การยับยั้งการก่อตัวของเดนไดรต์ของขั้วสังกะสีแอโนดโดยการเติมกราฟีนออกไซด์ในอิเล็กโทรไลต์สำหรับแบตเตอร์รี่ที่ชาร์จไฟได้ชนิดซิงค์ไอออน

Abstract

แบตเตอรี่ซิงค์-ไอออนแบบชาร์จไฟได้ (ZIBs) กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากสังกะสีเป็นธาตุที่อุดมสมบูรณ์มาก ซึ่งกระจายไปทั่วโลกและมีราคาถูกกว่าธาตุอื่นๆ ที่ใช้เป็นอิเล็กโทรดในแบตเตอรี่ ทำให้ ZIB มีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ปัญหาประการหนึ่งคือการก่อตัวของเดนไดรต์สังกะสี (Zinc dendrites) บนแอโนดของสังกะสีในระหว่างกระบวนการประจุ/การคายประจุ (Charge/discharge process) ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จึงลดลง นำไปสู่ปัญหาด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรงเนื่องจากเกิดไฟฟ้าลัดวงจร วิทยานิพนธ์นี้อธิบายการเพิ่มอนุภาคกราฟีนออกไซด์ที่เป็นของแข็ง (GO) ลงในอิเล็กโทรไลต์ใน ZIB ทำหน้าที่เป็นสารเติมแต่งของแข็ง (Solid additive) เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานอันเป็นผลมาจากการยับยั้งการโตของเดนไดรต์สังกะสีบนพื้นผิวแอโนดสังกะสี เมื่อทดสอบโปรไฟล์แรงดันไฟฟ้า (Voltage profiles) พบว่าความต่างศักย์เกิน (Overpotential) ของแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO นั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ที่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO และแบตเตอรี่ที่มีสารเติมแต่งของแข็ง GO ให้อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นห้าเท่าภายใต้ความหนาแน่นกระแส 1 mA cm- 2 หลังจากการใช้งานสามารถพบเดนไดรต์สังกะสีในแบตเตอรี่ที่ไม่มีสารเติมแต่ง GO เนื่องจากสนามไฟฟ้าในพื้นที่บนผิวแอโนดสังกะสี GO สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่คูลอมบิก (99.16%) ได้อย่างน่าทึ่ง ผ่านการทำให้ลักษณะการชุบ/ปอกสังกะสีมีเสถียรภาพ (Zn plating/stripping process) และส่งเสริมในการเกิดนิวเคลียสของ Zn2+ ดังนั้น แบตเตอรี่ที่มี GO แสดงการเพิ่มประสิทธิภาพที่โดดเด่นในด้านอัตราและความสามารถในการใช้งานเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรไลต์ที่ปราศจากสารเติมแต่ง GO อิเล็กโทรไลต์ไฮบริดที่มีอนุภาคของแข็งจึงเป็นจุดเริ่มต้นของการออกแบบแบตเตอรี่ซิงค์ไอออนขั้นสูงต่อไปในอนาคต