ขั้วไฟฟ้าเก็บประจุพลังงานยิ่งยวดเชิงแสงฐานพอลิอะนิลีน

Abstract

เพื่อลดปัญหาภาวะโลกร้อนในปัจจุบันแนวทางการใช้พลังงานทดแทนที่มาจากธรรมชาติเพื่อทดแทนแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลมีแนวโน้มที่สูงขึ้น ซึ่งพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากกระบวนการเหล่านี้ต้องการแหล่งกักเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง โดยเทคโนโลยีตัวเก็บประจุยิ่งยวดเป็นหนึ่งในอุปกรณ์กักเก็บประจุไฟฟ้าที่สามารถกักเก็บพลังงานไฟฟ้าได้อย่าวรวดเร็ว ให้กำลังพลังงานไฟฟ้าและประสิทธิภาพต่อรอบอายุการใช้งานที่ยาวนาน ซึ่งแนวทางการเพิ่มประสิทธิภาพของการเก็บประจุของตัวเก็บประจุยิ่งยวดนั้นพื้นฐานอยู่บนการพัฒนาวัสดุที่มีความสามารถในการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ได้ดี และมีพื้นที่ผิวที่สูงเพื่อใช้ในการแพร่ผ่านของประจุไฟฟ้า นอกจากนี้การเพิ่มประสิทธิภาพโดยอาศัยสมบัติโฟโตวอลเทอิกส์เป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติที่น่าสนใจโดยใช้หลักการการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยงานวิจัยนี้คณะผู้วิจัยมีความสนใจในการพัฒนาพอลิเมอร์นำไฟฟ้าที่มีสมบัติโฟโตวอลเทอิกส์ เช่น พอลิอะนิลีนร่วมกับวัสดุแกรฟีน เพื่อเพิ่มความสามารถในการดูดกลืนแสง มาเสริมประสิทธิภาพในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า และพัฒนาเป็นขั้วไฟฟ้าตัวเก็บประจุยิ่งยวดเชิงแสง โดยในการศึกษาขั้นแรกเป็นการหาภาวะที่เหมาะสมในการขึ้นรูปขั้วไฟฟ้าด้วยวิธีการฝังตัวทางเคมีไฟฟ้าของพอลิอะนิลีนโดยใช้วิธีไซคลิกโวลแทมเมตทรี ทีจำนวนรอบการฝังตัวที่ 2, 5, 7, 10 และ 12 จากนั้นทำขึ้นรูปขั้วไฟฟ้ารีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์/พอลิอะนิลีนคอมพอสิตที่จำนวน 5 รอบ โดยใช้ความเข้มข้นแกรฟีนออกไซด์ที่แตกต่างกัน ได้แก่ 0.01 และ 0.03 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของขั้วไฟฟ้ารีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์/พอลิอะนิลีนถูกวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และโครงสร้างหมู่ฟังก์ชันทางเคมีของขั้วไฟฟ้ารีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์/พอลิอะนิลีน ถูกยืนยันด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโคปี จากการวิเคราะห์สมบัติทางไฟฟ้าเคมีด้วยเทคนิคไซคลิกโวลแทมเมตทรี และเทคนิคกัลป์วาโนสแตติกชาร์จ-ดิสชาร์จ พบว่า ความเข้มข้นที่เหมาะสมในการสังเคราะห์ขั้วไฟฟ้ารีดิวซ์แกรฟีนออกไซด์/พอลิอะนิลีนเป็นตัวเก็บประจุยิ่งยวดเชิงแสง คือ 0.01 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร ให้ค่าการเก็บประจุไฟฟ้าสูงถึง 181.50 และ 225.50 ไมโครฟารัดต่อตารางเซนติเมตร ภายใต้สภาวะที่ไม่มีแสงและมีแสงยูวี ตามลำดับ และมีค่าประสิทธิภาพการเก็บประจุเชิงแสงร้อยละ 24.24 แสดงให้เห็นว่ามีความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าได้ดียิ่งขึ้น แต่มีค่าประสิทธิภาพการเก็บประจุเชิงแสงลดลง เนื่องจากการฝังตัวร่วมกันของพอลิอะนิลีนและแกรฟีนมีผลต่อการบดบังพื้นที่ผิวในการดูดกลืนแสงของพอลิอะนิลีนโดยตรง