Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Development of conductive hydrogel from polyelectrolyte complex
Year (A.D.)
2023
Document Type
Thesis
First Advisor
กาวี ศรีกูลกิจ
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Degree Name
วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาเอก
Degree Discipline
ปิโตรเคมีและวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์
DOI
10.58837/CHULA.THE.2023.1051
Abstract
ในงานวิจัยนี้ไฮโดรเจลเมมเบรนของแบคทีเรียเซลลูโลส/สารเชิงซ้อนพอลิอิเล็กโทรไลต์คอมพอสิต ได้ถูกเตรียมเพื่อใช้เป็นตั้วกั้นขั้วอิเล็กโทรด โดยสารละลายสารเชิงซ้อนพอลิอิเล็กโทรไลต์ถูกเตรียมจากการผสม พอลิโซเดียม 4-สไตรีนซัลโฟเนต (พอลิอิเล็กโทรไลต์ประจุลบ) ปริมาณร้อยละ 40-60 โดยโมล กับพอลิ(ไดเมทิลไดอัลลิลแอมโมเนียมคลอไรด์) (พอลิอิเล็กโทรไลต์ประจุบวก) โดยมีเกลือโซเดียมคลอไรด์ทำหน้าที่เป็นชีลด์ดิ้ง เอเจนต์ (เพื่อลดอันตรกิริยาระหว่างประจุลบและประจุบวก) โดยแบคทีเรียเซลลูโลสได้ถูกเตรียมให้อยู่ในรูปของฟองน้ำที่มีรูพรุน 3 มิติ ที่ได้จากการนำแบคทีเรียเซลลูโลสไปปั่นในสารละลายด่าง (โซเดียมไฮดรอกไซด์) ก่อนนำไปผ่านกระบวนการฟรีซ-ธอร์เพื่อให้ได้โครงร่างที่มีรูพรุนจำนวนมาก แล้วจึงนำฟองน้ำแบคทีเรียเซลลูโลสที่เตรียมได้ไปทำการเชื่อมขวางสายโซ่ด้วยกลูตารัลดีไฮด์เพื่อเพิ่มความแข็งแรง จากนั้นนำฟองน้ำแบคทีเรียเซลลูโลสจุ่มลงในสารละลายสารเชิงซ้อนพอลิอิเล็กโทรไลต์ก่อนนำไปกำจัดเกลือโซเดียมคลอไรด์ด้วยการแช่ใน น้ำกลั่น โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้ คือ ไฮโดรเจลของสารเชิงซ้อนพอลิอิเล็กโทรไลต์ที่มีแบคทีเรียเซลลูโลสเป็นตัวพยุง จากการทดสอบสมบัติต่างๆ ของไฮโดรเจลเมมเบรนที่เตรียมได้ พบว่า ความทนแรงดึงมีค่าอยู่ในช่วง 56-108 กิโลปาสคาล ความสามารถดูดซึมสารละลายอิเล็กโทรไลต์มีค่าอยู่ในช่วงร้อยละ 413-476 การซึมผ่านของ ไฮดรอกไซด์ไอออนมีค่าประมาณ 2 x 10-2 เซนติเมตร²/นาที การนำไอออนของไฮดรอกไซด์มีค่าระหว่าง 30.9–42.5 มิลลิซีเมนส์/เซนติเมตร ค่าประสิทธิภาพคูลอมบิกจากการทดสอบเก็บประจุ/คายประจุที่ความหนาแน่นกระแส 0.5 แอมแปร์/กรัม จำนวน 2000 รอบ มีค่าระหว่างร้อยละ 84.2-89.1 และการทดสอบการพอกพูน และการละลายสังกะสีในเซลล์สังกะสีแบบสมมาตร ทำให้ขั้วสังกะสีมีการกัดกร่อนน้อยลง และมีการเติบโตของ เดนไดรต์ช้าลงจากการมีประจุทางไฟฟ้าไปชะลอหรือดึงดูดไอออนของสังกะสี จากผลการทดลองแสดงว่า ไฮโดรเจลเมมเบรนของแบคทีเรียเซลลูโลส/สารเชิงซ้อนพอลิอิเล็กโทรไลต์คอมพอสิตที่เตรียมได้สามารถนำไปใช้เป็นแผ่นกั้นขั้วอิเล็กโทรด และเพิ่มความเสถียรในแบตเตอรี่สังกะสีไอออนได้
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
In this research, hydrogel membranes of bacterial cellulose/polyelectrolyte complex (BC/PEC) composites were prepared for use as electrode separators. Initially, PEC solution was prepared by mixing three mole percentages (40-60 mole%) of poly(sodium 4-styrene sulfonate) (PSS) (anionic polyelectrolyte) with poly(dimethyldiallylammonium chloride) (PDADMAC) (cationic polyelectrolyte), using NaCl as shielding agent (For reducing the interaction between negative and positive charges). The three-dimensional porous sponge of BC was prepared by stirring BC in an alkaline (NaOH) solution, followed by the freeze-thaw process to obtain a high porosity structure. To increase strength, the prepared BC was further crosslinked with glutaraldehyde. The obtained BC sponge was subsequently immersed in the PEC solution and then the NaCl was removed by soaking in distilled water. Finally, the products of PEC hydrogel supported with BC were obtained. Various properties of the prepared hydrogel membranes were evaluated. The samples showed that their tensile strength was in the range of 56-108 KPa, the electrolyte absorption was in the range of 413-476%, the hydroxide ion permeability was approximately 2 x 10-2 cm2/min, and the hydroxide ion conductivity was in the range of 30.9–42.5 mS/cm, the coulombic efficiency examined via charge/discharge test at a current density of 0.5 A/g over 2000 cycles was in the range of 84.2-89.1%, and zinc plating/stripping test in zinc-symmetrical batteries showed that the zinc electrode undergoes less corrosion and slower dendrite growth due to an electric charge that either slows down or attracts zinc ions. From the experimental results, the prepared hydrogel membranes of bacterial cellulose/polyelectrolyte complex can be effectively used as an electrode separator, enhancing stability in zinc-ion batteries.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
สังอรดี, ทิชากร, "การพัฒนาไฮโดรเจลนำไฟฟ้าจากสารเชิงซ้อนพอลิอิเล็กโทรไลต์" (2023). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 11099.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/11099