Vật liệu Fe2O3 kích thước nanomet tổng hợp bằng phương pháp sol-gel và đặc trưng điện hóa của chúng

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 140 (2020) 040-044 
40 
Vật liệu Fe2O3 kích thước nanomet tổng hợp bằng phương pháp sol-gel và 
đặc trưng điện hóa của chúng 
Fe2O3 Nanomaterials Synthesized by Sol-gel Method and Their Electrochemical Properties 
Bùi Thị Hằng 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội – Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội 
Đến Tòa soạn: 24-5-2019; chấp nhận đăng: 20-01-2020 
Tóm tắt 
Trong nghiên cứu này bột nano-Fe2O3 đã được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel từ nguyên vật liệu ban 
đầu Fe(NO3)3.9H2O và axit oxalic C2H2O4.2H2O nhằm tìm ra vật liệu phù hợp có thể ứng dụng làm điện cực 
âm cho pin sạc Fe-khí. Cấu trúc tinh thể, kích thước, hình thái học của vật liệu Fe2O3 thu được được xác 
định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) và hiển vi điện tử quét (SEM). Tính chất điện hóa của vật liệu 
Fe2O3 đã được khảo sát thông qua phép đo quét thế vòng tuần hoàn. Ảnh hưởng của chất phụ gia các bon 
AB trong điện cực Fe2O3/AB cũng được khảo sát để đánh giá khả năng ứng dụng của nó trong pin sạc Fe-
khí. Kết quả cho thấy vật liệu Fe2O3 chế tạo được có các đỉnh oxy hóa – khử rõ ràng, đặc biệt điện cực 
Fe2O3/AB cho dòng oxy hóa khử lớn chứng tỏ khả năng chu trình hóa tốt hơn khi có mặt AB trong điện cực. 
Chất phụ gia AB đã làm tăng độ dẫn điện của điện cực sắt và cải thiện khả năng chu trình hóa của nó. 
Bên cạnh đó, chất phụ gia dung dịch điện ly K2S giúp làm tăng tốc độ phản ứng oxy hóa của sắt, giảm 
lượng khí hyđrô sinh ra dẫn đến tăng cường độ dòng oxi hóa – khử, do vậy cải thiện dung lượng, hiệu suất 
phóng nạp của điện cực Fe2O3/AB. 
Từ khóa: Vật liệu nano Fe2O3, điện cực Fe2O3/AB, phương pháp sol-gel, pin sạc sắt-khí. 
Abstract 
In this study, Fe2O3 nanopowder was synthesized by sol-gel method from the raw materials Fe(NO3)3.9H2O 
and oxalic acid C2H2O4.2H2O to find the suitable materials applying for rechargeable Fe-air battery anode. 
The structure, size and morphology of the obtained Fe2O3 materials were determined by X-ray diffraction 
(XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Electrochemical properties of Fe2O3 materials have been 
investigated via cyclic voltammetry measurement. The effect of carbon additive (AB) in Fe2O3/AB electrodes 
was also investigated to evaluate its applicability in the rechargeable Fe-air battery. The results showed that 
the fabricated Fe2O3 materials had clear redox peaks, especially Fe2O3/AB electrode provided high redox 
current suggesting that its cyclability was better when AB was added in the electrode. The additive AB 
increased the electrical conductivity of the electrode and improved the cyclability of the Fe2O3/AB electrode. 
Beside that, K2S additive in electrolyte facilitated the redox reaction rate of iron, reduced hydrogen evolution, 
leading to increased redox current, and thus improved the capacity and cycling efficiency of Fe2O3/AB 
electrode. 
Keywords: Fe2O3 nanomaterials, Fe2O3/AB electrode, sol-gel method, rechargeable Fe-air battery. 
