Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/78493
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorThapanee Sarakonsri-
dc.contributor.authorWaewwow Yodyingen_US
dc.date.accessioned2023-07-15T06:01:39Z-
dc.date.available2023-07-15T06:01:39Z-
dc.date.issued2022-11-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/78493-
dc.description.abstractThe development of lithium-ion batteries has become an important aspect of advanced technology and innovations. Although this type of batteries has already exceeded other rechargeable batteries in terms of energy density, specific capacity, and shelf life, the material cost as well as sustainability still need to be improved. And most importantly, the current commercial anode, graphite, has lower theoretical capacity compared to other novel anode materials. In the meantime, graphite provides stable performance and could be produced from various carbon sources by graphitization. Hence, the objective of this study is to develop graphitic carbon-based anode materials from sustainable carbon sources, biomass wastes. Banana and water hyacinth stem were used as precursors due to their xylem-like structure and large surface area, which could promote both graphitization rate and lithium reaction rate. In addition, catalytic graphitization with the assistance of transition metal yields both graphitic carbon and metal oxides, which are known to possess higher theoretical capacity than graphite. Both biomass wastes were converted to composite materials by simple processes. Firstly, the precursors were washed and blended with various concentrations of iron catalyst solution (Fe(NO3)3.H2O). The mixture was graphitized by heat treatment at 800oC to obtain C/FeOx composite materials. From X-ray diffraction patterns, it was shown that the materials were composed of mainly carbon and iron oxide species. In case of the products from acid-treated precursor, iron metal was also commonly detected. The morphology was revealed by microscopic methods to be rough carbon sheets with nanoparticles and nanocrystals scattered on the surface. The percentages of carbon in composite materials were measured by thermogravimetric analysis to be around 40-70%. Carbon structure was also studied by Raman spectroscopy, which revealed that the composite materials possessed more organized structure than the precursors. Furthermore, electrochemical tests revealed that the materials with the best performance from each biomass waste still could not overcome the stability of pure graphite at the slow charge-discharge rate (100 mA/g). However, at the fast charge-discharge rate (2A/g), they could provide much higher capacity, displaying the reversible capacity at the 1000th cycle at 172.8 mAh/g for banana and 171.1 mAh/g for water hyacinth stem, compared to 63.4 mAh/g provided by graphite. Hence, these newly developed materials were suitable to be used as anode for lithium-ion batteries at faster charge-discharge rates.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.titleGraphitic carbon-based composite materials derived from catalytic graphitization of biomass wastes as cost-effective anode materials in lithium-ion batteriesen_US
dc.title.alternativeวัสดุคอมพอสิตฐานแกรฟิติกคาร์บอนจากแคทาลิติกแกรฟิไทเซชันของขยะชีวมวลเพื่อเป็นวัสดุแอโนดราคาถูกในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนen_US
