóa các vật liệu tổng hợp bằng các phương pháp quét
thế vòng tuần hoàn (Cyclic Voltammetry, CV), đo phóng - nạp ở chế độ dòng không
đổi (Galvanostatic Cycling with Potential Limitation, GCPL).
CHƯƠNG 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1. Tụ điện
Tụ điện là một linh kiện điện tử được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử,
mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.
Chúng bao gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và cách điện với nhau bởi một lớp điện môi.

Vào những năm 1980, một số công ty đã tập trung vào việc sản xuất tụ điện
điện hóa. Kể từ năm 1978, công ty Matsushita Electric Industrial đã phát triển tụ điện
được cho là “tụ điện vàng”. Năm 1987, ELNA đã bắt đầu phát triển tụ điện lớp kép
của họ mang tên “Dynacap”. Tụ điện lớp kép đã được phát triển bởi PRI, “Tụ điện
điện hóa PRI” đã được phát triển từ năm 1982, sử dụng oxit kim loại làm điện cực.
Hiện nay, trên thế giới đã có khá nhiều công ty sản xuất tụ điện lớp kép
(Electrochemical Double Layer Capacitors – EDLCs) làm tụ điện thương mại, NEC và
Panasonic (Nhật Bản) đã sản xuất được EDLC kể từ những năm 1980. Các công ty
Epcos (Mỹ), ELNA, AVX và Cooper cũng đã sản xuất ra các vật liệu điện cực cho tụ
điện trong khi đó Evans và Maxwell cũng đã khám phá ra những thiết bị có sự cân
bằng điện thế. Thị trường quốc tế Kold Ban đã thiết kế tụ điện điện hóa sử dụng cho
động cơ đốt trong trong thời tiết lạnh, ESMA ở Nga cũng đã bán rộng rãi các sản
phẩm khác nhau mang kiểu EDLC cho các thiết bị có công suất cao, thiết bị điện, và
cho cả các động cơ đốt trong. Các hướng nghiên cứu đang tập trung cải thiện cả về
mặt năng lượng riêng và tỷ trọng riêng cho công nghệ EDLCs trong đó Cacbon hoạt
tính đang được xem là vật liệu điện cực được sử dụng nhiều nhất cho các tụ điện điện
hóa thương mại, các nghiên cứu đã xác định được các hệ số ảnh hưởng lên điện dung
riêng và dãy điện trở trên những vật liệu này. Ngoài ra, người ta đang phát triển các
vật liệu điện cực mới để khắc phục các nhược điểm của cacbon hoạt tính như cacbon
sợi nano, các oxit kim loại mang lại điện dung cao và giảm điện trở.
2.1.2. Nguyên lý hoạt động và một số đại lượng đặc trưng của tụ điện
Nguyên lý hoạt động của tụ điện cũng tương tự như nguyên lý hoạt động của pin.
Về nguyên tắc thì hoạt động của tụ điện vật lý và tụ điện hóa học cũng tương tự nhau
nên trong phạm vi đề tài này đưa ra nguyên lý hoạt động của tụ điện hóa học.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 10 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
Nguyên lý hoạt động của tụ điện điện hóa được biết đến thông qua 2 quá trình
là quá trình phóng và quá trình sạc. Trong quá trình phóng, các ion dẫn sẽ chui qua lớp