1. Mở đầu* 
Trong những năm gần đây pin sạc điện cực sắt 
như pin Fe-khí, pin Fe-Ni thu hút đươc nhiều sự quan 
tâm nghiên cứu của các nhà khoa học vì sắt có nhiều 
trên trái đất, là nguyên liệu tương đối rẻ, thân thiện 
với môi trường và có mật độ năng lượng lý thuyết cao 
[1-5]. Mặc dù pin sạc điện cực sắt ít xuất hiện trong 
các ứng dụng thông thường nhưng do chúng có 
những đặc điểm độc đáo hơn các loại pin sạc khác 
khiến chúng hấp dẫn và phù hợp với các yêu cầu mới 
nổi của các hệ tích trữ năng lượng lơn [6-7]. Pin sạc 
Fe-khí là loại pin tiềm năng ứng dụng cho các 
*Địa chỉ liên hệ: Tel.: (+84) 2438680787 
Email: hang.buithi@hust.edu.vn/hang@itims.edu.vn 
phương tiện chạy điện như xe máy điện, ô tô điện 
thay thế cho pin sạc Li-ion rất đắt đỏ hiện nay vì 
chúng có mật độ năng lượng lý thuyết cao, thân thiện 
môi trường, giá thành rẻ. Đặc biệt chỉ có vật liệu điện 
cực âm là sắt được chứa trong pin nên dung lượng 
của pin Fe-khí được xác định bởi vật liệu điện cực 
sắt. Phản ứng điện hóa của điện cực sắt trong dung 
dịch kiềm bao gồm quá trình oxy hóa-khử của sắt 
theo phương trình sau: 
Fe(OH)2 + 2e−  Fe + 2OH
−
 E
0
 = −0.877 V[8] (1) 
Phản ứng theo chiều thuận xảy ra trong quá 
trình phóng trong khi chiều ngược lại là quá trình 
nạp. 
Tuy nhiên điện cực sắt vẫn có những hạn chế 
nhất định như hiệu suất nạp của nó thấp do khí hyđrô 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 140 (2020) 040-044 
41 
sinh ra cạnh tranh với quá trình nạp theo phương trình 
(2): 
2H2O + 2e−  H2 + 2OH
−
 E
0 
= −0.828V[8] (2) 
Phản ứng sinh khí hyđrô xuất hiện vì thế điện 
cực của phản ứng này dương hơn một chút so với 
phản ứng điện cực sắt theo phương trình (1). Do vậy 
pin điện cực sắt dễ xảy ra hiện tượng quá phóng và 
việc sinh khí hyđrô này gây mất nước của dung dịch 
điện ly cũng như làm giảm hiệu suất nạp của pin. Vì 
vậy việc khử khí hyđrô sinh ra trên điện cực sắt là rất 
cần thiết để tăng hiệu suất phóng - nạp, giảm chi phí 
cũng như tăng khả năng ứng dụng của pin điện cực 
sắt trong tích trữ năng lượng quy mô lớn. Một hạn 
chế khác của pin điện cực sắt là khả năng phóng của 
nó ở tốc độ cao rất kém do tính thụ động của lớp 
Fe(OH)2 không dẫn điện hình thành trong quá trình 
phóng (phương trình 1). Nhiều nghiên cứu được thực 
hiện để cải thiện những hạn chế nêu trên của điện cực 
sắt như thay đổi cấu trúc điện cực [8], sử dụng chất 
phụ gia cho điện cực [8-14], chất phụ gia cho dung 
dịch điện ly [15-18] hoặc cả hai loại phụ gia [19-20]. 
Mặc dù những nghiên cứu về pin điện cực sắt đã 
đạt được những thành công đáng kể, tuy nhiên do 
thách thức về mặt công nghệ nên điện cực sắt vẫn còn 
một số tồn tại cần khắc phục như khử khí hyđrô sinh 
ra và nâng cao tốc độ phóng. Các nhà nghiên cứu 
cũng chỉ ra rằng tối ưu hóa cấu trúc điện cực sắt về độ 
xốp, kích thước lỗ xốp và độ dày điện cực giúp cải 
thiện khả năng chu trình hóa, hiệu suất phóng – nạp 
của nó [8]. Ngoài ra sử dụng chất phụ gia các bon và 
S
2-
 cũng ngăn chặn sự sinh khí hyđrô giúp cải thiện 
hơn nữa hiệu suất nạp và tốc độ phóng của sắt. Các 
nghiên cứu trước của chúng tôi cũng chỉ ra kích thước 
hạt sắt, chất phụ gia điện cực và phụ gia dung dịch 
điện ly có ảnh hưởng mạnh đến đặc trưng điện hóa 
của điện cực sắt [17, 21, 22]. Vì vậy trong nghiên cứu 
này Fe2O3 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 
nhằm tạo ra vật liệu ô xít sắt có kích thước, hình dạng 
mong muốn dùng để tạo điện cực âm trong pin sạc 
Fe-khí. Ngoài ra ảnh hưởng của K2S đến đặc trưng 
điện hóa của điện cực Fe2O3 cũng được khảo sát 
nhằm tìm ra vật liệu điện cực tốt nhất cho pin Fe-khí. 
