Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Iron fiber as anode current collector for secondary zinc-nickel battery

Year (A.D.)

2018

Document Type

Thesis

First Advisor

สุรเทพ เขียวหอม

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Department (if any)

Department of Chemical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเคมี)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมเคมี

DOI

10.58837/CHULA.THE.2018.1177

Abstract

ปัจจุบันแบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิลกลับมาได้รับความสนใจอีกครั้ง ข้อจำกัดของแอโนดสังกะสีคือ สังกะสีมีความสามารถในการประจุกลับต่ำ โฟมนิกเกิลมักถูกใช้เป็นตัวรับกระแสฝั่งแอโนด เพราะว่ามีพื้นที่ผิวสูงและมีเสถียรภาพที่ดี แต่ด้วยต้นทุนที่สูงส่งผลให้ไม่มีการนำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง เส้นใยเหล็กเป็นอีกทางเลือกหนึ่งเพราะมีพื้นที่ผิวสูง ต้นทุนต่ำและมีความปลอดภัย ในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาเส้นใยเหล็กเพื่อเป็นตัวรับกระแสฝั่งแอโนดสำหรับแบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิลแบบทุติยภูมิ ขั้วอิเล็กโทรดเส้นใยเหล็กถูกเตรียมด้วยการติดเส้นใยเหล็กบนแผ่นทองแดงด้วยกราไฟต์/พีวีดีเอฟที่เป็นตัวเชื่อมประสาน (อัตราส่วนน้ำหนักกราไฟต์ต่อพีวีพีเอฟเท่ากับ 85:15) สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 6 โมลาร์ถูกใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ สมบัติทางไฟฟ้าเคมีของสังกะสีบนเส้นใยเหล็กถูกศึกษาด้วยเทคนิคไซคลิกโวลแทมเมตทรี และเทคนิคอิมพีแดนซ์ นอกจากนี้ยังศึกษาผลของซิงค์ออกไซด์ และโซเดียมโดเดซิลซัลเฟตที่เติมลงในสารละลายอิเล็กโทรไลต์และทดสอบด้วยโครโนแอมเพอโรเมตทรีในช่วงศักย์ไฟฟ้าจาก -1.45 ถึง -1.60 โวลต์เทียบกับปรอท/ปรอทออกไซด์ นอกจากนั้นสัญฐานวิทยาของสังกะสีบนเส้นใยเหล็กจากสารละลายอิเล็กโทรไลต์ซิงค์เคทมีลักษณะคล้ายฟองน้ำ ก้อนหกเหลี่ยม และเดรนไดรต์ ยิ่งไปกว่านั้นประสิทธิภาพของสังกะสีบนเส้นใยเหล็กเป็นตัวรับกระแสถูกศึกษาในระบบแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศ ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าในแบตเตอรี่สังกะสี-อากาศ ประสิทธิภาพการอัด-คายประจุ และประสิทธิภาพการกักเก็บพลังงานต่อรอบที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า 10 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร เท่ากับร้อยละ 80.99 และ 39.73 ตามลำดับ นอกจากนี้แบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิลแสดงค่าการคายประจุสูงสุดเท่ากับ 174.85 มิลลิแอมป์ชั่วโมงต่อกรัม ประสิทธิภาพการอัด-คายประจุ และในแบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิล ประสิทธิภาพการกักเก็บพลังงานต่อรอบที่ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าเท่ากับ 10 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร เท่ากับร้อยละ 92.36 และ 82.99 ตามลำดับ โดยภาพรวมเส้นใยเหล็กเป็นวัสดุที่ให้ผลที่ดีในการใช้งานเป็นตัวรับกรแสสำหรับแบตเตอรี่สังกะสี-นิกเกิล

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

Recently, a zinc-nickel battery receives renewed attention. One of the zinc anode limitations is its terrible rechargeability. Nickel foam is frequently used as an anode current collector due to its high surface area and stability. Nevertheless, its high cost limits its wide application. Iron fiber is an alternative choice. Iron fiber exhibits high surface area at low cost with intrinsic safety. This work aims at investigating iron fiber as the anode current collector for secondary zinc-nickel batteries. Iron fiber electrode was prepared by attaching iron fiber on a copper sheet using graphite/PVDF binder (weight ratio of graphite to PVDF at 85:15). 6 M of potassium hydroxide was used as the electrolyte. The electrochemical properties of zinc deposited on iron fiber were investigated by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy technique. Also, the effects of zinc oxide and sodium dodecyl sulfate added to the electrolyte were investigated. The chronoamperometry experiments have been carried out a range of potential, i.e., from -1.45 to -1.60 V vs. Hg/HgO. Besides, the morphology of zinc deposited on iron fiber from zincate electrolyte showed spongy, boulder, and dendrite. Also, the efficiency of zinc deposited on iron fiber as the anode current collector was investigated in a zinc-air battery system. The results showed that the coulombic and round-trip efficiencies were 80.99% and 39.73% at 10 mA/cm?, respectively. Moreover, the zinc-nickel battery showed a maximum discharge capacity of 174.85 mAh/g. Coulombic efficiency and round-trip efficiency of zinc-nickel battery are 92.36% and 82.99% at 10 mA/cm?, respectively. Overall, iron fiber is a promising material to be used as a current collector for zinc-nickel batteries.

Share

COinS
 
 

To view the content in your browser, please download Adobe Reader or, alternately,
you may Download the file to your hard drive.

NOTE: The latest versions of Adobe Reader do not support viewing PDF files within Firefox on Mac OS and if you are using a modern (Intel) Mac, there is no official plugin for viewing PDF files within the browser window.