DSpace Repository

โครงสร้างและสมบัติการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่สังกะสีไอออนฐานน้ำ

Show simple item record

dc.contributor.advisor มนัสวี สุทธิพงษ์
dc.contributor.author ณัฐวรรณ แสงนวกิจ
dc.contributor.author ศิริพร ตีระบูรณะพงษ์
dc.contributor.other จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิทยาศาสตร์
dc.date.accessioned 2022-06-14T06:40:38Z
dc.date.available 2022-06-14T06:40:38Z
dc.date.issued 2563
dc.identifier.uri http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/78786
dc.description โครงงานเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรบัณฑิต ภาควิชาเคมีเทคนิค คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา 2563 en_US
dc.description.abstract แบตเตอรี่สังกะสีไอออน (zinc-ion batteries, ZIBs) ประกอบด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolytes) ซึ่งนำพาไอออนระหว่างแคโทดกับแอโนด ความเข้าใจพื้นฐานและข้อมูลเชิงลึกในระดับโมเลกุลเกี่ยวกับพฤติกรรมและกลไกการเคลื่อนที่ของไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์มีความสำคัญต่อการเลือกและออกแบบองค์ประกอบของสารละลายอิเล็กโทรไลต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่สังกะสีไอออน โครงการวิจัยนี้ใช้การจำลองพลวัตเชิงโมเลกุล (molecular dynamics simulations, MD) ศึกษาสมบัติการเคลื่อนที่และโครงสร้างการละลายของไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ฐานน้ำ เกลือของสังกะสีที่ศึกษา ได้แก่ ซิงค์ไตรฟลิไมด์ (zinc triflimide หรือ zinc di[bis(trifluoromethylsulfonyl)imide], Zn(TFSI)₂) และซิงค์ไตรเฟลต (zinc triflate หรือ zinc trifuoromethanesulfonate, Zn(OTf)₂) การจำลองอยู่ภายใต้อุณหภูมิห้อง ผลการจำลองพบว่าสมบัติการเคลื่อนที่และโครงสร้างการละลายของไอออนสังกะสี Zn²⁺ ขึ้นกับความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์และชนิดไอออนลบ การนำไฟฟ้าของไอออน (ionic conductivity) ในระบบ Zn(TFSI)₂ มีค่าสูงสุดที่ความเข้มข้น 1 M เมื่อความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้น สัมประสิทธิ์การแพร่ (diffusivity) ของไอออนสังกะสี Zn²⁺ และไอออนลบ TFSI ลดลง ส่งผลให้การนำไฟฟ้าของไอออนลดลง โครงสร้างการละลายของไอออนสังกะสี Zn²⁺ ที่ความเข้มข้น 2 M ต่างจากระบบที่ความเข้มข้นต่ำกว่า โดยไอออนสังกะสี Zn²⁺ ถูกล้อมรอบด้วยน้ำ 5 โมเลกุล และเกิดอันตรกิริยากับไอออนลบ TFSI ส่งผลให้เกิดโครงสร้างแบบคู่ไอออนที่ติดกัน การนำไฟฟ้าของไอออนในระบบ Zn(OTf)₂ ที่ความเข้มข้น 1M มีค่ามากกว่าระบบ Zn(OTf)₂ ที่ความเข้มข้นเดียวกัน โมเลกุลของไอออนลบ TFSI ที่มีขนาดใหญ่และเกะกะทำให้ไอออนสังกะสี Zn²⁺ เข้าใกล้ไอออนลบ TFSI ได้ยาก ส่งผลให้อันตรกิริยาระหว่างไอออน Zn²⁺-TFSI มีความแรงน้อยกว่า Zn²⁺-OTf en_US
dc.description.abstractalternative Recently, zinc-ion batteries (ZIBs) have emerged as a promising candidate to lithium-ion batteries (LIBs), especially for grid-scale applications, owing to high compatibility with aqueous electrolytes, further providing the system with low cost, high safety, and environmental friendliness. The system performance of aqueous ZIBs depends on the electrolytes. Efficient and accurate molecular simulations are significant importance not only to elucidate electrolyte behavior and transport mechanism, but also for fundamental molecular insights and rational guidance of experimental developments. In this work, a molecular dynamics (MD) was employed to investigate structural features and transport properties of ions in aqueous electrolytes: zinc (II) triflimide (Zn(TFSI)₂ and zinc (II) triflate (Zn(OTf)₂). All simulations were carried out at ambient conditions. When the concentration of Zn(TFSI)₂ electrolyte increases, the Zn²⁺diffusivity decreases, leading to lower the ionic conductivity. At concentration of 1 M, the ionic conductivity is maximum. At 2 M Zn(TFSI)₂ concentration, the Zn²⁺ ions are surrounded by ~5 water molecules and the salt-water complexes like contact ion pairs are dominant. Furthermore, for 1 M concentration, the Zn(OTf)₂ ionic conductivity is higher than that obtained from Zn(TFSI)₂ system. The results suggest that the Zn²⁺ ions have stronger interaction with OTf– than TFSI– because of the bulky TFSI– anions. en_US
dc.language.iso th en_US
dc.publisher จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย en_US
dc.rights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย en_US
dc.subject อิเล็กทรอไลต์ en_US
dc.subject สังกะสี en_US
dc.subject ไอออน en_US
dc.subject Electrolytes en_US
dc.subject Zinc en_US
dc.subject Ions en_US
dc.title โครงสร้างและสมบัติการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่สังกะสีไอออนฐานน้ำ en_US
dc.title.alternative Structure and Transport Properties of Electrolytes in Aqueous Zinc-Ion Batteries en_US
dc.type Senior Project en_US
dc.degree.grantor จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย en_US


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record