lượng tích trữ nhiều hơn so với tụ điện nhưng tốc độ phóng chậm hơn do đó công suất
riêng thấp hơn. Tụ điện trữ năng lượng thấp hơn trên mỗi đơn vị thể tích hay khối
lượng nhưng năng lượng tích trữ này nhanh chóng chuyển thành năng lượng riêng nên
công suất riêng của tụ thường cao.
2.1.3. Tụ điện vật lý
Tụ điện gồm 2 điện cực cách nhau bởi lớp điện môi cách điện. Khi áp thế vào
tụ điện các điện tích được tích trên bề mặt mỗi điện cực, các điện tích này được giữ
cách ra bởi lớp điện môi do đó giữa hai mặt điện cực xuất hiện cùng một điện trường,
cho phép tụ có thể dự trữ năng lượng.
Hình 2.5 Mô hình của tụ điện vật lý
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 12 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
2.1.4. Tụ điện điện hóa
 Ưu, nhược điểm của tụ điện điện hóa so với các nguồn điện hóa khác
Tụ điện điện hóa (hay còn gọi là siêu tụ điện) về cơ bản cũng tương tự như tụ
điện thông thường nhưng với 2 điện cực có diện tích bề mặt A lớn hơn, lớp điện môi
mỏng hơn nên làm giảm khoảng cách giữa hai điện cực D. Do đó bằng cách này thì
các tụ điện điện hóa có thể đạt năng lượng riêng lớn hơn trong khi vẫn duy trì được
công suất cao hơn so với tụ điện thông thường.
Ngoài ra, tụ điện điện hóa có một số lợi thế hơn so với pin điện hóa và pin
nhiên liệu như công suất riêng cao hơn, thời gian sạc ngắn hơn, chu kỳ và thời gian sử
dụng cao hơn.
Hình 2.6 Mô hình của tụ điện điện hóa
 Phân loại tụ điện điện hóa
Dựa trên xu hướng nghiên cứu và phát triển hiện nay, tụ điện điện hóa có thể
được chia làm 3 loại chính như sau: tụ điện lớp kép điện hóa, tụ lai, giả tụ điện và ở
mỗi loại đều có các cơ chế đặc trưng riêng trong việc lưu trữ điện. Cơ chế tích điện có
thể là Faraday, không Faraday và kết hợp cả hai. Quá trình Faraday tương tự như các

để đạt được diện tích bề măt cao. Mặc dù điện dung tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt
nhưng thực nghiệm cho thấy rằng đối với cacbon hoạt tính không phải diện tích bề mặt
lớn góp phần hoàn toàn vào điện dung cho thiết bị. Sự sai biệt này được cho rằng là do
kích thước của các ion chất điện giải quá lớn để khuếch tán vào các lỗ xốp do đó điện
dung thấp hơn lý thuyết. Nghiên cứu thực nghiệm cũng cho thấy mối quan hệ giữa sự
phân bố các lỗ xốp, năng lượng riêng và công suất riêng của thiết bị. Kích thước lỗ
xốp lớn thì công suất lớn và ngược lại. Do vậy sự phân bố các lỗ xốp của điện cực
cacbon hoạt tính là vấn đề chính trong nghiên cứu thiết kế EDLCs. Đặc biệt, các nhà
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 14 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
nghiên cứu đã tập trung vào việc xác định kích thước tối ưu các lỗ xốp ứng với kích
thước ion nhất định và cải tiến các phương pháp đã sử dụng để kiểm soát sự phân bố
của các lỗ xốp trong quá trình chế tạo. Điện dung của tụ điện khác nhau cũng phụ
thuộc một phần vào quá trình xử lý vật liệu cacbon. Độ linh động của các phân tử ion
trong các mao quản khác với độ linh động của các ion trong dạng khối của dung dịch
điện giải. Nếu mao quản quá nhỏ thì các ion điện giải sẽ phân bố không đồng đều
trong tụ lớp kép. Do đó kích thước mao quản phải được chọn sao cho thích hợp với
dung dịch điện giải và phải đảm bảo rằng sự phân bố kích cỡ mao quản phải tối ưu dựa
trên kích cỡ của các ion trong dung dịch.
 Cacbon gel khí
Cacbon gel khí cũng được quan tâm nghiên cứu để làm điện cực cho EDLCs.
Cacbon gel khí được tạo thành từ một mạng lưới liên tục của các hạt nano cacbon dẫn
điện với các lỗ xốp trung bình có độ dẫn diện tích bề mặt tương đối cao, độ dẫn tốt,
kích thước hạt có thể được điều khiển bằng cách chọn quá trình chuẩn bị vật liệu. Do
có cấu trúc liên tục và khả năng liên kết hóa học với cực góp nên cacbon gel khí không
yêu cầu thêm chất kết dính. Do vậy điện cực cacbon gel khí có ESR thấp hơn cacbon
hoạt tính. Việc giảm ESR sẽ dẫn đến tăng công suất riêng của tụ, đây chính là quan
tâm trong việc nghiên cứu vật liệu cacbon gel khí ứng dụng vào EDLCs.

