การเตรียมขั้วไฟฟ้าวัสดุเชิงประกอบกราฟีนเจือไนโตรเจนและซัลเฟอร์/พอลิอะนิลีน เพื่อประยุกต์ใช้เป็นตัวเก็บประจุยิ่งยวดด้วยวิธีการขึ้นรูปแบบซิลค์สกรีน

Abstract

งานวิจัยนี้สนใจศึกษาและเปรียบเทียบความสามารถในกักเก็บประจุไฟฟ้า และประสิทธิภาพในการกักเก็บพลังงานของตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมียิ่งยวด โดยนำวัสดุกราฟีน (graphene) ที่มีความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าและพอลิเมอร์นำไฟฟ้า เช่น พอลิอะนิลีน (polyaniline) มาเสริมประสิทธิภาพในการกักเก็บพลังงาน และนำมา พัฒนาเป็นตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมียิ่งยวด โดยวัสดุเชิงประกอบกราฟีนเจือไนโตรเจนและซัลเฟอร์/พอลิอะนิลีนถูกสังเคราะห์โดยวิธีอินซิทูพอลิเมอไรเซชัน โดยองค์ประกอบในการศึกษามุ่งเน้นศึกษาภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะห์วัสดุเชิงประกอบกราฟีนเจือไนโตรเจนและซัลเฟอร์/พอลิอะนิลีน โดยใช้อัตราส่วนโดยน้ำหนักของกราฟีน เจือไนโตรเจน/ซัลเฟอร์และอะนีลีนมอนอเมอร์ที่แตกต่างกัน ได้แก่ 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 50:50, 30:70 และ 0:100 ตามลำดับ โดยลักษณะสัณฐานวิทยาของวัสดุเชิงประกอบกราฟีนเจือไนโตรเจนและซัลเฟอร์/พอลิอะนิลีนที่สังเคราะห์ได้ถูกวิเคราะห์ด้วยเทคนิคกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราด พบว่าพอลิอะนิลีนมีลักษณะเป็นแผ่นและเส้นใยเล็ก ๆ กระจายตัวอยู่บนพื้นผิวของกราฟีน และโครงสร้างทางเคมีหมู่ฟังก์ชันทางเคมีของกราฟีน พอลิอะนิลีน และกราฟีนเจือไนโตรเจนและซัลเฟอร์/พอลิอะนิลีนที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นนั้นถูกยืนยันด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์ม อินฟราเรดสเปกโทรสโคปี หลังจากนั้นวัสดุเชิงประกอบกราฟีนเจือไนโตรเจนและซัลเฟอร์/พอลิอะนิลีนนั้นถูกนำไปขึ้นรูปขั้วไฟฟ้าด้วยเทคนิคซิลค์สกรีนเพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพในการกักเก็บประจุไฟฟ้า โดยจากการวิเคราะห์ สมบัติทางไฟฟ้าเคมีด้วยเทคนิคไซคลิกโวลแทมเมตทรี และเทคนิคกัลวานิคสแตติกชาร์จดิสชาร์จ พบว่าวัสดุเชิงประกอบกราฟีนเจือไนโตรเจนและซัลเฟอร์/พอลิอะนิลีนที่อัตราส่วนกราฟีนเจือไนโตรเจน/ซัลเฟอร์และพอลิอะนิลีนที่ 80:20 ให้ค่าในการกักเก็บประจุไฟฟ้าสูงที่สุด คือ 276 ฟารัดต่อกรัม และให้ค่าความหนาแน่นพลังงานเท่ากับ 138 วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม และค่าความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าเท่ากับ 1931 วัตต์ต่อกิโลกรัม แสดงให้เห็นว่ามี ความสามารถในการกักเก็บประจุไฟฟ้าได้ดียิ่งขึ้น เนื่องจากการทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างกราฟีนเจือไนโตรเจน/ซัลเฟอร์และพอลิอะนิลีนที่อัตราส่วนที่เหมาะสม