Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/72145
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorThapanee Sarakonsri-
dc.contributor.advisorChanchana Thanachayanont-
dc.contributor.advisorYothin Chimupala-
dc.contributor.authorThanapat Autthawongen_US
dc.date.accessioned2021-09-10T03:25:59Z-
dc.date.available2021-09-10T03:25:59Z-
dc.date.issued2020-10-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/72145-
dc.description.abstractEmerging technologies demand a new generation of lithium-ion batteries (LIBs) that are high in power density, fast-charging, safe to use, long cycle lives, and low production cost. For anode materials, it is a challenge to obtain these mentioned characteristics. Currently, graphite is commonly used as a commercial anode material, although it has some severe disadvantages such as a low power density, a low lithium diffusion rate, short circuit, and thermal runaway issues. Therefore, battery industries are looking for new materials to replace graphite. In this work, the group IV-elements and their oxides (i.e. Si, SiO2, Sn, and SnO2), which can alloy with lithium and deliver a high theoretical capacity, have been investigated for high capacity anodes. However, problems of high-volume expansion, poor electron transport, capacity fading, and low coulombic efficiency have been mainly observed. For these reasons, another alternative anode material in the type of lithium intercalation materials has become an attractive anode. TiO2(B), which offers major advantages of a high Li-ion diffusion rate in charge-discharge processes, safety in use, and good stability. Interestingly, the pseudocapacitive behavior of TiO2(B) exhibits large channels and voids related to the size of Li-ion that result in a fast Li-ion diffusion rate during the charging/discharging. The fast charging performance is resulted. However, these materials, especially Si, SiO2, and TiO2(B), have poor electrical conductivity. This drawback could be overcome by combining with graphene-based materials. A 2D-graphene sheet, which provides stable and flexible matrices, acts as a mechanical buffering zone against the large volume change problem and also improves the cycling capability of LIBs. Furthermore, the large surface area can contain active materials and provide the conducting backbone in the structure to encourage electron transport. Interestingly, nitrogen doping, nitrogen-doped graphene, can also enhance the conductivity and specific capacity of the anode material. As an introduction, the group of Si, SiO2, Sn, SnO2, TiO2(B), and graphene-based materials were synthesized and investigated as nanocomposite materials by a facile chemical method. To study the electrochemical properties, the synthesized products were prepared as the electrode to fabricate in coin cell and then measured the battery performance, in terms of specific capacity, cycle capability, rate performances, electrochemical reaction, and adaptive fast charging capability. The synthesized nanocomposites had excellent anode characteristics, showing a potential as an anode material in advanced power batteries for next-generation applications.en_US
dc.language.isoen_USen_US
dc.publisherเชียงใหม่ : บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยเชียงใหม่en_US
dc.titleDevelopment of TiO2(B) and/or M (M = Si, Sn) Nanocomposites on Nitrogen-doped Graphene for Use as High-performance Anode Materials in Lithium-ion Batteriesen_US
dc.title.alternativeการพัฒนาวัสดุนาโนคอมพอสิตของ TiO2(B) และ/หรือ M (M = Si, Sn) บนกราฟีนเจือไนโตรเจนสำหรับใช้งานเป็นวัสดุแอโนดประสิทธิภาพสูงในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนen_US
dc.typeThesis
thailis.classification.ddc621.312-
thailis.controlvocab.thashElectric batteries-
thailis.controlvocab.thashCapacitors-
thailis.controlvocab.thashNanocomposites (Materials)-
thailis.manuscript.callnumberTh 621.312 T367D 2020-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractเทคโนโลยีสมัยใหม่ต้องการแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนรุ่นใหม่ที่มีสมบัติความหนาแน่นของพลังงานสูง รองรับการชาร์จเร็ว ปลอดภัยในการใช้งาน อายุการใช้งานยาวนานและต้นทุนการผลิตต่าสาหรับวัสดุแอโนดนั้นการทำให้วัสดุประกอบด้วยสมบัติดังกล่าวนับเป็นความท้าทาย ซึ่งในปัจจุบันวัสดุกราไฟต์ถูกใช้เป็นวัสดุแอโนดเชิงพาณิชย์ แม้ว่าจะมีข้อเสียที่รุนแรง เช่น ความหนาแน่นของพลังงานต่ำ อัตราการแพร่กระจายของลิเทียมต่ำ ปัญหาไฟฟ้าลัดวงจรและการระบายความร้อน ดังนั้นอุตสาหกรรมแบตเตอรี่จึงมองหาวัสดุใหม่เพื่อทดแทนกราไฟต์ โดยในงานวิจัยนี้ได้ทาการพัฒนาวัสดุแอโนดในกลุ่มของธาตุหมู่ 4 (ซิลิกอน ซิลิกอนไดออกไซด์ ทิน และทินออกไซด์) ซึ่งเป็นวัสดุแอโนดที่สามารถอัลลอยด์กับลิเทียมและให้ค่าความจุทางไฟฟ้าทางทฤษฎีที่สูง อย่างไรก็ตามวัสดุดังกล่าวยังคงพบปัญหาของการขยายตัวในปริมาณมาก การขนส่งอิเล็กตรอนที่ไม่ดี การเสื่อมของความจุทางไฟฟ้าและประสิทธิภาพของคูลอมบิกที่ต่ำ นอกจากนี้วัสดุขั้วบวกทางเลือกอื่นในประเภทของวัสดุลิเทียมอินเตอร์แคลชันได้กลายเป็นขั้วบวกที่น่าสนใจ ด้วยเหตุผลเหล่านี้ทาให้วัสดุแอโนดทางเลือกในกลุ่มของวัสดุที่โครงสร้างสามารถเกิดการแทรกสอดของไอออนลิเทียมได้จึงเป็นที่น่าสนใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในไทเทเนียมไดออกไซด์(บี) ซึ่งมีข้อได้เปรียบที่สาคัญดังนี้คือ อัตราการแพร่กระจายของไอออนลิเทียมสูงในขณะกระบวนการอัดและคายประจุ ความปลอดภัยในการใช้งานและเสถียรภาพที่ดี ที่น่าสนใจอีกประการคือพฤติกรรมซูโดคาปาซิทีพของไทเทเนียมไดออกไซด์(บี)ที่เกิดจากช่องว่างขนาดใหญ่มีความเหมาะสมกับขนาดของไอออนลิเทียม ซึ่งส่งผลให้อัตราการแพร่กระจายของไอออนลิเทียมเกิดได้อย่างรวดเร็วในขณะการอัดและคายประจุ เป็นผลให้ส่งเสริมประสิทธิภาพของการชาร์จที่รวดเร็ว อย่างไรก็ตามในบรรดาวัสดุเหล่านี้ โดยเฉพาะซิลิกอน ซิลิกอนออกไซด์และไทเทเนียมไดออกไซด์(บี) มีการนาไฟฟ้าที่ไม่ดี โดยข้อเสียเปรียบนี้สามารถแก้ไขได้โดยการผสมผสานกับวัสดุที่ทำจากกราฟีน ซึ่งกราฟีนในลักษณะแผ่นสองมิติจะเป็นบริเวณที่มีความเสถียรและยืดหยุ่น เพื่อทาหน้าที่เป็นวัสดุรองรับเชิงกลเพื่อแก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงปริมาณและปรับปรุงความสามารถของรอบการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนได้ นอกจากนี้พื้นที่ผิวขนาดใหญ่สามารถรองรับวัสดุอื่นและทาหน้าที่เป็นเครือข่ายการนาไฟฟ้าในโครงสร้าง จึงเป็นส่วนในการส่งเสริมการขนส่งอิเล็กตรอน ที่น่าสนใจคือการเติมไนโตรเจนของกราฟีนที่เจือไนโตรเจนสามารถเพิ่มการนำไฟฟ้าและค่าความจุทางไฟฟ้าจำเพาะของวัสดุแอโนดได้ จากวัสดุที่ได้แนะนาข้างต้น วัสดุในกลุ่มของซิลิกอน ซิลิกอนไดออกไซด์ ทิน ทินออกไซด์ ไทเทเนียมไดออกไซด์(บี) และกราฟีนเจือไนโตรเจน จึงถูกสังเคราะห์และพัฒนาเป็นวัสดุนาโนคอมพอสิตโดยใช้วิธีทางเคมี เพื่อศึกษาสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของผลิตภัณฑ์ที่ทำการสังเคราะห์ได้ โดยจะถูกเตรียมเป็นขั้วไฟฟ้าเพื่อประกอบเซลล์แบตเตอรี่ชนิดเม็ดกระดุม จากนั้นนำไปวัดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ในแง่ของความจุไฟฟ้าจำเพาะ ความสามารถของรอบการใช้งาน ประสิทธิภาพของอัตราการอัดและคายประจุ ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า และความสามารถในการชาร์จเร็ว ดังนั้นนาโนคอมโพสิตที่สังเคราะห์ขึ้นจึงมีคุณสมบัติของวัสดุแอโนดที่ยอดเยี่ยม แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้เป็นขั้วแอโนดในแบตเตอรี่พลังงานสูงสาหรับการใช้งานเป็นแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนรุ่นต่อไปen_US
Appears in Collections:SCIENCE: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
600555906 ธนภัทร อัฐวงค์.pdf5.96 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


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