อิเล็กโทรดสังกะสีโครงสร้างสามมิติสำหรับแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศทุติยภูมิ

Abstract

ปัจจุบันแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศได้รับความสนใจจากงานวิจัยเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศมีความหนาแน่นของพลังงานสูง มีความปลอดภัย และราคาถูก อย่างไรก็ตามปัญหาหลักที่เกิดขึ้นของแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศซึ่งพบในแบตเตอรี่ทุติยภูมิ พบว่าโครงสร้างและรูปร่างของขั้วไฟฟ้าสังกะสีมีการเปลี่ยนแปลงในระหว่างการอัดประจุและคายประจุ ในระหว่างการอัดประจุไฟฟ้าพบว่าอนุภาคของสังกะสีก่อตัวเป็นรูปร่างแบบกิ่งก้าน ซึ่งส่งผลทำให้เกิดการลัดวงจรของแบตเตอรี่ ในงานวิจัยนี้มุ้งเน้นที่จะใช้คาร์บอนสักหลาดเป็นตัวรองรับกระแส เพื่อสังเคราะห์ขั้วไฟฟ้าสังกะสีที่มีโครงสร้างสามมิติสำหรับแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศแบบทุติยภูมิ ขั้วไฟฟ้าสังกะสีถูกเตรียมโดยการติดคาร์บอนสักหลาดลงบนแผ่นทองแดงด้วยสารยึกเกาะ โดยมีส่วนผสมคือ กราไฟต์ พอลิไวนิลลิดีนฟลูออไรด์ และผงคาร์บอน ในอัตราส่วน 87 : 10 : 3 โดยน้ำหนัก สมบัติทางไฟฟ้าเคมีของขั้วไฟฟ้าสังกะสีถูกศึกษาด้วยเทคนิคไซคลิกโวลแทมเมตทรี เทคนิคทาเฟลพาไรเซชัน และเทคนิคโครโนแอมเพอร์โรเมตทรี จากผลการทดสอบพบว่าการละลายและการชุบสังกะสีบนคาร์บอนสังหลาดถูกควบคุมด้วยการแพร่ สัญฐานวิทยาของสังกะสีบนคาร์บอนสักหลาดจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์ซิงค์เคทพบว่ามีลักษณะคล้ายฟองน้ำเชื่อมต่อกันเป็นโครงข่ายทำให้มีพื้นที่ผิวของสังกะสีสูง และไม่ปรากฎสัญฐานวิทยาแบบกิ่งก้าน จากการศึกษาในระบบแบตเตอรี่สังกะสีอากาศพบว่าขั้วไฟฟ้าสังกะสีที่ใช้คาร์บอนสักหลาดหนา 3 มิลลิเมตร และคาร์บอนสักหลาดหนา 1 มิลลิเมตร เป็นตัวรองรับกระแส จะให้ค่าประสิทธิภาพการอัด-คายประจุร้อยละ 85 และ 83 ตามลำดับ มีค่าประสิทธิภาพการกักเก็บพลังงานต่อรอบการชารจ์ร้อยละ 37 และ 32 ตามลำดับ และมีค่าความจุกระแสไฟฟ้า 2.23 มิลลิแอมป์ชั่วโมง และ 2.22 มิลลิแอมป์ชั่วโมง ตามลำดับ ที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า 10 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร โดยรวมแล้วพบว่าคาร์บอนสักหลาดหนา 3 มิลลิเมตร จะให้ประสิทธิภาพการใช้งานที่ดีกว่าคาร์บอนสักหลาดหนา 1 มิลลิเมตรเนื่องจากมีพื้นที่ผิวสัมผัสในการใช้งานที่มากกว่า และคาร์บอนสักหลาดเป็นวัสดุที่ให้ผลดีในการใช้งานสำหรับเป็นตัวรองรับกระแสสำหรับแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศ