Please use this identifier to cite or link to this item:
https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/78786
| Title: | โครงสร้างและสมบัติการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่สังกะสีไอออนฐานน้ำ |
| Other Titles: | Structure and Transport Properties of Electrolytes in Aqueous Zinc-Ion Batteries |
| Authors: | ณัฐวรรณ แสงนวกิจ ศิริพร ตีระบูรณะพงษ์ |
| Advisors: | มนัสวี สุทธิพงษ์ |
| Other author: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์ |
| Subjects: | อิเล็กทรอไลต์ สังกะสี ไอออน Electrolytes Zinc Ions |
| Issue Date: | 2563 |
| Publisher: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |
| Abstract: | แบตเตอรี่สังกะสีไอออน (zinc-ion batteries, ZIBs) ประกอบด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolytes) ซึ่งนำพาไอออนระหว่างแคโทดกับแอโนด ความเข้าใจพื้นฐานและข้อมูลเชิงลึกในระดับโมเลกุลเกี่ยวกับพฤติกรรมและกลไกการเคลื่อนที่ของไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์มีความสำคัญต่อการเลือกและออกแบบองค์ประกอบของสารละลายอิเล็กโทรไลต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่สังกะสีไอออน โครงการวิจัยนี้ใช้การจำลองพลวัตเชิงโมเลกุล (molecular dynamics simulations, MD) ศึกษาสมบัติการเคลื่อนที่และโครงสร้างการละลายของไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ฐานน้ำ เกลือของสังกะสีที่ศึกษา ได้แก่ ซิงค์ไตรฟลิไมด์ (zinc triflimide หรือ zinc di[bis(trifluoromethylsulfonyl)imide], Zn(TFSI)₂) และซิงค์ไตรเฟลต (zinc triflate หรือ zinc trifuoromethanesulfonate, Zn(OTf)₂) การจำลองอยู่ภายใต้อุณหภูมิห้อง ผลการจำลองพบว่าสมบัติการเคลื่อนที่และโครงสร้างการละลายของไอออนสังกะสี Zn²⁺ ขึ้นกับความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์และชนิดไอออนลบ การนำไฟฟ้าของไอออน (ionic conductivity) ในระบบ Zn(TFSI)₂ มีค่าสูงสุดที่ความเข้มข้น 1 M เมื่อความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น สัมประสิทธิ์การแพร่ (diffusivity) ของไอออนสังกะสี Zn²⁺ และไอออนลบ TFSI ลดลง ส่งผลให้การนำไฟฟ้าของไอออนลดลง โครงสร้างการละลายของไอออนสังกะสี Zn²⁺ ที่ความเข้มข้น 2 M ต่างจากระบบที่ความเข้มข้นต่ำกว่า โดยไอออนสังกะสี Zn²⁺ ถูกล้อมรอบด้วยน้ำ 5 โมเลกุล และเกิดอันตรกิริยากับไอออนลบ TFSI ส่งผลให้เกิดโครงสร้างแบบคู่ไอออนที่ติดกัน การนำไฟฟ้าของไอออนในระบบ Zn(OTf)₂ ที่ความเข้มข้น 1M มีค่ามากกว่าระบบ Zn(OTf)₂ ที่ความเข้มข้นเดียวกัน โมเลกุลของไอออนลบ TFSI ที่มีขนาดใหญ่และเกะกะทำให้ไอออนสังกะสี Zn²⁺ เข้าใกล้ไอออนลบ TFSI ได้ยาก ส่งผลให้อันตรกิริยาระหว่างไอออน Zn²⁺-TFSI มีความแรงน้อยกว่า Zn²⁺-OTf |
| Other Abstract: | Recently, zinc-ion batteries (ZIBs) have emerged as a promising candidate to lithium-ion batteries (LIBs), especially for grid-scale applications, owing to high compatibility with aqueous electrolytes, further providing the system with low cost, high safety, and environmental friendliness. The system performance of aqueous ZIBs depends on the electrolytes. Efficient and accurate molecular simulations are significant importance not only to elucidate electrolyte behavior and transport mechanism, but also for fundamental molecular insights and rational guidance of experimental developments. In this work, a molecular dynamics (MD) was employed to investigate structural features and transport properties of ions in aqueous electrolytes: zinc (II) triflimide (Zn(TFSI)₂ and zinc (II) triflate (Zn(OTf)₂). All simulations were carried out at ambient conditions. When the concentration of Zn(TFSI)₂ electrolyte increases, the Zn²⁺diffusivity decreases, leading to lower the ionic conductivity. At concentration of 1 M, the ionic conductivity is maximum. At 2 M Zn(TFSI)₂ concentration, the Zn²⁺ ions are surrounded by ~5 water molecules and the salt-water complexes like contact ion pairs are dominant. Furthermore, for 1 M concentration, the Zn(OTf)₂ ionic conductivity is higher than that obtained from Zn(TFSI)₂ system. The results suggest that the Zn²⁺ ions have stronger interaction with OTf– than TFSI– because of the bulky TFSI– anions. |
| Description: | โครงงานเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต ภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา 2563 |
| URI: | http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/78786 |
| Type: | Senior Project |
| Appears in Collections: | Sci - Senior Projects |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| 63-SP-CHEMENG-025 - Nutthawan Sangnawakit.pdf | 38.91 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.