ผลของสารเติมแต่งขั้วสังกะสีต่อสมรรถนะของแบตเตอรี่สังกะสี-ไอออนแบบประจุกลับได้

Abstract

แบตเตอรี่สังกะสี-ไอออนแบบกลับประจุได้ถือเป็นแบตเตอรี่ทางเลือกชนิดหนึ่งที่ค่อนข้างได้รับความสนใจในปัจจุบันเนื่องจากขั้วแอโนดของแบตเตอรี่ทำมาจากสังกะสีซึ่งเป็น ธาตุที่สามารถหาได้ง่าย มีราคาถูก และมีความปลอดภัยในการใช้งานที่สูง แต่แบตเตอรี่สังกะสี-ไอออนยังคงมีข้อจำกัดในเรื่องของค่าความจุของแบตเตอรี่และจำนวนรอบการใช้งานต่ำ เกินกว่าจะพัฒนาเป็นแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ ซึ่งข้อจำกัดดังกล่าวมีสาเหตุจากขั้วสังกะสีที่เป็นแผ่นสังกะสีส่งผลให้มีพื้นที่ในการเกิดปฎิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่จำกัด นอกเหนือจากนั้นยังมีปัญหาเรื่องของการเกิดสังกะสีรูปแบบกิ่งก้านซึ่งเมื่อใช้งานแบตเตอรี่หลายครั้งจะมีโอกาสทำให้แบตเตอรี่เกิดการลัดวงจรและส่งผลให้แบตเตอรี่เสียหาย ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงพัฒนาขั้วผงสังกะสีเป็นขั้วแอโนดเพื่อแทนที่ขั้วแผ่นสังกะสี นอกจากนี้ยังทำการศึกษาผลของสารเติมแต่ง ได้แก่ คาร์บอนแบล็คและบิสมัทออกไซด์ที่เติมลงไปในขั้วพร้อมกับผงสังกะสีซึ่ง พบว่า ขั้วคาร์บอนแบล็คและบิสมัทออกไซด์จะแสดงความสามารถในการละลาย/พอกพูนของสังกะสีที่สูงขึ้นซึ่งจะแสดงค่า ∆V ประมาณ 0.03 V นอกจากนี้ยังแสดงค่าความจุของแบตเตอรี่ที่ค่อยๆเพิ่มสูงขึ้นจนมากกว่าขั้วแผ่นสังกะสีซึ่งจะมีค่าสูงสุดที่ 400 mAh g-1 ที่ความหนาแน่นไฟฟ้า 0.1 A g-1 และ 140 mAh g-1 ที่ความหนาแน่นไฟฟ้า 1 A g-1 และแสดงจำนวนรอบการใช้งานที่สูงมากขึ้นเมื่อใช้กับความหนาแน่นไฟฟ้า 1 A g-1 นอกจากนี้ขั้วยังมีคุณสมบัติในการยับยั้งการเกิดสังกะสีรูปแบบกิ่งก้านและมีค่าความต้านทานการเคลื่อนที่ของไอออนที่ต่ำลงซึ่งส่งผลให้แบตเตอรี่มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น