ผลของพอลิแอสพาร์เทตในเจลอิเล็กโทรไลต์ต่อสมรรถนะของแบตเตอรี่ชนิดตะกั่ว-กรดแบบวาล์วควบคุม

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาผลของสารเติมแต่งพอลิแอสพาร์เทตในเจลอิเล็กโทรไลต์ต่อสมรรถนะของแบตเตอรี่ชนิดตะกั่ว-กรดแบบวาล์วควบคุม โดยศึกษาหาภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมเจล คือ ปริมาณฟูมซิลิกา อัตราเร็วในการกวน และปริมาณพอลิแอสพาร์เทต จากนั้นทดสอบสมรรถนะของแบตเตอรี่โดยใช้เจลอิเล็กโทรไลต์ที่เตรียมได้ในภาวะการใช้งานที่แตกต่างกัน ผลการทดสอบเจลอิเล็กโทรไลต์ พบว่าการเพิ่มปริมาณฟูมซิลิกาหรืออัตราเร็วในการกวน ส่งผลให้ระยะเวลาในการเกิดเจลสั้นลงและความแข็งของเจลมากขึ้น ในขณะที่การเติมพอลิแอสพาร์เทตในเจลอิเล็กโทรไลต์ ส่งผลให้ระยะเวลาการเกิดเจลนานขึ้นและความแข็งของเจลน้อยลง ผลการวิเคราะห์เทคนิคไซคลิกโวลแทมเมทรี พบว่าการเติมฟูมซิลิกาลงในอิเล็กโทรไลต์และการเพิ่มอัตราเร็วในการกวน ไม่ส่งผลต่อปฏิกิริยาหลักภายในของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด แต่ช่วยลดอัตราการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรเจนและออกซิเจน และการเติมพอลิแอสพาร์เทตจะสามารถช่วยลดอัตราการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรเจนและออกซิเจนได้มากขึ้น ผลการทดสอบสมรรถนะของแบตเตอรี่ภายใต้ภาวะการคายประจุหมด (100% Depth of Discharge, DoD) พบว่าเจลแบตเตอรี่มีค่าความจุในการคายประจุสูงกว่าแบตเตอรี่ที่มีอิเล็กโทรไลต์ในภาวะของเหลว โดยเจลแบตเตอรี่ที่เตรียมจากฟูมซิลิกา 4% w/v อัตราเร็วในการกวน 2,000 รอบต่อนาที และพอลิแอสพาร์เทต 0.005% w/v ให้ค่าความจุในการคายประจุสูงที่สุด ซึ่งเป็นภาวะที่เหมาะสมที่สุดในงานวิจัยนี้ ดังนั้นการทดสอบสมรรถนะของแบตเตอรี่ที่ภาวะการใช้งานที่แตกต่างกัน จึงเปรียบเทียบระหว่างแบตเตอรี่ที่มีอิเล็กโทรไลต์ในภาวะของเหลว เจลแบตเตอรี่ที่ไม่เติมพอลิแอสพาร์เทต และเจลแบตเตอรี่ที่เติมพอลิแอสพาร์เทต ผลการทดสอบพบว่าเจลแบตเตอรี่ที่เติมพอลิแอสพาร์เทตมีสมรรถนะการใช้งานที่ดีที่สุดในทุกๆ ภาวะการใช้งานที่ศึกษา โดยมีอัตราการคายประจุด้วยตัวเองน้อยกว่า มีอายุการใช้งานนานกว่า มีสมรรถนะในการคายประจุภายใต้ภาวะการอัดประจุไม่เต็มที่อัตราเร็วปกติและอัตราเร็วสูงดีกว่า และมีสมรรถนะในการคายประจุที่อุณหภูมิการใช้งานต่างๆ สูงกว่า โดยผลการทดสอบสมบัติของแผ่นขั้วลบด้วยเทคนิค XRD และ SEM พบว่าการเติมพอลิแอสพาร์เทต ลงไปในแบตเตอรี่ ไม่ส่งผลให้เกิดสารประกอบอื่นที่แผ่นขั้ว แต่ส่งผลให้ผลึกของตะกั่วซัลเฟตมีขนาดเล็ก ซึ่งจะไม่บดบังพื้นที่การเกิดปฏิกิริยาของแผ่นขั้ว และส่งผลให้แบตเตอรี่มีสมรรถนะในการคายประจุที่ดีขึ้น