tương đối thấp hơn so với các loại vật liệu cacbon. Đặc biệt thiết kể kiểu n-p như chất
bán dẫn có tiềm năng năng lượng và mật độ năng lượng cao nhất. Tuy nhiên, người ta
cho rằng do sự căng của các nối hóa học trong cấu trúc polymer làm giảm tính bền sau
nhiều chu kỳ phóng - nạp. Quá trình phóng - sạc của polymer dẫn đều thông qua quá
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 16 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
trình oxi hóa-khử, khi phản ứng oxi hóa-khử xảy ra các ion được chuyển tới cầu
polymer khi đó nó sẽ tương tác trở lại trong dung dịch. Quá trình phóng của điện cực
polymer dẫn do đó sẽ diễn ra xuyên qua cả lớp màng điện cực, không chỉ ở trên bề mặt
như điện cực cacbon. Chính điều này mang lại hy vọng sẽ thu được điện dung riêng
cao khi ứng dụng polymer dẫn làm điện cực cho tụ điện điện hóa.
 Oxit kim loại
Oxit kim loại đang là hướng nghiên cứu hấp dẫn trong việc ứng dụng làm vật
liệu điện cực vì chúng có điện dung riêng cao, điện trở thấp, dễ dàng thu được năng
lượng cao và công suất EDLCs lớn.
Phần lớn các nghiên cứu gần đây đều tập trung vào ruthenium oxit do chưa có
vật liệu oxit kim loại nào có thể sánh được về dung lượng mà oxit này đem lại. Sự lựa
chọn truyền thống có thể được giới hạn bằng cách sử dụng acid sunfuric đậm đặc như
là một điện cực. Hướng nghiên cứu này hy vọng mang lại điện dung cao và tốc độ
phóng nhanh trong khoảng rộng H
+
, vì thế môi trường acid mạnh sẽ cần thiết để cải
thiện độ dẫn tốt của proton. RuO
2
ở dạng ngậm nước cho dung lượng hơn hẳn vật liệu
cacbon và polymer dẫn hơn nữa ở dạng này thì RuO
2
có ESR thấp hơn hẳn so với các

cho phép polypyron phủ hoàn toàn trên bề mặt nên sự phân bố điện tích trên không
gian ba chiều rất đồng đều. Hơn nữa, cấu trúc này làm giảm sự căng nối hóa học trong
quá trình đan xen của các ion. Vì vậy, không giống như polymer dẫn, vật liệu
composit bền hơn sau nhiều chu kỳ phóng - nạp so với các EDLCs.
 Bất đối xứng
Tụ điện lai hóa bất đối xứng là sự kết hợp giũa quá trình Faraday và không
Faraday, do kết hợp giữa điện cực EDLCs và điện cực giả tụ điện. Đặc biệt, sự kết hợp
giữa điện cực âm là cacbon hoạt tính và điện cực dương là polymer đã thu hút được
nhiều sự chú ý. Như đã đề cập ở trên, vật liệu polymer không bền sau nhiều chu kỳ
phóng - nạp, việc kết hợp này nhằm giải quyết vấn đề này. Sự kết hợp này thành công
khi mà năng lượng và mật độ năng lượng đạt được cao hơn so với EDLCs. Ngoài ra,
độ bền sau nhiều chu kỳ cũng cao hơn so với giả tụ điện polymer dẫn.
 Hệ tích hợp tụ điện điện hóa – pin sạc
Giống như tụ điện lai hóa bất đối xứng, tụ lai pin gồm 2 điện cực khác nhau.
Tuy nhiên điểm khác nhau của nó là sự kết hợp giữa điện cực tụ điện điện hóa và điện
cực pin. Với thiết kế đặc biệt này, hệ tích hợp tụ điện điện hóa – pin sạc sẽ cho năng
lượng cao hơn tụ điện điện hóa và công suất cao hơn pin, đồng thời giữ được đặc tính
của pin là trữ được nhiều năng lượng và công suất, tuổi thọ, số lần phóng - nạp cao của
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 18 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
tụ điện điện hóa. Các nghiên cứu về lĩnh vực này tập trung chủ yếu vào việc sử dụng
niken hidroxit, chì đioxit và LTO (Li
4
Ti
5
O
12
) làm điện cực và điện cực còn lại làm từ

