“แบตเตอรี่ลิเทียมไอออน” (Li-ion battery) เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานทางการค้าที่สำคัญในปัจจุบัน ซึ่งเป็นขุมพลังสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลากหลายชนิดที่เราพกติดตัวตลอดเวลา อย่างเช่น สมาร์ทโฟน แล็ปท็อป กล้องถ่ายรูปดิจิทัล รวมถึงรถยนต์ไฟฟ้าที่ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

 

โดยวัสดุสำคัญที่นิยมนำมาใช้เป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน คือ “ลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์” (LiCoO₄) ซึ่งวัสดุชนิดนี้มีโครงสร้าง 2 แบบ คือ โครงสร้างแบบ hexagonal-NaFeO₂ และโครงสร้างแบบ cubic spinelโดยลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่มีโครงสร้างแบบ hexagonal-NaFeO₂ แสดงสมบัติทางไฟฟ้าทางเคมีที่ดีกว่าในการนำมาประยุกต์ใช้เป็นขั้วแบตเตอรี่เมื่อเทียบกับลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่มีโครงสร้างแบบ cubic spinel

 .

แต่ในการเตรียมลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ให้มีโครงสร้างแบบ hexagonal-NaFeO₂ นั้นจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูง ส่งผลให้ต้นทุนในการผลิตสูงตามไปด้วย ปัจจุบันจึงมีความพยายามที่จะพัฒนาเทคนิคที่สามารถเตรียมสารดังกล่าวที่อุณหภูมิต่ำได้

.
วิธีตกตะกอนร่วม (co-precipitation) เป็นหนึ่งในเทคนิคที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้เตรียมผงลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ได้ โดยเทคนิคนี้ไม่ยุ่งยากและสามารถเตรียมสารได้ที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งจะสามารถช่วยลดต้นทุนในการผลิตได้

ในงานวิจัยนี้ได้นำวิธีตกตะกอนร่วมมาเตรียมผงลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์และศึกษาโครงสร้างลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ที่เตรียมได้ และผลของอุณหภูมิในกระบวนการเตรียมอย่างละเอียด โดยนำเทคนิคการวิเคราะห์คุณลักษณะของวัสดุขั้นสูงด้วยแสงซินโครตรอนประกอบด้วยเทคนิคการกระเจิงรังสีเอกซ์ (Synchrotron powder X-Ray Diffraction : Syn-XRD) เทคนิคการดูดกลืนรังสีเอกซ์ (X-ray Absorption Spectroscopy : XAS) รวมทั้งเทคนิคการกระเจิงแบบรามาน (Dispersive Raman Microscopy : Raman) และเทคนิคสเปกโตรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนรังสีเอกซ์ (X-ray Photoelectron Spectroscopy : XPS) มาศึกษาเพื่อให้เข้าใจและปรับปรุงกระบวนการเตรียมได้

 

โดยการศึกษาพบว่า เทคนิคตกตะกอนร่วมนี้สามารถสังเคราะห์ผงลิเทียมโคบอลต์ออกไซด์ ที่มีโครงสร้าง hexagonal-NaFeO₂ ได้ หลังจากการอบที่อุณหภูมิต่ำเพียง 300 องศาเซลเซียส วิธีเตรียมสารดังกล่าวจะช่วยผลิตวัสดุทำขั้วแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพและสามารถลดต้นทุนแบตเตอรี่ได้

 

 

 

 

ภาพแสดงผลการศึกษาโครงสร้างของผง LiCoO₄ ที่เตรียมโดยวิธีตกตะกอนร่วมและอบด้วยอุณหภูมิต่างๆโดยเทคนิค Synchrotron powder X-Ray Diffraction และ X-ray Absorption Spectroscopy

 

 

บทความโดย ดร.ณรงค์ จันทร์เล็ก หัวหน้าส่วนวิจัยด้านพลังงาน ยานยนต์ไฟฟ้า และสิ่งแวดล้อม
เรียบเรียงโดย ส่วนสื่อสารองค์กร

 

เอกสารอ้างอิง
A. Khejonrak, N. Chanlek, U.Sukkha, N. Triamnak, P. Chirawatkul, P. Kidkhunthod, M. Suttapun, N. Vittayakorn, P. Manyum, S. Rujirawat, P. Songsiriritthigul, R. Yimnirun (2021). Effect of thermal annealing on the structure of LiCoO2 powders prepared by co-precipitation method, Radiation Physics and Chemistry, 189: 109766