การเตรียมวัสดุคอมโพสิตโคบอลต์ออกไซด์และคาร์บอนกัมมันต์สำหรับประยุกต์ใช้เป็นขั้วไฟฟ้าในอุปกรณ์ตัวเก็บประจุยิ่งยวด
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ได้ทำการเตรียมสารโคบอลต์ออกไซด์ (Co3O4) และโคบอลต์ออกไซด์คอมโพสิตคาร์บอนกัมมันต์ (Co3O4/AC) ด้วยกระบวนการตกตะกอนทางเคมี จากนั้นทำการศึกษาโครงสร้างผลึกด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนลำรังสีเอกซ์ (XRD) พบว่าอนุภาค Co3O4 มีโครงสร้างผลึกเป็นแบบทรงลูกบาศก์ ศึกษาลักษณะสัณฐานวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) พบว่าอนุภาค Co3O4 มีลักษณะเป็นอนุภาคนาโนโดยขนาดอนุภาคอยู่ในช่วง 50-100 nm และมีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ ทำการวัดพื้นที่ผิวจำเพาะและขนาดของรูพรุนเฉลี่ยด้วยเทคนิค Brunauer-Emmett-Teller (BET) พบว่าอนุภาค Co3O4 มีค่าพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 89.6 m2/g และมีขนาดของรูพรุนเฉลี่ยประมาณ 51.9 nm ส่วนวัสดุคอมโพสิต (Co3O4/AC) มีพื้นที่ผิวจำเพาะเท่ากับ 750.5 m2/g ในขณะที่คาร์บอนกัมมันต์เพียงอย่างเดียวมีพื้นที่ผิวจำเพาะมากถึง 1066.0 m2/g ในการศึกษาสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของสารตัวอย่างจะถูกเคลือบลงบนแผ่นนิกเกิลโฟมด้วยวิธีด็อกเตอร์เบลด พบว่าสาร Co3O4, Co3O4/AC และ AC มีค่าความจุไฟฟ้าจำเพาะเท่ากับ 184 80 และ 23 F/g เมื่อวัดที่ความหนาแน่นกระแสเท่ากับ 1 A/g ตามลำดับ เมื่อวัดที่ความหนาแน่นกระแสอยู่ระหว่าง 1-3 A/g ตัวอย่าง Co3O4 จะให้ค่าความจุไฟฟ้าจำเพาะมากที่สุดอาจเป็นเพราะว่าสาร Co3O4 สามารถทำปฏิกิริยารีดอกซ์ได้ดีกว่าสารคอมโพสิต Co3O4/AC และ AC ตามลำดับ แต่กลับพบว่าที่ความหนาแน่นกระแสสูง (5 A/g) วัสดุคอมโพสิต Co3O4/AC มีค่าความจุไฟฟ้าจำเพาะ ค่าความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าและค่าความหนาแน่นพลังงานไฟฟ้ามากกว่าตัวอย่างอื่นโดยมีค่าเป็น 55 F/g 3747 W/kg และ 17.3 Wh/kg ตามลำดับ นอกจากนั้นยังมีความเสถียรสูงถึง 100% เมื่อผ่านการอัด-คายประจุไฟฟ้า 1000 รอบ ด้วยสมบัติที่มีค่าความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าที่สูงและความหนาแน่นพลังงานไฟฟ้าที่มาก ทำให้วัสดุคอมโพสิต Co3O4/AC เหมาะสำหรับนำมาประยุกต์ใช้เป็นขั้วไฟฟ้าของตัวเก็บประจุยิ่งยวด
Article Details
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
เอกสารอ้างอิง
Barzegar, F., Khaleed, A.A., Ugbo, F.U., Oyeniran, K.O., Momodu, D.Y., Bello, A., Dangbegnon, J.U. and Manyala, N. (2016). Cycling and floating performance of symmetric supercapacitor deviced form coconut shell biomass. AIP Advance 6: 115306.
