Phòng Vật liệu linh kiện năng lượng

02/11/2021 - 10:28 AM 838 lượt xem
CÁC THÀNH TỰU CHÍNH

Trưởng phòng
PGS.TS.NCVCC
Phạm Duy Long
CHỨC NĂNG/NHIỆM VỤ:
  • Nghiên cứu về lĩnh vực vật liệu và linh kiện năng lượng
  • Xây dựng và phát triển hợp tác nghiên cứu khoa học trong nước và quốc tế
  • Tham gia hoạt động đào tạo của Viện
HƯỚNG NGHIÊN CỨU CHÍNH:
  • Phát triển vật liệu cấu trúc nano cho chuyển hóa năng lượng
  • Nghiên cứu Vật lý và công nghệ vật liệu chuyển hóa năng lượng
  • Nghiên cứu chế tạo linh kiện (pin mặt trời, pin ion, sensor, detector, pin nhiên liệu...)
  • Chế tạo các thiết bị thu nhận, biến đổi năng lượng
  • Xây dựng và phát triển phương pháp mô phỏng vật liệu và linh kiện chuyển hóa năng lượng
 longphd@ims.vast.ac.vn   + 84.902 064 909

CÁC THÀNH TỰU CHÍNH

1. Xây dựng và phát triển các phương pháp công nghệ chế tạo vật liệu

Đã xây dựng và phát triển các phương pháp công nghệ chế tạo được các vật liệu oxit bán dẫn cấu trúc nano TiO2; ZnO; SnO2 .., các vật liệu trao đổi và tích trữ ion trên cơ sở các hợp chất oxit kim loại chuyển tiếp LixM1-xMn2O4 (M=Ni; V; Co …), LiLaTiO3 và Na­4Mn9O18 với nhiều hình thái học khác nhau (hạt, dạng thanh, dây nano và hoa nano) cũng như hệ vật liệu plasmonic trên cơ sở các nano Au đã được chế tạo thành công bằng cả hai phương pháp hóa học và vật lý (bốc bay trong chân không). Đặc biệt các hệ vật liệu trên đã được chế tạo dưới dạng màng mỏng trên các đế khác nhau (thủy tinh, thủy tinh dẫn điện trong suất, các đế dẫn….) nhằm phục vụ cho việc chế tạo các linh kiện chuyển hóa năng lượng như pin mặt trời DSSCs (Dye Sensitized Solarc Celss ), QDSSCs (– Quatum Dot Sensitized Solar Cells), PSCs (Perovskite Solar Cells ), các linh kiện pin ion liti, natri, hay cho quang xúc tác và linh kiện quang điện hóa. Hình 1 là ảnh SEM của một số vật liệu màng mỏng cấu trúc nano đã được chế tạo.
 

Hình 1. Ảnh SEM một số vật liệu cấu trúc nano đã chế tạo: (a) Màng TiO2 nano xốp/FTO,
(b) Màng TiO2 dây nano/FTO, Màng thanh nano ZnO/FTO,(d; e; f) là hạt nano Au chế tạo bằng phương pháp bốc bay kết hợp ủ nhiệt trên các đế TiO2/thủy tinh; TiO2/FTO và TiO2 dây nano.
g) Vật liệu dây nano Na­4Mn9O18, (h) Vật liệu
LixM1-xMn2O4 và (f) Vật liệu ZnO hoa nano và Au/ZnO

2. Nghiên cứu chế tạo linh kiện chuyển hóa năng lượng

Trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo linh kiện chuyển hóa năng lượng, đã chế tạo thành công được pin mặt trời DSSCs trên cơ sở hệ màng TiO2 nano xốp với hiệu suất đạt trên 6% với kích thước linh kiện lớn 10x10 cm2. Các tấm pin đã được ghép dưới dạng moldul cho phép thắp được bóng đèn chiếu sáng LED, Hình 2. (Đề tài độc lập cấp nhà nước 2012-2016). Trên cơ sở phát triển cấu hình linh kiện pin mặt trời perovskite không dùng lớp vật liệu dẫn lỗ trống (HTM) đã chế tạo được linh kiện pin mặt trời perovskite với hiệu suất đạt 7, 69 % và độ bền được cải thiện một cách đáng kể (đề tài cấp VAST 2019-2020).
 