2. Thực nghiệm 
Bột -Fe2O3 được tổng hợp bằng phương 
pháp sol-gel như sau: Hòa tan Fe(NO3)3.9H2O 
(Aldrich, độ sạch trên 98%) và axit oxalic 
C2H2O4.2H2O (Aldrich, độ sạch trên 99%) trong 
dung môi ethanol, tiếp theo dung dịch axit được 
nhỏ từ từ vào dung dịch muối sắt. Hỗn hợp dung 
dịch sau đó được duy trì ở nhiệt độ 60oC cho đến 
khi gel được hình thành. Các gel này được lọc rửa 
sạch, sấy khô ở 60oC và ủ ở nhiệt độ 400oC trong 
2 giờ để thu được bột sắt ô xit. 
Cấu trúc tinh thể vật liệu α-Fe2O3 chế tạo 
được được xác định bằng phép đo nhiễu xạ tia X 
(XRD) và hình thái học của chúng được quan sát 
bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). 
Để xác định tính chất điện hoá của oxit sắt 
vừa tổng hợp được, lá điện cực đã được chế tạo 
bằng cách nghiền trộn 90% bột α-Fe2O3 và 10% 
chất kết dính polytetraflouroethylene (PTFE; 
Daikin Co.) sau đó cán mỏng ra với độ dày khoảng 
1mm. Điện cực AB cũng được tạo với tỷ lệ 
AB:PTFE = 90:10 % để kiểm tra khả năng tham 
gia phản ứng của nó trong dung dịch điện ly kiềm. 
Các điện cực Fe2O3, AB được cắt từ lá điện cực 
thành dạng đĩa tròn mỏng có đường kính 1cm. Đĩa 
điện cực sau đó được ép lên vật liệu dẫn dòng là 
lưới Titanium với lực ép khoảng 150 kg/cm2 để 
gắn chặt điện cực vào lưới Titanium. 
Để nghiên cứu ảnh hưởng của chất phụ gia 
cácbon Acetylene Black (AB) đến đặc trưng điện 
hóa của của điện cực Fe2O3, điện cực Fe2O3/AB 
được chế tạo bằng phương pháp tương tự với tỷ lệ 
% khối lượng như sau Fe2O3:AB:PTFE = 45:45:10 
%. Các điện cực Fe2O3/AB này cũng được cắt ra 
từ lá điện cực thành dạng đĩa tròn có đường kính 
1cm sau đó cũng được ép lên lưới Titanium với 
lực ép khoảng 150 kg. 
Các phép đo quét thế vòng tuần hoàn (CV) 
được thực hiện trên cell 3 điện cực với Fe2O3 
hoặc Fe2O3/AB là điện cực làm việc (WE), Pt là 
điện cực đối (CE) và Hg/HgO là điện cực so sánh 
(RE). Dung dịch điện li là KOH 8M. Các phép đo 
CV được thực hiện với tốc độ quét 5 mV/s và thế 
quét trong khoảng từ −1,3V đến −0.1 V. Ảnh 
hưởng của chất phụ gia K2S trong dung dịch điện ly 
đến đặc trưng điện hóa của điện cực composit 
Fe2O3/AB được nghiên cứu sử dụng dung dịch điện ly 
KOH 7.99M+ K2S 0.01M. 
