Please use this identifier to cite or link to this item:
https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/78331
| Title: | ผลกระทบของอิเลกโตรไลต์ต่างชนิดในแบตเตอรี่สังกะสีไอออน |
| Other Titles: | Effects of liquid electrolytes in Zn-ion batteries |
| Authors: | ชยุต ทัศนโพธิ์ ธนิก เลิศนพสกุล |
| Advisors: | มนัสวี สุทธิพงษ์ จิตติ เกษมชัยนันท์ |
| Other author: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์ |
| Subjects: | อิเล็กทรอไลต์ แบตเตอรี่ สังกะสี Electric batteries Electrolytes Zinc |
| Issue Date: | 2562 |
| Publisher: | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย |
| Abstract: | แนวโน้มของการพัฒนาแบตเตอรี่สังกะสีไอออน (Zn-ion batteries) แทนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion batteries) เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากแบตเตอรี่สังกะสีไอออนมีต้นทุนการผลิตต่ำกว่าและมีความปลอดภัยสูงกว่า งานวิจัยจำนวนมากได้ศึกษาและพัฒนาแบตเตอรี่สังกะสีไอออนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน อย่างไรก็ตามความเข้าใจพื้นฐานการเคลื่อนที่ของสังกะสีไอออน (Zn²⁺) ในสารละลายอิเล็กโตรไลต์ (electrolytes) มีอยู่อย่างจำกัด การเคลื่อนที่ของ Zn²⁺ ส่งผลต่อค่าการนำไฟฟ้า (conductivity) ของสารละลายอิเล็กโตรไลต์และส่งผลต่อเนื่องไปที่สมรรถนะของแบตเตอรี่ งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการจัดเรียงตัวและการเคลื่อนที่ของ Zn²⁺ ในสารละลายอิเล็กโตรไลต์ต่าง ๆ ด้วยการจำลองพลวัตเชิงโมเลกุล (molecular dynamics simulations) ตัวแปรที่ศึกษา ได้แก่ ความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโตรไลต์ [ซิงค์ซัลเฟต (zinc sulfate : ZnSO₄) ที่ความเข้มข้น 0.1, 0.5, 1, 2 และ 3 M] และชนิดของสารละลายอิเล็กโตรไลต์ [ZnSO₄, ซิงค์ไตรฟลูออโรมีเทนเนลซัลโฟเนต (zinc trifluoromethylsulfonate : Zn(OTf)₂) และซิงค์คลอไรด์ (zinc chloride : ZnCl₂) ที่ความเข้มข้น 1 M ผลการจำลองพบว่าความเข้มข้นและชนิดของสารละลายอิเล็กโตรไลต์มีผลต่อการจัดเรียงตัวและการเคลื่อนที่ของ Zn²⁺ เมื่อความเข้มข้นของ ZnSO₄ สูงขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ (diffusion coefficient) ของ Zn²⁺ มีค่าลดลง เนื่องจากการเคลื่อนที่ของ Zn²⁺ ถูกจำกัดด้วยปริมาณไอออนในสารละลายอิเล็กโตรไลต์ที่มากขึ้น นอกจากนี้ที่ความเข้มข้น 2 M และ 3 M พบว่ามีการรวมตัวกันเป็นกลุ่มของไอออน ในสารละลายอิเล็กโตรไลต์ Zn(OTf)₂ ซึ่งที่ประกอบด้วยไอออนลบขนาดใหญ่คือ (CF₃So₃) พบว่าการเคลื่อนที่ของ Zn²⁺ ลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับระบบของ ZnSO₄ และ ZnCl₂ จากการศึกษายังพบว่าลักษณะการจัดเรียงตัวของโมเลกุลและการจับคู่กันของไอออนในสารละลายอิเล็กโตรไลต์ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของ Zn²⁺ ข้อมูลเชิงลึกดังกล่าวเป็นพื้นฐานความเข้าใจการเคลื่อนที่ของไอออนในสารละลายอิเล็กโตรไลต์และอาจช่วยในการพัฒนาแบตเตอรี่ให้มีสมรรถนะสูงขึ้น รวมทั้งเป็นแนวทางในออกแบบระบบแบตเตอรี่สังกะสีไอออนหรือแบตเตอรี่ประเภทอื่นได้ในอนาคต |
| Other Abstract: | Zn-ion batteries are one of the most actively developing rechargeable batteries that are alternatives to Li-ion batteries. It is due to their low cost and high safety. Many researches have been conducted to develop Zn-ion batteries so as to increase their performance. However, fundamental understanding of the transport mechanisms of Zn ion (Zn²⁺) in electrolytes that affect conductivity, subsequently in performance is not wellestablished. The aim of this study is to elucidate structure and dynamic properties of Zn²⁺ in different electrolytes using molecular dynamics simulation. Effects of concentration [zinc sulfate (ZnSO₄) at 0.1, 0.5, 1, 2 and 3 M] and electrolyte types [ZnSO₄, zinc trifluoromethylsulfonate (Zn(OTf) ₂) and zinc chloride (ZnCl₂) at 1 M] on structure and dynamic properties of Zn²⁺ were investigated. When the concentration of ZnSO₄ increased, the diffusion coefficient of Zn²⁺ decreased. This is because the number of ions in aqueous solution increased, causing dense system, and thus diffusion of Zn²⁺ was limited. It was also found the agglomeration of ions at very high concentrations, i.e., at 2 M and 3 M. When the electrolyte size increased, i.e., the system of Zn(OTf) ₂, the diffusion coefficient of Zn²⁺ decreased. The results obtained provide fundamental understanding of the role of electrolyte diffusion, perhaps provide guideline for designing Zn-ion battery system. |
| Description: | โครงงานเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา 2562 |
| URI: | http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/78331 |
| Type: | Senior Project |
| Appears in Collections: | Sci - Senior Projects |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| 62-SP-CHEMENG-031 - Chayut Tass.pdf | 2.41 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.