Bhattacharjya, D., Carriazo, D., Ajuria, J. and Villaverde, A. (2019). Study of electrode processing and cell assembly for the optimized of performance of Supercapacitor in pouch cell. Journal configuration of Power Sources 439: 227106.
Chen, H., Hu, L., Chen, M., Yan, Y. and Wu, L. (2014). Nickel cobalt layer hydroxide nanosheets for high-performance supercapacitor electrode. Advanced Functional Materials 24(7): 934-942.
Duan, B.R. and Cao, Q. (2012). Hierarchically porous Co3O4 film prepared by hydrothermal synthesis method base on colloidal crystal t emplate for supercapacitor application. Electrochimica Acta 64: 154-161.
Elshahawy, A.M., Guan, C., Zang, W., Ding, S., Kou, Z., Pennycook, J., Yang, N. and Wang, J. (2019). Phospho-oxynitride layer protected cobalt phosphonitride nanowire array for high rate and stable supercapacitors. ACS Applied Energy Materials 2(1): 616-626.
Gamby, P.L., Taberna, P., Simon, P., Fauvarque, J.F. and Chesneau, M. (2001). Study and characterization of various activated carbon used for carbon/carbon supercapacitor. Journal of Power Sources 101: 109-116.
Iqbal, M.Z., Haider, S.S., Zakar, S., Alzaid, M., Afzal, A.M. and Aftad, S. (2020). Cobalt oxide/carbon composite for asymmetric solid-state supercapacitors. Materials Research Bulletin 131: 110974.
Jiang, L., Sui, Y., Qi, J., Chang, Y., He, Y., Meng, Q., Wei, F., Sun, Z. and Jin, Y. (2016). Structure dependence of Fe-Co hydroxides on Fe/Co ratio and their application for supercapacitors. Particle Particle Systems Characterization 34(2): 1600239.
Kumar, N., Yu, Y.U., Lu, Y. and Tseng, T. (2016). Fabrication of carbon nanotube/cobalt oxide nanocomposites via electrophoretic deposition for supercapacitor electrodes. Journal of Materials Science 51(5): 2320-2329.
Li, H. (2019). Practical evaluation of Li-ion Battery. Joule 3(4): 911-914.
Li, T., Shengjun, L., Bowen, Z., Bei, W., Dayong, N., Zeng, C., Ying, Y., Ning, L. and Weifeng, Z. (2015). Supercapacitor electrode with a homogeneously Co3O4-coated multiwalled carbon nanotube for a high capacitance. Nanoscale Research Letters 10(1): 208.
Lui, F., Su, H., Jin, L., Zhang, H., Chu, X., and Yang, W. (2017). Facile synthesis of ultrafine cobalt oxide nanoparticles for high performance supercapacitors. Journal of Colloid and Interface Science 505: 796-804.
Miller, E., Hua, Y. and Tezel, H. (2018). Materials for energy storage: review of electrode materials and methods of increasing capacitance for supercapacitors. Journal of Energy Storage 20: 30-40.
Numan, A., Duraisamy, N., Omar, F.S., Mahipal, Y.K. and Ramesh, K.S. (2018). Enhanced electrochemical performance of cobalt oxide nanocubes intercalated reduced graphene oxide for supercapacitor application. RSC Advances 6(41): 34894-34902.
Omokafe, S.M., Adeniyi, AA., Igbafen, E.O., Oke, S.R., and Olubambi, P.A. (2020). Fabrication of activated carbon from coconut shells and its electrochemical properties for supercapacitors. International Journal of Electrochemical Science 15: 10854-10865.
Patil, V., Joshi P. and Sen, S. (2012). Synthesis and characterization of Co3O4 thin film. Solf Nanoscience Letters 2: 1-7.
Sharma, M., Adalati, R., Kumar, A., Chawla, V. and Chandra, R. (2021). Elevated performance of binder-free Co3O4 electrode for the supercapacitor applications. Nano Express 2: 010002.