3. Kết quả và thảo luận 
3.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái học vật liệu chế 
tạo 
Cấu trúc tinh thể của vật liệu oxit sắt tổng hợp 
được bằng phương pháp sol-gel được thực hiện thông 
qua phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) và kết quả được 
thể hiện trên hình 1. 
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X ta thấy các đỉnh nhiễu 
xạ xuất hiện ở các góc 2 = 24,13o, 33,11o, 35,61o, 
40,83
o
, 49,41
o
, 53,99
o
, 57,49
o
, 62,38
o
, 63,96
o
 và 71,8o 
75,41
o
 tương ứng với các mặt (012), (104), (110), 
(113), (024), (116), (018), (214), (300), (1010) và 
(220). So sánh với dữ liệu chuẩn, các đỉnh này đặc 
trưng cho cấu trúc tinh thể α-Fe2O3 theo ICSD – 
82136. Điều này chứng tỏ vật liệu α-Fe2O3 đã được 
chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel. Phổ 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 140 (2020) 040-044 
42 
nhiễu xạ tia X trên hình 1 không có bất kỳ đỉnh lạ nào 
ngoài các đỉnh đặc trưng cho cấu trúc tinh thể α-
Fe2O3 chứng tỏ bột α-Fe2O3 tổng hợp được có độ sạch 
tương đối cao. 
Hình 1. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu α -Fe2O3 tổng 
hợp được bằng phương pháp sol-gel 
Phép đo SEM thực hiện trên mẫu Fe2O3 tổng 
hợp được để quan sát hình dạng, kích thước của các 
hạt Fe2O3, kết quả được biểu diễn trên Hình 2. Ảnh 
SEM của mẫu Fe2O3 cho thấy các hạt Fe2O3 chế tạo 
được có kích thước dưới 100 nm, tương đối đồng đều. 
Kích thước hạt nhỏ của Fe2O3 được hy vọng sẽ giúp 
cải thiện những hạn chế của điện cực sắt. 
Hình 2. Ảnh SEM của mẫu α -Fe2O3 tổng hợp được 
bằng phương pháp sol-gel 
Đặc trưng điện hóa của mẫu Fe2O3 được khảo 
sát bằng phép đo quét thế vòng tuần hoàn (CV) trong 
dung dịch KOH 8M, kết quả được biểu diễn trên hình 
3. Khi quét thế theo chiều tăng từ −1,3 V đến −0,1 V 
có hai đỉnh oxy hóa nhỏ xuất hiện ở thế khoảng 
−0,9V (a1) và −0.6V (a2) và hai đỉnh khử tương ứng ở 
khoảng −1,0V (c2) và −1,2V (c1) theo chiều quét 
ngược lại. Đỉnh khử c1 bị che phủ một phần bởi đỉnh 
sinh khí hydro ở thế khoảng −1.2 V. Cặp đỉnh a1/c1 
tương ứng với cặp phản ứng oxy hóa - khử Fe/Fe(II) 
và cặp đỉnh a2/c2 tương ứng với cặp phản ứng oxy 
hóa - khử của Fe(II)/Fe(III). Đỉnh khử c1 bị bao phủ 
bởi đỉnh sinh hydro sẽ làm giảm hiệu suất nạp của 
điện cực sắt. Tuy nhiên các cặp đỉnh oxy hóa-khử này 
rất nhỏ chứng tỏ tốc độ phản ứng oxy hóa-khử thấp. 
Khi lặp lại số vòng quét từ chu kỳ 2 đến chu kỳ 5, 
cường độ dòng oxy - khử của các cặp đỉnh bị giảm 
dần chứng tỏ khả năng chu trình hóa của sắt bị giảm 
dần theo số vòng quét. Đó có thể do lớp Fe(OH)2 thụ 
động hình thành tại đỉnh a1 làm ngăn cản lớp sắt bên 
trong tiếp tục phản ứng. Mặt khác lớp Fe(OH)2 cách 
điện làm tăng điện trở điện cực dẫn đến giảm tốc độ 
phản ứng oxy hóa - khử của sắt. 