dầu.
• UPS (Uninterruptable Power Supplies): Thiết bị cung cấp năng lượng liên tục đã tìm
thấy một số lợi ích kinh tế bằng cách sử dụng tụ điện lớp kép EDLCs. Năng lượng
được cung cấp trong một thời gian cố định, ở một điện thế cao hơn so với pin thì tụ
điện điện hóa là một ứng cử viên hấp dẫn cho các thiết bị này.
• Ứng dụng khác: Ngoài những ứng dụng riêng biệt trên thì một số ứng dụng thông
thường nhất của siêu tụ được tìm thấy trong công nghệ giao thông vận tải bằng điện
như máy nâng, máy cẩu, trong ngành điện nói chung như nguồn điện dự phòng khẩn
cấp hay lưới điện cải thiện ổn định hệ thống, điện tử tiêu dùng như máy tính xách tay,
điện thoại di động hay máy quay video, trong lĩnh vực y tế điện tử, trong lĩnh vực quân
sự quốc phòng thì tụ điện điện hóa được ứng dụng nhằm phục vụ cho các thiết bị
thông tin liên lạc, phương tiện không người lái trên không, tàu thăm dò vũ trụ và hệ
thống tên lửa.
Tụ điện điện hóa đã được ứng dụng rất rộng rãi trên nhiều lĩnh vực nhưng để
thật sự bứt phá trong lĩnh vực này cần nghiên cứu và phát triển các kỹ năng mới của tụ
điện điện hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao cho các ứng dụng và cải thiện hiệu
suất của tụ điện điện hóa.
2.2. Vật liệu
Mangan oxit là vật liệu có điện dung riêng (C
sp
) lớn và độ bền tốt nên được sử
dụng chủ yếu để chế tạo điện cực trong tụ điện điện hóa.
Hiện nay có nhiều phương pháp tổng hợp mangan oxit như phương pháp điện
phân, phương pháp hóa học, phương pháp thủy nhiệt…
a. Các phương pháp tổng hợp mangan oxit
• Phương pháp điện phân [7]: Đây là phương pháp phổ biến để tổng hợp mangan oxit.
Các dung dịch điện phân có thể dùng là MnCl
2
, MnSO
4

2+
+ 2H
2
O → MnO
2
+ 2H
+
+ H
2
↑
• Phương pháp hóa học: Là phương pháp sử dụng các phản ứng hóa học quen thuộc.
Phổ biến nhất trong loại này là sử dụng phản ứng oxi hóa khử với chất oxi hóa như
KMnO
4
, K
2
Cr
2
O
7
; chất khử có thể dùng là MnSO
4
, MnCl
2
, Na
2
SO
3
, H
2

phẩm sẽ kết tinh tốt hơn.
Sau đây là bảng so sánh ưu, nhược điểm của 3 phương pháp vừa nêu trên.
Bảng 2.1 So sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp tổng hợp
mangan oxit
Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm
Phương pháp
điện phân
Sản phẩm có khả năng hoạt
động điện hóa cao
Hiệu suất không cao
Tốn kém
Phương pháp
hóa học
Đơn giản, hiệu suất cao
Sản phẩm có khả năng
hoạt động điện hóa
không cao
Phương pháp
thủy nhiệt
Hiệu suất cao
Không quá phức tạp
Kích thước hạt đồng đều,
tạo tính tự nhiên cho sản
phẩm.
Khả năng hoạt động điện
hóa tốt
Yêu cầu khắt khe về
nhiệt độ, áp suất
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 21 Khoa Hóa học và
CNTP