Shen, H., Lui, E., Xiang, X., Huang, Z., Tian, Y., Wu, Y.Z. and Xie, H. (2012). A novel activated carbon for supercapacitors. Materials Research Bulletin 47: 662-666.
Tarimo, D.J., Oyedotun, K.O., Mirghni, A.A., Mutuma, B., Sylla, N.F. Morovhi, P., and Manyala, N. (2020). Enhanced electrochemical performance of supercapattery derived from sulphur-reduced graphene oxide/cobalt oxide composite and activated carbon from peanut shells. International Journal of Hydrogen Energy 45(58): 33059-33075.
Tenorio, M.K., Ferreira, C.S., Rebelo, Q.H., Souza, B.D., Pineda, E.A. and Pocrifka, L.A. (2018). Pseudocapacitance properties of Co3O4 nanoparticles synthesized using a modified sol-gel method. Materials Research 21(2): 1-7.
Wang, L., Xiaocheng, Li., Tieming, G., Xingbin, Y. and Kang, B. (2014). Three-dimensional Ni(OH)2 nanoflakes/graphene/nickel foam electrode with high rate capability for supercapacitor applications. International Journal of Hydrogen Energy 39(15): 7876-7884.
Wang, X.F., Ruan, D., Wang, P. and Lu, Y. (2008). Pseudo-capacitance of ruthenium oxide/carbon black composite for electrochemical capacitors. Journal of University of Science and Technology Beijing, Mineral, Metallurgy, Material 15(6): 816-821.
Xia, X.H., Tu, J.P., Mai, Y.J., Wang., Gu, C.D. and Zhao, X.B. (2011). Self-supercapacitor hydrothermal synthesized hollow Co3O4 nanowire arrays with high supercapacitor capacitance. Journal. Materials. Chemistry 21(25): 9319-9325.
Xie, L., Li, K., Sun, G., Hu, Z., Chunxiang, L., Wang, J. and Zhang, C. (2013). Preparation and electrode performance of the layered cobalt oxide (Co3O4) as supercapacitor electrode material. Journal of Solid State Electrochemistry 17(1): 55-61.
Yan, X., Wang, Y. and Ma, Z. (2018). Synthesis Characterization and electrochemical performance of cobalt oxide for supercapacitor. International Journal of Electrochemical Science 13(1): 1074-1083.
Yang, S., Lui, Y., Hao, Y., Yang, X., Goddard, W.A., Zhanf, X.L. and Coa, B. (2018). Oxygen-vacancy abundant ultrafine Co3O4/graphene composite for high-rate supercapacitor electrodes. Advanced. Sciwnce. 5(4): 1-10.
Yu, F., Wei, Y., Yang, Y., Guo, L. and Peng, Z. (2019). Material design at nano and atomic scale for electrolyte Co2 reduction. Nano Materials Science 1(1): 60-69.
Zhang, L., Tu, L., Ling, Y., Chen, Q., Sheng, Z.W, Li, C. and Wang, Z. (2018). Coconut-base activated carbon fiber for efficiency adsorption of various organic dyes. RSC Advances 8(74): 42280-42291.
Zhang, Y.Q., Li, L., Shi, S.J., Xiong, Q.Q., Zhao, X.Y., Wang, X.L., Gu, C.D., and Tu, J.P. (2014). Synthesis of porous Co3O4 nanoflake array and its temperature behavior as pseudocapacitor electrode. Journal of Power Sources 256(15): 200-205.
Zhao, Y.D., Dai, M., Wu, X. and Liu, F. (2019). Asymmetric pseudo-capacitors based on dendrite-like MnO2 nanostructure. CrystEngComm. 21: 3349-3355.
Zhou, K.W, Yang, L., Lu, J., Cheng., Mai, W., Tang, Z., Li, L. and Cheng, S. (2015). Ultrahigh performance pseudocapacitor electrode based on transition metal phosphide nanosheets array via phosphorization: A general and effective approach. Advanced Functional Materials 25(48): 7530-7538.