-1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0
-3
-2
-1
0
1
§ iÖn thÕ (V) so ví i Hg/HgO
C
-
ê
n
g
 ®
é
 d
ß
n
g
 ®
iÖ
n
 (
m
A
)
c
1
 1
 2
 3
 4
 5
a
1
a
2
c
2
H
2
Hình 3. Đặc trưng CV của điện cực Fe2O3 trong dung 
dịch KOH 
Để cải thiện điện trở của điện cực Fe2O3, chất phụ 
gia AB được đưa vào trong điện cực một mặt làm 
tăng độ dẫn điện của điện cực, mặt khác làm môi 
trường để phân tán hạt sắt hình thành tại đỉnh c1 
thông qua quá trình kết tủa-hòa tan giúp hạn chế sự 
kết đám lại của hạt sắt. Đặc trưng CV của điện cực 
AB trên hình 4 cho thấy AB không bị oxy hóa đến − 
0,4V. Chỉ có dòng ca tốt xuất hiện ở khoảng − 1,4V 
được gây ra bởi phản ứng sinh khí hyđrô trên bề mặt 
điện cực. Phản ứng sinh khí diễn ra ở mức thế khá 
thấp so với phản ứng oxy hóa khử của sắt (Fe(II)/Fe) 
(phương trình 1), do vậy AB có thể sử dụng làm chất 
phụ gia cho điện cực Fe2O3. 
Hình 4. Đặc trưng CV của điện cực AB trong dung 
dịch KOH 
Đặc trưng CV của điện cực Fe2O3/AB được thể 
hiện trên hình 5. Khi quét thế theo chiều thuận, có sự 
200 nm 
C
ư
ờ
n
g
 đ
ộ
 d
ò
n
g
 đ
iệ
n
 (
m
A
) 
Điện thế V so với Hg/HgO 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 140 (2020) 040-044 
43 
xuất hiện của đỉnh oxy hóa Fe/Fe(II) ở thế khoảng 
−0,9V(a1) và Fe(II)/Fe(III) ở thế khoảng −0,6V(a2) 
trong khi chỉ có một đỉnh khử Fe(III)/Fe(II) xuất hiện 
ở thế khoảng −1,1V (c2) cùng với đỉnh sinh khí hydro 
theo chiều quét ngược lại. Đỉnh oxy hóa a1 rất nhỏ so 
với đỉnh a2 chứng tỏ đỉnh a2 bao gồm cả hai cặp phản 
ứng oxy hóa của Fe/Fe(II) và Fe(II)/Fe(III). Đỉnh khử 
Fe(II)/Fe (c1) không quan sát được do bị che phủ bởi 
đỉnh sinh khí hyđrô. Khi có các bon AB trong điện 
cực (hình 5), đường CV của mẫu Fe2O3/AB có các 
đỉnh oxy hóa-khử cao hơn và cường độ dòng oxy 
hóa-khử lớn hơn nhiều đường CV của mẫu Fe2O3 
không có AB (hình 3). Kết quả này chứng tỏ AB 
đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng 
chu trình hóa của điện cực Fe2O3/AB. Nguyên nhân 
chính là do AB có độ dẫn điện cao, kích thước hạt 
nhỏ, diện tích bề mặt lớn, khi có mặt trong điện cực 
Fe2O3/AB, một mặt nó làm tăng độ dẫn điện của điện 
cực, mặt khác làm tăng diện tích bề mặt hoạt động 
điện hóa của điện cực dẫn đến tăng tốc độ phản ứng 
oxy hóa-khử và do vậy tăng dung lượng, hiệu suất 
phóng-nạp của Fe2O3/AB. Như vậy việc sử dụng AB 
làm chất phụ gia điện cực, khả năng chu trình hóa của 
Fe2O3 chế tạo bằng phương pháp sol-gel đã được cải 
thiện đáng kể. 