Hệ vật liệu có khả năng trao đổi tích trữ các ion Li+; Na+ của các hợp chất oxit kim loại chuyển tiếp cấu trúc lớp bao gồm LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2; và LiNi0.5Mn0.5O2 đã được nghiên cứu chế tạo và sử dụng để chế tạo các pin ion liti sạc lại được. Linh kiện thử nghiệm pin ion liti dạng đồng xu CR2032 trong đó   điện cực dương được làm từ các vật liệu (LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 và LiNi0.5Mn0.5O2), vật liệu âm cực là liti kim loại cũng đã được chế tạo thành công. Các kết quả cho thấy dung lượng đặc trưng đối với  vật liệu LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 đạt 125 mAh/g và  với vật liệu LiNi0.5Mn0.5O2  đạt 150 mAh/g ở tốc độ nạp xả 1/3 C . Linh kiện hoạt động ổn định, sau 50 vòng nạp xả dung lượng đạt trên 90 %, Hình 2.
 

   Hình 2. Linh kiện pin mặt trời DSSCs kích thước 10x10 cm2 đã được chế tạo, thử nghiệm lắp ghép panel thắp sáng đèn LED và linh kiện pin ion liti dạng cúc áo đã được chế tạo và thử nghiệm tinh ổn định của pin sau 50 chu lỳ xả nạp

Hiệu ứng cộng hưởng plasmonic của các cấu trúc nano Au cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng vào việc nâng cao hoạt tính quang xúc tác, quang điện hóa của các vật liệu nano composite và vật liệu màng tổ hợp dị thể/plasmonic. Các kết quả nghiên cứu cho thấy các tính chất quang điện, quang điện hóa và quang xúc tác của vật liệu nanocomposite được cải thiện đáng kể. Các kết quả này đang được tiếp tục nghiên cứu phát triển nhằm nâng cao hiệu suất của các linh kiện pin mặt trời, các linh kiện quang điện hóa và quang xúc tác tách hydro từ nước.
 