dc.typeThesis
thailis.controlvocab.lcshElectric batteries-
thailis.controlvocab.lcshComposite materials-
thailis.controlvocab.lcshBiomass-
thailis.controlvocab.lcshCatalytic graphitization-
thesis.degreemasteren_US
thesis.description.thaiAbstractการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนได้กลายเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีและนวัตกรรมขั้นสูง แม้ว่าแบตเตอรี่ประเภทนี้จะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแบตเตอรี่แบบชาร์จได้อื่นๆ ทั้งในแง่ของความหนาแน่นของพลังงาน ค่าความจุไฟฟ้าจำเพาะ และอายุการเก็บรักษา แต่ต้นทุนวัสดุและความยั่งยืนยังคงต้องการการปรับปรุง และที่สำคัญที่สุดคือแอโนดเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันได้แก่แกรไฟต์มีความจุตามทฤษฎีต่ำเมื่อเทียบกับวัสดุแอโนดชนิดใหม่อื่นๆ (372 mAh/g) ในขณะเดียวกัน แกรไฟต์ก็สามารถให้ความจุไฟฟ้าที่เสถียร และผลิตได้จากแหล่งคาร์บอนที่หลากหลายโดยใช้กระบวนการแกรฟิไทเซชัน ดังนั้น วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้จึงเป็นการพัฒนาวัสดุแอโนดฐานแกรฟิติกคาร์บอนจากแหล่งคาร์บอนที่ยั่งยืนคือขยะชีวมวล ต้นกล้วยและก้านผักตบชวาถูกใช้เป็นสารตั้งต้นเนื่องจากโครงสร้างคล้ายท่อลำเลียงน้ำและพื้นที่ผิวที่มาก ซึ่งสามารถเพิ่มทั้งอัตราการเกิดแกรฟิไทเซชันและอัตราการเกิดปฏิกิริยากับลิเทียม ยิ่งไปกว่านั้น กระบวนการแกรฟิไทเซชันที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นโลหะแทรนซิชันจะให้ทั้งแกรฟิติกคาร์บอนและออกไซด์ของโลหะ ซึ่งทราบกันดีว่ามีความจุไฟฟ้าทางทฤษฎีที่สูงกว่าแกรไฟต์ ขยะชีวมวลทั้งสองถูกแปลงเป็นวัสดุคอมพอสิตด้วยกระบวนการที่ไม่ยุ่งยาก เริ่มจากสารตั้งต้นถูกล้างและผสมกับสารละลายเหล็กซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (Fe(NO3)3.H2O) ที่มีความเข้มข้นตั้งแต่ 0.01-0.10 M ของผสมถูกแช่ทิ้งไว้เพื่อให้ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกดูดซึมเข้าไปในวัตถุดิบและอบให้แห้ง จากนั้นจึงเข้าสู่กระบวนการแกรฟิไทเซชันโดยการให้ความร้อนที่ 800oC เพื่อให้ได้วัสดุคอมพอสิตของคาร์บอนและเหล็กออกไซด์ จากการวิเคราะห์รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ พบว่าวัสดุที่ได้ประกอบด้วยคาร์บอนและเหล็กออกไซด์เป็นส่วนใหญ่ ส่วนในกรณีของผลิตภัณฑ์จากสารตั้งต้นที่ถูกล้างด้วยกรดนั้นตรวจพบโลหะเหล็กด้วย สัณฐานวิทยาของวัสดุถูกแสดงให้เห็นโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนว่าเป็นแผ่นคาร์บอนผิวหยาบที่มีอนุภาคนาโนและผลึกนาโนต่างๆ กระจายอยู่บนพื้นผิว ร้อยละของคาร์บอนในวัสดุคอมพอสิตได้ถูกตรวจวัดโดยการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงน้ำหนักทางความร้อนอยู่ที่ประมาณ 40-70% โครงสร้างคาร์บอนยังได้รับการศึกษาโดยรามานสเปกโตรสโคปี ซึ่งสามารถเปรียบเทียบได้ว่าวัสดุที่ได้มีความเป็นระเบียบภายในโครงสร้างมากกว่าสารตั้งต้น การทดสอบทางไฟฟ้าเคมีพบว่าวัสดุที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดจากขยะชีวมวลแต่ละประเภทนั้นยังคงไม่สามารถเอาชนะความเสถียรของแกรไฟต์บริสุทธิ์ที่อัตราการคายประจุที่ช้า (100 mA/g) อย่างไรก็ตาม ที่อัตราการคายประจุที่เร็วขึ้น (2A/g) วัสดุสามารถให้ความจุที่สูงกว่ามาก โดยวัดความจุแบบย้อนกลับหลังจากใช้งานแล้ว 1,000 รอบได้ที่ 172.8 mAh/g สำหรับต้นกล้วย และ 171.1 mAh/g สำหรับก้านผักตบชวา เมื่อเทียบกับ 63.4 mAh/g ที่ได้จากแกรไฟต์ ดังนั้น วัสดุที่พัฒนาขึ้นใหม่เหล่านี้จึงเหมาะที่จะใช้เป็นขั้วแอโนดสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่อัตราการคายประจุที่เร็วen_US
Appears in Collections:SCIENCE: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
630531035_Waewwow_Yodying.pdf3.56 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.