-1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0
-60
-40
-20
0
20
40
60
C
-
ê
n
g
 ®
é
 d
ß
n
g
 ®
iÖ
n
 (
m
A
)
§ iÖn thÕ (V) so ví i Hg/HgO
 1
 2
 3
 4
 5
a
1
a
2
c
2H
2
c
1
 Hình 5. Đặc trưng CV của điện cực Fe2O3/AB trong 
dung dịch KOH. 
Để cải thiện hơn nữa khả năng chu trình hóa, 
hiệu suất nạp và tốc độ phản ứng của vật liệu Fe2O3 
tổng hợp được, chất phụ gia điện cực AB và chất phụ 
gia K2S trong dung dịch điện ly cùng được sử dụng, 
kết quả được biểu diễn trên hình 6. Khi có K2S trong 
dung dịch điện ly, các đỉnh oxy hóa-khử a1, a2, c2 xuất 
hiện lớn hơn, rộng hơn so với mẫu Fe2O3/AB trong 
dung dịch KOH (hình 5). Điều đó chứng tỏ K2S đã 
làm tăng tốc độ phản ứng của sắt, giúp cải thiện khả 
năng chu trình hóa của điện cực Fe2O3/AB. Đặc biệt 
khi tăng số vòng quét, dòng oxy hóa - khử tăng lên 
chứng tỏ tốc độ phản ứng của các cặp phản ứng 
Fe/Fe(II) và Fe(II)/Fe(III) đã được cải thiện. Tuy 
nhiên các đỉnh oxy hóa bị dịch về phía dương hơn 
trong khi đỉnh khử bị dịch về phía âm hơn chứng tỏ 
quá thế của các cặp phản ứng Fe/Fe(II) và 
Fe(II)/De(III) tăng lên khi có mặt K2S trong dung 
dịch điện ly. Hiện tượng tăng quá thế không có lợi 
cho hiệu suất phóng-nạp của điện cực sắt. 
-1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0
-150
-100
-50
0
50
100
150
 1
 2
 3
 4
 5
a
2
a
1
c
2
c
1
H
2
§ iÖn thÕ (V) so ví i Hg/HgO
C
-
ê
n
g
 ®
é
 d
ß
n
g
 ®
iÖ
n 
(m
A
)
Hình 6. Đặc trưng CV của điện cực Fe2O3/AB trong 
dung dịch KOH + K2S 
Bên cạnh ảnh hưởng tích cực như tăng dòng oxy 
hóa - khử, cải thiện tốc độ phản ứng, giảm lượng 
hyđrô sinh ra, K2S vẫn có những ảnh hưởng không 
mong muốn đến đặc trưng điện hóa của Fe2O3/AB. 
Đó có thể do ion S2- kết hợp vào mạng oxit sắt và 
tương tác với Fe(II) hoặc Fe(III) trong lớp màng oxit 
để kích thích sự phân hủy của sắt [23,24] và làm tăng 
độ dẫn điện của điện cực [12,16,25] do đó cải thiện 
khả năng chu trình hóa của sắt. Khi K2S có mặt trong 
dung dịch điện ly, ban đầu tốc độ phản ứng của cặp 
Fe/Fe(II) và Fe(II)/Fe(III) được tăng lên, sau đó khi 
số vòng quét tăng lên, do lớp Fe(OH)2 dày lên nên sự 
thụ động lại xuất hiện gây nên sự tăng quá thế của các 
cặp phản ứng. 
Đây là những kết quả ban đầu chế tạo Fe2O3 
bằng phương pháp sol-gel. Với việc nghiên cứu chi 
tiết hơn để tối ưu hóa quy trình chế tạo và cải thiện 
hơn nữa khả năng chu trình hóa của Fe2O3, vật liệu 
Fe2O3 tổng hợp được bằng phương pháp sol-gel rất có 
tiềm năng ứng dụng làm điện cực âm trong pin sắt-
khí. 