CÁC CÔNG BỐ TIÊU BIỂU

Công bố khoa học
  1. Chi H. Le, Oanh T. T. Nguyen, Hieu S. Nguyen, Long D. Pham and Chung V. Hoang, "Controllable synthesis and visible-active photocatalytic properties of Au nanoparticles decorated urchin-like ZnO nanostructures", Current Applied Physics, 17 1506-1512 (2017). doi: 10.1016/j.cap.2017.08.015
  2.  
  3. Pham Duy Long, Dang Tran Chien, Nguyen Thanh Trung, Nguyen Si Hieu, Le Ha Chi, Vu Van Cat, Vu Dinh Lam, Plasmonic effect enhanced photocurrent in nanostructured TiO2 decorated with gold nanoparticales, Journal of Electronic Materials, 46, (2017) 4448 
  4.  
  5. Nguyen Van Nghia, Pham Duy Long, Ta Anh Tan, Samuel Jafian, I Ming Hung; Electrochemical Performance of a V2O5 cathode  for sodium batteries, Journal of Electronic Materials, 46, (2017)3689
  6.  
  7. I Ming Hung. Smuel Jafian, Nguyen Van Nghia, Duy Long Pham; Effect of difference vanadium sources on the electrochemical performance of sodium vanadium phosphate cathode for sodium ion batteries; Ceramic International, 43, (2017) S655
  8.  
  9. Chung V. Hoang, Koki Hayashi, Yasuo Ito, Naoki Gorai, Giles Allison, Xu Shi, Quan Sun, Zhenzhou Cheng, Kosei Ueno, Keisuke Goda and Hiroaki Misawa, "Interplay of hot electrons from localized and propagating plasmons", Nature Communications 8 771 (2017) . doi: 10.1038/s41467-017-00815-x
  10.  
  11. Dat Q. Tran, Oanh T.T. Nguyen, Chi H. Le, Nghia V. Nguyen, Long D. Pham and Chung V. Hoang, Early stage nucleation of ZnO nanorods by galvanic-cell-based approach, Materials Letters 230 (2018) 77–79.
  12.  
  13. Anh Tan Ta, Van Nghia Nguyen, Thi Tu Oanh Nguyen, Ha Chi Le, Dinh Trong Le,Tran Chien Dang, Minh Tan Man, Si Hieu Nguyen, Duy Long Pham; Hydrothermal synthesis of Na4Mn9O18 nanowires for sodium ion batteries; Ceramics International 45 (2019) 17023–17028.
  14.  
  15. Tran Chien Dang, Ha Chi Le, Duy Long Pham, Si Hieu Nguyen,Thi Tu Oanh Nguyen, Tien Thanh Nguyen, Tien Dai Nguyen; Synthesis of perovskite Cs2SnI6 film via the solution processed approach: First study on the photoelectrochemical water splitting application, Journal of Alloys and Compounds 805 (2019) 847-851.
  16.  
  17. Thach Thi Dao Lien, Nguyen Tien Dai, Nguyen Tien Thanh, Pham Van Phuc, Nguyen Thi Tu Oanh, Pham Duy Long, Pham Van Hoi and Le Ha Chi; Tin fluoride assisted growth of air stable perovskite derivative Cs2SnI6 thin film as a hole transport layer, Materials Research Express 6 (2019) 116442.
  18.  
  19. Tan A Ta, Hieu S Nguyen, Oanh T T Nguyen, Chien T Dang, Le A Hoang and Long D Pham, Crystalline structure and electrical conductivity of nickel substituted spinel lithium manganese oxide, Materials Research Express 6 (2019) 065505.
  20.  
  21. Tien Thanh Nguyen, Khac An Dao, Thi Thuy Nguyen, Chung Dong Nguyen, Si Hieu Nguyen and Thi Mai Huong Nguyen; The influence of thermal annealing media on optical and electrical properties of FTO, ITO and TiO2 films; Journal of materials Transaction (Japan); Vol.61, No.11 issue, (2020). doi.MT-MN2019002
  22.  
  23. Tien-Thanh Nguyen , Khac An Dao , Thi Tu Oanh Nguyen, Thi Dieu Thuy Ung, Duy Thien Nguyen , Si Hieu Nguyen; Unexpected impact of oxygen vacancies on photoelectrochemical performance of Au@TiO2 photoanodes; Materials Science in Semiconductor Processing 127, (2021)105714,. 
TRANG THIẾT BỊ CHÍNH

1. Hệ bốc bay chùm tia điện tử
  • Chân không: 10-4÷10-5 torr
  • Năng lượng chùm tia EB: 7KeV
2. Hệ bốc bay nhiệt
  • Chân không: 10-5 torr
  • Sử lý đế - Glowdischarge
  • Nguồn dòng: 100 A
3. Hệ Autolab. PSG-30
       Thực hiện các phép đo điện hóa, phổ tổng  trở
  • Điện áp:  ± 10 V
  • Dòng: 10 nA ÷ 1A
  • f : 1mHz ÷ 1MHz
4. Thiết bị đo đặc trưng linh kiện pin mặt trời
  • Thiết bị mô phỏng năng lượng mặt trời (Solar Simunator)
  • Hệ đo đường đặc trưng I-V (Keithley 2400)

Viện khoa học vật liệu
  • 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
  • Điện thoại: 024 37564 129
  • Email: office@ims.vast.ac.vn
  • Giờ làm việc: 08h30 tới 17h00 từ thứ Hai đến thứ Sáu
© 2021 Bản quyền thuộc về VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU.