Abstract:
ในปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาอย่างแพร่หลาย แต่อย่างไรก็ตามพบว่าข้อจำกัดหนึ่งของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือ อิเล็กโทรไลต์ฐานอินทรีย์ที่มีความไวไฟ และความปลอดภัยในการใช้งาน ผู้วิจัยจึงมีความสนใจที่จะพัฒนาแบตเตอรี่สังกะสีไอออนที่มีความปลอดภัยสูง และสามารถใช้สารอิเล็กโทรไลต์ฐานน้ำได้ ในงานวิจัยนี้ได้เน้นพัฒนาส่วนของเยื่อกั้นที่ใช้เป็นพอลิอิเล็กโทรไลต์ที่มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่น ซึ่ง PDADMAC/PSS เป็นวัสดุที่มีความน่าสนใจจากงานวิจัยของ Baowei SU และคณะที่ศึกษาประสิทธิภาพโดยการทำ Polyelectrolyte multilayers (PEMs) แต่ยังไม่มีการนำมาใช้ในแบตเตอรี่ งานวิจัยนี้จึงมีความสนใจที่จะนำมาทดสอบประสิทธิภาพในแบตเตอรี่สังกะสีไอออนโดยในการทดลองหาอัตราส่วนของ PDADMAC ต่อ PSS ที่อัตราส่วนต่าง ๆ (3:1, 1:1 และ1:3) ในปริมาณการเติมไอออน Zn²⁺ จาก ZnCl₂ ที่ความเข้มข้นร้อยละโดยน้ำหนักต่าง ๆ (1, 2, 4, 6 และ8) ที่เหมาะสมแก่การเคลือบผิวกระดาษกรองโดยใช้วิธีการเคลือบผ่านเครื่องกรองดูดสุญญากาศ ทำการทดสอบหาขนาดอนุภาคคอลลอยด์ของ PEMs ที่เตรียมได้ด้วยเครื่อง Particle Size Analyzer และค่าวิเคราะห์ความสามารถในการนำไอออนของวัสดุ PEMs เคลือบกระดาษกรองด้วยเครื่อง Chemical Impedance Analyzer เมื่อนำ PEMs ที่เตรียมได้มาทดสอบหาขนาดอนุภาคเฉลี่ยได้พบว่า ที่อัตราส่วน PDADMAC:PSS = 1:3 ร่วมกับ ZnCl₂ 1 และ 2 ร้อยละโดยน้ำหนัก ให้ขนาดอนุภาคเฉลี่ยที่ 51.495 และ54.365 μm ตามลำดับ และที่อัตราส่วน PDADMAC:PSS = 1:1 ร่วมกับ ZnCl₂ 1, 2, 4, 6 และ8 ร้อยละโดยน้ำหนัก ให้ขนาดอนุภาคเฉลี่ยที่ 9.661, 40.604, 28.515, 46.947 และ94.226 μm ตามลำดับ และที่อัตราส่วน PDADMAC:PSS = 3:1 ร่วมกับ ZnCl₂ 1, 2 และ 4 ร้อยละโดยน้ำหนัก ให้ขนาดอนุภาคเฉลี่ยที่ 455.799, 567.344 และ113.258 μm ตามลำดับ โดยเมื่อวิเคราะห์จากผลความสามารถในการเคลือบ และขนาดอนุภาค PEMs พบว่าความสัมพันธ์กันในดังนี้ ช่วงขนาดอนุภาค 9 – 47 μm อนุภาคสามารถจัดเรียงตัวได้อย่างสม่ำเสมอ ช่วงขนาดอนุภาค 51 – 55 μm สามารถเคลือบได้อย่างสม่ำเสมอแต่ต้องใช้เวลานาน และช่วงขนาดอนุภาคมากกว่า 100 μm ไม่สามารถเคลือบได้อย่างสม่ำเสมอเนื่องจากขนาดอนุภาคที่ใหญ่เกินไป โดยจากการประเมินความสามารถในการเคลือบด้วยตาเปล่าร่วมกับขนาดของอนุภาค PEMs ทำให้สรุปได้ว่าเยื่อกั้นกระดาษกรองเคลือบ PEMs อัตราส่วน PDADMAC:PSS 1:1 ร่วมกับ ZnCl₂ 1, 2, 4 และ6 ร้อยละโดยน้ำหนัก มีความเหมาะสมที่จะนำมาทดสอบในขั้นต่อไป จากนั้นนำวัสดุ PEMs เคลือบกระดาษกรองที่มีความสม่ำเสมอมาวัดค่าความสามารถในการนำไอออนได้ พบว่าเยื่อกั้นกระดาษกรองเคลือบ PEMs อัตราส่วน PDADMAC:PSS 1:1 ZnCl₂ 1, 2, 4, และ6 ร้อยละโดยน้ำหนัก ให้ผลค่าความต้านทานในการแลกเปลี่ยนไอออนที่ 17.4, 17.75, 17.2 และ 13.2 โอห์มตามลำดับ ซึ่งสามารถสรุปได้ว่าที่ 6 ร้อยละโดยน้ำหนัก มีความต้านทานในการแลกเปลี่ยนไอออนต่ำที่สุด เหมาะสมในการนำไปพัฒนาเพื่อเป็นเยื่อกั้นแลกเปลี่ยนในแบตเตอรี่สังกะสีลำดับต่อไป
