คาร์บอนรูพรุนจากเปลือกข้าวโพดเป็นวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่ไอออนอะลูมิเนียมประจุไฟซ้ำได้

Abstract

ในปัจจุบันแบตเตอรี่ไอออนอะลูมิเนียมซึ่งอัดประจุซ้ำได้ ได้รับความสนใจมากขึ้นเนื่องจากแบตเตอรี่ชนิดนี้มีต้นทุนต่ำ อัตราการคาย/อัดประจุสูง และปลอดภัย แบตเตอรี่ประเภทนี้ใช้ขั้วแอโนดอะลูมิเนียมซึ่งต้นทุนต่ำและใช้วัสดุคาร์บอนในกลุ่มกราไฟต์เป็นขั้วแคโทดแบบแทรกตัว โดยกราไฟต์ธรรมชาติเป็นขั้วแคโทดซึ่งให้สมรรถนะสูง แม้ว่ากราไฟต์ธรรมชาติจะราคาต่ำแต่กราไฟต์ธรรมชาติเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถทดแทนได้ การสังเคราะห์วัสดุคาร์บอนกราไฟต์ซึ่งมีรูพรุนจากการคาร์บอไนซ์ชีวมวลจึงมีศักยภาพสูงในการนำมาใช้เป็นวัสดุแคโทดทางเลือก ในงานวิจัยนี้เปลือกข้าวโพดถูกใช้เพื่อเตรียมวัสดุคาร์บอนรูพรุนโดยกระบวนการคาร์บอไนซ์ในบรรยากาศไนโตรเจนที่อุณหภูมิ 550-850 องศาเซลเซียส ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเฟอร์ริกไนเตรต ในที่นี้การจำแนกสมบัติของคาร์บอนรูพรุนที่ได้แสดงให้เห็นกราไฟต์ที่มีรูพรุนในช่วงมีโซพอร์และไมโครพอร์ ซึ่งวัสดุดังกล่าวสามารถใช้เป็นวัสดุเจ้าภาพสำหรับแบตเตอรี่ไอออนอะลูมิเนียมได้ นอกจากนั้นผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าวัสดุคาร์บอนที่มีโครงสร้างที่มีความพรุนขนาดเล็กและขนาดกลางนั้นส่งผลกระทบต่อการถ่ายโอนไอออน วัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนถูกใช้เป็นวัสดุแคโทดและประยุกต์ใช้ในเซลล์แบตเตอรี่ CR2032 แบตเตอรี่ซึ่งใช้วัสดุคาร์บอนซึ่งเตรียมจากเปลือกข้าวโพดแสดงความจุไฟฟ้าจำเพาะสูงสุด 52 มิลลิแอมป์ชั่วโมงต่อกรัมกราไฟต์ที่ความหนาแน่นกระแส 50 มิลลิแอมป์ต่อกรัมกราไฟต์ ในขณะที่แบตเตอรี่ซึ่งใช้กราไฟต์เชิงการค้าแสดงความจุไฟฟ้าจำเพาะสูงสุด 65 มิลลิแอมป์ชั่วโมงต่อกรัม กราไฟต์ที่ความหนาแน่นกระแสเดียวกันและที่อุณหภูมิ 25-30 องศาเซลเซียส