4. Kết luận 
Vật liệu α-Fe2O3 kích thước nanomet đã được 
chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel. Kết 
quả đo đạc cho thấy vật liệu tổng hợp được có độ 
sạch cao, hạt tương đối đồng đều. Phép đo điện hóa 
chứng tỏ vật liệu Fe2O3 tổng hợp được có chu 
trình hóa tốt thể hiện ở các đỉnh oxy hóa khử xuất 
hiện rõ ràng. Ảnh hưởng của chất phụ gia các bon 
AB lên tính chất điện hóa của điện cực α-Fe2O3/AB 
đã được khảo sát. Sự có mặt của AB trong điện cực 
Fe2O3 một mặt làm tăng độ dẫn điện của điện cực, 
mặt khác cải thiện khả năng chu trình hóa và dung 
lượng của điện cực Fe2O3/AB. Vai trò của chất 
phụ gia K2S trong dung dịch điện ly cũng được 
nghiên cứu chi tiết. Các kết quả thu được chứng tỏ 
C
ư
ờ
n
g
 đ
ộ
 d
ò
n
g
 đ
iệ
n
 (
m
A
) 
Điện thế V so với Hg/HgO 
C
ư
ờ
n
g
 đ
ộ
 d
ò
n
g
 đ
iệ
n
 (
m
A
) 
Điện thế V so với Hg/HgO 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 140 (2020) 040-044 
44 
chất phụ gia K2S ảnh hưởng hưởng tích cực đến tốc 
độ phản ứng oxy hóa khử của các cặp Fe/Fe(II), 
Fe(II)/Fe(III) và làm giảm tính thụ động của điện cực 
Fe2O3 dẫn đến nâng cao dung lượng, hiệu suất 
phóng-nạp của Fe2O3/AB. Hiện tượng tăng quá 
thế của các cặp phản ứng oxy hóa-khử của sắt vẫn 
xuất hiện trong điện cực Fe2O3/AB khi sử dụng 
K2S. 
Lời cảm ơn 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại học 
Bách Khoa Hà Nội trong đề tài mã số T2018-PC-072. 
Tài liệu tham khảo 
[1] B. Cui, H. Xin, S. Liu, X. Liu, Y. Hao, Q. Guo, and S. 
Licht, Improved Cycle Iron Molten Air Battery 
Performance Using a Robust Fin Air Electrode, 
Journal of The Electrochemical Society, 164 (2017) 
A88-A92. 
[2] A. Paulraj, Y. Kiros, B. Skarman, and H. Vidarsson, 
Core/Shell Structure Nano-Iron/Iron Carbide 
Electrodes for Rechargeable Alkaline Iron Batteries, 
Journal of The Electrochemical Society 164 (2017) 
A1665-A1672. 
[3] A. K. Manohar, S. Malkhandi, B.Yang, C. Yang, 
G.K.S. Prakash, and S.R. Narayanan, A High 
Performance Rechargeable Iron Electrode for Large 
Scale Battery Based Energy Storage, Journal of The 
Electrochemical Society 159 (2012) A1209-A1214. 
[4] A. Inoishi, Y. W. Ju, S. Ida, T. Ishihara, Fe-air 
rechargeable battery using oxide ion conducting 
electrolyte of Y2O3 stabilized ZrO2, Journal of Power 
Sources 229 (2013) 12-15. 
[5] C. Kao, K. Chou, Iron/carbon-black composite 
nanoparticles as an iron electrode material in a paste 
type rechargeable alkaline battery, Journal of Power 
Sources 195 (2010) 2399–2404. 
[6] S. R. Narayanan, G. K. Surya Prakash, A. Manohar, 
B. Yang, S. Malkhandi, and A. Kindler, Materials 
challenges and technical approaches for realizing 
inexpensive and robust iron-air batteries for large 
scale energy storage, Solid State Ionics, 216 
(2011)105-109. 
[7] S. R. Narayanan, G. K. Surya Prakash, and A. 
Kindler, Iron-air rechargeable battery, US Patent 
2010-366696P, WO2012012731. 
[8] A. K. Manohar, S. Malkhandi, B. Yang, C. Yang, G. 
K. S. Prakash, and S. R. Narayanan, A High-
Performance Rechargeable Iron Electrode for Large-
Scale Battery-Based Energy Storage, Journal of The 
Electrochemical Society, 159 (8) (2012) A1209-
A1214. 
