ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมียิ่งยวดสมรรถนะสูงของเส้นใยนาโนโคบอลต์แมงกานีสออกไซด์ และรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์แอโรเจลที่มีการเจือไนโตรเจน

High-performance supercapacitor of cobalt managanese oxide nanofibers and nitrogen doped reduced graphene oxide aerogel

Name: ธนัท เพชรทอง

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ -- วิทยานิพนธ์. วศ.ม. (วิศวกรรมเคมี) 2559.

Classification :.LCCS: TA418.9.N35

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. -- สาขาวิศวกรรมเคมี -- วิทยานิพนธ์

ThaSH: เส้นใยนาโน

ThaSH: ตัวเก็บประจุไฟฟ้า

ThaSH: แมงกานีสออกไซด์

ThaSH: โคบอลต์

ThaSH: กราฟีน

Abstract: เส้นใยนาโนโคบอลต์แมงกานีสออกไซด์ที่สังเคราะห์ได้จากเทคนิคอิเล็กโทรสปินนิง ร่วมกับการเผาแคลไซน์เป็นวัสดุที่มีความสามารถในทางไฟฟ้าเคมีที่ดีและมีพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงซึ่งช่วยลดระยะทางการแพร่ของประจุจากอิเล็กโทรไลต์มายังพื้นที่ผิวของขั้วไฟฟ้า จึงเหมาะแก่การนำไปประยุกต์ใช้ในตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมียิ่งยวด วิทยานิพนธ์ฉบับ นี้ได้ศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิในการเผาแคลไซน์ของเส้นใยนาโนโคบอลต์แมงกานีสออกไซด์เพื่อใช้ในตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมี ยิ่งยวดแบบสมมาตรใน 6 โมลาร์ของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์พบว่าที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส ให้ศักย์ไฟฟ้าในการใช้งาน 1.45 โวลต์และมีค่าการเก็บประจุสูงสุด 500.91 ฟารัดต่อกรัม เมื่อถูกใช้งาน 2500 รอบ มีค่าการเก็บประจุคงเหลือร้อยละ 73 นอกจากนี้งานวิจัยนี้ได้สังเคราะห์รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์แอโรเจลที่มีการเจือไนโตรเจนด้วยวิธีการไฮโดรเทอร์มอลรีดักชั่น พบว่าสารที่สังเคราะห์ได้มีขนาดรูพรุนส่วนใหญ่เท่ากับ 3.67 นาโนเมตรและพื้นที่ผิวสูงถึง 368.25 ตารางเมตรต่อกรัม เมื่อนำมาประกอบเป็นตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมียิ่งยวดใน 1 โมลาร์โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ให้ศักย์ไฟฟ้าในการใช้งาน 1.4 โวลต์และค่าการเก็บประจุสูงสุดเท่ากับ 444.27 ฟารัดต่อกรัม โดยมีค่าการเก็บประจุคงเหลือถึงร้อยละ 88 หลังผ่านการใช้งาน 5000 รอบ เพื่อเพิ่มศักย์ไฟฟ้าให้เพียงพอต่อการใช้งานจริง งานวิจัยนี้จึงนำเส้นใยนาโนโคบอลต์แมงกานีสออกไซด์และรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์แอโรเจลที่มีการเจือไนโตรเจนมาประกอบเป็นตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมียิ่งยวดแบบอสมมาตร พบว่าอุปกรณ์ สามารถให้ศักย์ไฟฟ้าในการใช้งานสูงถึง 1.8 โวลต์ใน 1 โมลาร์โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ และมีค่าพลังงานจำเพาะและกำลังจำเพาะสูงสุดเท่ากับ 54 วัตต์·ชั่วโมงต่อกิโลกรัม และ 9851 วัตต์ต่อชั่วโมง ตามลำดับ โดยอุปกรณ์นี้มีค่าการเก็บประจุคงเหลือร้อยละ 85.2 หลังผ่านการใช้งาน 3000 รอบ นอกจากนี้ยังได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชั่นของ Co และ Mn ในขั้วไฟฟ้าบวกด้วยวิธีการ Ex situ XAS พบว่าหลังการชาร์จประจุ Co ถูกออกซิไดซ์จาก +2.76 เป็น +2.85 และลดลงเหลือ +2.76 หลังการคายประจุ ในขณะที่ Mn ถูกรีดิวซ์จาก +3.62 เป็น +3.44 หลังการชารจ์ประจุและเพิ่มเป็น +3.58 หลังการคายประจุ MnCo2O4 nanofibers (NFs) were synthesized by the electrospinning technique combined with an optimized post heat treatment. MnCo2O4 NFs possess an excellent electrochemical activity and a high surface area to volume ratio which can reduce the diffusion path of charge transfer between electrolyte and electrode. Thus, this material is appropriate for applying in the supercapacitor application. In this work, the effect of the calcination temperature was studied to produce MnCo2O4 NFs. As the result, the symmetric supercapacitor of MnCo2O4 NFs, calcined at 500 oC, provideda wide working potential of 1.45 V and the highest specific capacitance of 500.91 F g-1in 6 M KOH. The capacitance retention of MnCo2O4 NFs after a charge-discharge test over 2500 cycles was 73% of the original specific capacitance. In addition, the nitrogen doped reduce grapheme oxide aerogel (N rGOAE) via the hydrothermal reductionprocess was also synthesized. The as-prepared N-rGOAE mostly exhibited a pore size at ca. 3.67 nm and high specific surface area of 368.25 m2g-1. The result of symmetric supercapacitors assembled by the N-rGOAE presenteda wide working potential of 1.4 V and a specific capacitance up to 444.27 F g-1with outstanding cycle stability (88% capacitance retention upon 5000 cycles) in 1M KOH. In order to increase the working potential for pratical application, a novel asymmetrical supercapacitor MnCo2O4 NFs//N-rGOAE was fabricated. The device provided a wide working potential of 1.8 V, high specific energy and power of 54 Wh kg-1and 9851 W kg-1, respectively with 85.2 % capacity retention over 3000 cycles in 1M KOH. Furthermore, the ex situ XAS was also used to detemine the oxidation states of the Co and Mn on the MnCo2O4electrode after electrochemically tested. Interestingly, the result showed that the oxidation number of Co wasoxidized from +2.76 to +2.85 after charged and reduced back to +2.76 after discharged. On the other hand, the oxidation state of Mn was reduced from +3.62 to +3.44 after charged and oxidized to +3.58 after discharged.

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: tdckulib@ku.ac.th

Name: อนุสรณ์ สืบสาย

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก

Name: มนตรี สว่างพฤกษ์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม

Created: 2559

Modified: 2566-05-24

Issued: 2566-05-24

วิทยานิพนธ์/Thesis

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: https://kasetsart.idm.oclc.org/login?url=https://www.lib.ku.ac.th/KUthesis/2559/tanut-pet-all.pdf

CallNumber: TA418.9.N35 .ธ15

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเคมี

Grantor: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

©copyrights มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	tanut-pet-all.pdf	9.08 MB

ใช้เวลา

0.023183 วินาที