การปรับปรุงสมรรถนะของแบตเตอรี่สังกะสี-ไอออนแบบประจุกลับได้โดยเคลือบแคลเซียมคาร์บอเนตและอะเซทิลีนแบล็คบนขั้วสังกะสีแอโนด

Abstract

ปัจจุบันเกิดวิกฤตด้านพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ลดลงและปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้การแหล่งพลังงานที่สะอาดและมีประสิทธิภาพในการกักเก็บพลังงานพลังงานเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่าง โดยแบตเตอรี่สังกะสี-ไอออนแบบประจุกลับได้ (aqueous rechargeable zinc ion battery, ARZIB) เป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจ เนื่องจากมีต้นทุนต่ำ มีความปลอดภัยสูง เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีปริมาณสำรองจำนวนมากในประเทศไทย อย่างไรก็ตาม ขั้วแอโนดสังกะสีมีผลวัตระหว่างการประจุและคายประจุที่สูง ทำให้แบตเตอรี่ไม่เสถียรระหว่างการใช้งาน ซึ่งสาเหตุหลักน่าจะมาจากการเกิดการพอกพูนสังกะสีแบบแบบกิ่งก้าน (dendrite) หรือส่วนที่ยื่นออกมา (protrusion) บนขั้วสังกะสี ในงานวิจัยนี้มุ่งพัฒนาขั้วแอโนดโดยเคลือบอะเซทิลีนแบล็ค (AB) และแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) เพื่อลดการเกิดการพอกพูนของสังกะสีแบบกิ่งก้าน จากผลการวิจัยพบว่า การเคลือบสังกะสีด้วยสารผสม 70% AB และ 20% CaCO3 มีค่าความจุในการคายประจุสูง (380 mAh g-1) ) ประสิทธิภาพคูลอมบิกสูง (95.2% ที่ 0.1 A g-1) และมีอัตราการอัดประจุย้อนกลับ 85.6% เนื่องจาก AB สามารถสร้างโครงข่ายนำไฟฟ้าและมีพื้นที่ผิวนำไฟฟ้า จึงสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตแบบกิ่งก้านของสังกะสีได้ ส่วนหมู่คาร์บอเนตใน CaCO3 เกิดแรงไฟฟ้าสถิตกับไอออนสังกะสี (Zn2+) ส่งผลให้ชั้นเคลือบผสมบนขั้วสังกะสีสามารถช่วยให้เกิดการพอกพูนที่สม่ำเสมอบนขั้วสังกะสี และยังยั้งการเกิดการพอกพูนแบบกิ่งก้าน ลดการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่สามารถผันกลับได้ และลดการกัดกร่อนของขั้ว ส่งผลให้แบตเตอรี่มีประสิทธิภาพดีขึ้น