cạnh để tạo thành cấu trúc đường hầm. Khi n = ∞ thì cấu trúc đường hầm chuyển
thành cấu trúc dạng lớp.
Trong số các mangan oxit, MnO
2
là một trong những hợp chất quan trọng, có
nhiều ứng dụng trong thực tế. MnO
2
có thành phần hóa học không hợp thức, trong hợp
chất này chứa một lượng lớn Mn
4+
dưới dạng MnO
2
và một lượng nhỏ các oxit khác
của Mn. Do cấu trúc có chứa nhiều lỗ trống nên trong tinh thể của mangan dioxit còn
chứa các cation lạ như K
+
, Na
+
, Ba
2+
, OH
-
và các phân tử nước.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 22 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
MnO
2
có cấu trúc phức tạp do sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử mangan

)
Mn
II
, Mn
III
,
Mn
IV
(O, OH)
2
Hexagonal
a= 9,65; c=
4,43
1×1, 1×2
Đường hầm
phức tạp
α-MnO
2
MnO
2
Tetragonal 2×2
Nsutite
(δ-MnO
2
)
Mn
II
, Mn
III
,

, NH
4
+
hoặc nước.
 β-MnO
2
:
β-MnO
2
hoặc pyrolusite là những tinh thể có cấu trúc đơn giản nhất trong số
nhóm hợp chất có cấu trúc đường hầm.Các nguyên tử mangan chiếm một nửa lỗ trống
bát diện được tạo thành do 6 nguyên tử oxi xếp chặt khít với nhau giống như tinh thể
rutile. Những đơn vị khuyết tật MnO
6
tạo ra chuỗi cạnh bát diện mở dọc theo trục tinh
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 23 Khoa Hóa học và
CNTP
Đồ án tốt nghiệp đại học_Khóa 2010 – 2014 Trường
ĐHBRVT
thể c-axis. Các chuỗi liên kết ngang với các chuỗi bên cạnh hình thành góc chung. Các
lỗ trống này là quá nhỏ để các ion có thể xâm nhập vào nhưng đủ lớn cho các ion H
+
và ion Li
+
có thể xâm nhập vào cấu trúc.
 Ramsdellite
Cấu trúc tinh thể của Ramsdellite tương tự cấu trúc của pyrolusite, chỉ khác là
các chuỗi đơn bát diện trong tinh thể β-MnO
2
được thay bằng các cặp chuỗi trong tinh

4
.
Bảng 2.3 Các dạng khử của mangan oxit [7]
Hợp chất Công thức Mạng tinh thể
Hằng số mạng
a
(pm)
b
(pm)
c
(pm)
Manganite ɣ -MnOOH Orthohombic 880.0 525.0 571.0
Groutite α-MnOOH Orthohombic 1076.0 289.0 458.0
Hausmannite
Mn
3
O
4
α-Mn
2
O
3
ɣ- Mn
2
O
3
Tetragonal
Cubic
Tetragonal
814.0

Hình 2.8 Cấu trúc của Mn
2
O
3
[7]
 Tính chất ứng dụng cho tụ điện điện hóa
Trong nghiên cứu của S. Komaba, et al [14] đã nhận định Mn
2
O
3
là một dạng
vật liệu mangan oxit có khả năng hoạt động điện hóa cao với điện dung khoảng 80 F/g
sau 300 chu kỳ phóng - nạp. Điều này chứng tỏ vật liệu Mn
2
O
3
là một dạng vật liệu có
tính bền khá tốt.
 Hợp chất Mn
3
O
4
[14, 17]
 Cấu trúc
Hình 2.9 Cấu trúc của Mn
3
O
4
[7]
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 25 Khoa Hóa học và