Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Effects of potassium iodide/iodine mass ratio on performance of rechargeable zinc-iodine batteries
Year (A.D.)
2019
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.2019.1187
Abstract
แบตเตอรี่สังกะสี-ไอโอดีนแบบอัดประจุซ้ำได้รับความสนใจอย่างมากในการนำมาใช้เป็นอุปกรณ์สำหรับกักเก็บพลังงานไฟฟ้า เนื่องจากไอโอดีนที่ใช้เป็นขั้วแคโทดมีความจุจำเพาะสูง ราคาถูก สามารถหาได้ง่าย และมีความปลอดภัยในการใช้งาน อย่างไรก็ตามแคโทดไอโอดีนยังคงมีปัญหาบางประการเช่น การนำไฟฟ้าต่ำ ระเหิดได้ง่ายที่อุณหภูมิห้อง และมีความสามารถในการละลายในน้ำต่ำ อีกทั้งไตรไอโอไดด์ไอออนที่เกิดขึ้นระหว่างการอัด-คายประจุยังสามารถทำให้แผ่นสังกะสีที่ใช้เป็นขั้วแอโนดเกิดการผุกร่อนได้ ซึ่งปัญหาเหล่านี้เองทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่สังกะสี-ไอโอดีนลดลง ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงนำคาร์บอนกัมมันต์มาใช้ในการเป็นวัสดุดูดซับไอโอดีนเพื่อป้องกันการถูกกัดกร่อนของขั้วสังกะสี และนำโพแทสเซียมไอโอไดด์มาใช้เพิ่มความสามารถในการละลายของไอโอดีนในน้ำ โดยในงานวิจัยนี้จะทำการเปรียบเทียบสัดส่วนของโพแทสเซียมไอโอไดด์ต่อไอโอดีนที่สัดส่วน 1:1, 1:2 และ 2:1 เพื่อหาสัดส่วนที่เหมาะสมที่สุดในการใช้งานแบตเตอรี่สังกะสี-ไอโอดีนและศึกษากลไกการดูดซับไอโอดีนบนคาร์บอนกัมมันต์ วัสดุแคโทดถูกเตรียมโดยการผสมสารละลายไอโอดีน 40% คาร์บอนกัมมันต์ 40% คาร์บอนนำไฟฟ้า 10% และสารยึดเกาะ 10% โดยน้ำหนัก และประยุกต์ใช้ในเซลล์แบตเตอรี่ CR2025 จากนั้นทำการตรวจสอบทั้งในด้านของคุณลักษณะและคุณสมบัติทางไฟฟ้า ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า ไตรไอโอไดด์ไออนเป็นตัวถูกดูดซับลงบนคาร์บอนกัมมันต์และไม่เกิดพันธะระหว่างคาร์บอนกับไอโอดีน สัดส่วนที่เหมาะสมที่สุดของโพแทสเซียมไอโอไดด์ต่อไอโอดีนในการใช้งานแบตเตอรี่สังกะสี-ไอโอดีนคือสัดส่วน 1:1 โดยจะมีค่าความจุที่กระแส 1C สูงถึง 184 mAh/ g มีประสิทธิภาพในการกักเก็บความจุเท่ากับ 99.37% และมีประสิทธิภาพในการกักเก็บพลังงานเท่ากับ 86.79% อีกทั้งยังสามารถใช้งานที่กระแสสูงถึง 6Cและมีอายุการใช้งานยาวนานมากกว่า 1000 รอบ
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Rechargeable zinc-iodine batteries are very interesting to use as electrical energy-storage (EES), being low cost and having high abundance. They also have high specific capacity as well as high safety. However, when applied as a cathode material, an iodine cathode still has some issues i.e. very low electrical conductivity, easy sublimation at room temperature and low solubility in water. In addition, the tri-iodide ions (I3-) formed during charge-discharge can cause the zinc (Zn) used as an anode to corrode. These problems impede the efficiency of Zn-iodine batteries. In this research, activated carbon (C) is used as an iodine absorption material to prevent Zn anode corrosion and potassium iodide (KI) is used to increase the solubility of iodine in water. The proportion of KI to iodine is compared to the ratio of 1: 1, 1: 2, and 2: 1 in order to find the optimal ratio of Zn-iodine battery and study the mechanism of iodine uptake on the activated C. The cathode material was prepared by mixing 40wt% iodine solution, 40wt% activated C, 10wt% conductive C, and 10wt% binder and applied in a CR2025 battery cell. Then the characteristics and electrical properties were analyzed. The results show that I3- are absorbed onto the activated C and no carbon-iodine bond is formed. The optimum ratio of KI to iodine in the Zn-iodine battery is 1: 1 with specific discharge capacity of 1C up to 184 mAh/g C, coulombic efficiency (CE) of 99.37%, and round-trip efficiency of 86.79%. The battery can be used at high current (6C) and has a long cycle life of more than 1000 cycles.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
เหลืองทรงชัย, ณัฐวุฒิ, "ผลของสัดส่วนโดยมวลของโพแทสเซียมไอโอไดด์/ไอโอดีนต่อสมรรถนะของแบตเตอรี่สังกะสี-ไอโอดีนแบบอัดประจุซ้ำได้" (2019). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 9563.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/9563