[9] T.S. Balasubramanian, A.K. Shukla, Effect of metal-
sulfide additives on charge/discharge reactions of the 
alkaline iron electrode, J. Power Sources 41 (1993) 
99-105. 
[10] J. Cerny, J. Jindra, K. Micka, Comparative study of 
porous iron electrodes, J. Power Sources 45 (1993) 
267-279. 
[11] P. Periasamy, B.R. Babu, S.V. Iyer, Performance 
Characterization of Sintered Iron Electrodes in 
Nickel/Iron Alkaline Batteries, J. Power Sources 62 
(1996) 9-14. 
[12] C.A. Caldas, M.C. Lopes, I.A. Carlos, The role of 
FeS and (NH4)2CO3 additives on the pressed type Fe 
electrode, J. Power Sources 74 (1998) 108-112. 
[13] C.A.C. Souza, I.A. Carlos, M.C. Lopes, G.A. Finazzi, 
M.R.H. de Almeida, Short communication Self-
discharge of Fe–Ni alkaline batteries, J. Power 
Sources 132 (2004) 288-290. 
[14] A. Manohar, C.Yang, S. Malkhandi, G.K.S. Prakash, 
and S.R.Narayanan, Enhancing the Performance of 
the Rechargeable Iron Electrode in Alkaline Batteries 
with Bismuth Oxide and Iron Sulfide Additives, 
Journal of The Electrochemical Society, 160 (2013) 
A2078-A2084. 
[15] J. Cerny, K. Micka, Voltammetric study of an iron 
electrode in alkaline electrolytes, J. Power Sources 25 
(1989) 111-122. 
[16] P. Periasamy, B.R. Babu, S.V. Iyer, Electrochemical 
behaviour of Teflon-bonded iron oxide electrodes in 
alkaline solutions, J. Power Sources 63 (1996) 79-85. 
[17] B. T. Hang, T. Watanabe, M. Egashira, I. Watanabe, 
S. Okada, J. Yamaki, The effect of additives on the 
electrochemical properties of Fe/C composite for 
Fe/air battery anode, J. Power Sources 155 (2006) 
461-469. 
[18] A. K. Manohar, C. Yang, and S.R. Narayanan, The 
Role of Sulfide Additives in Achieving Long Cycle 
Life Rechargeable Iron Electrodes in Alkaline 
Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 
162 (2015) A1864-A1872. 
[19] K. Micka, Z. Zabransky, Study of iron oxide 
electrodes in an alkaline electrolyte, J. Power Sources 
19 (1987) 315-323. 
[20] M. Jayalakshmi, B.N. Begumi, V.R. Chidambaram, 
R. Sabapathi, V.S. Muralidharan, Role of activation 
on the performance of the iron negative electrode in 
nickel/iron cells, J. Power Sources 39 (1992) 113-
119. 
[21] Bui Thi Hang, Electrochemical characteristics of 
Fe2O3 electrode in alkaline solution, Journal of 
Science and Technology (Technical Universities), 
133 (2019) 68-72. 
[22] Trinh Tuan Anh, Doan Ha Thang, Bui Thi Hang, The 
influence of carbon additive on the electrochemical 
behaviors of Fe2O3/C electrodes in alkaline solution, 
Vietnam Journal of Science and Technology, Vol. 56 
(2018) pp. 24-30. 
[23] G. P. Kalaignan, V. S. Muralidharan and K. I. Vasu, 
Triangular potential sweep voltammetric study of 
porous iron electrodes in alkali solutions, J. Appl. 
Electrochem. 17 (1987) 1083-1092. 
[24] D. W. Shoesmith, P. Taylor, M. G. Bailey and B. 
Ikeda, Electrochemical behaviour of iron in alkaline 
sulphide solutions, Electrochim. Acta, 23 (1978) 903-
916. 
[25] K. Vijayamohanan, A. K. Shukla and S. 
Sathyanarayana, Role of Sulfide Additives on the 
Performance of Alkaline Iron Electrodes, J. 
Electroanal. Chem. 289 (1990) 55-68.