การสังเคราะห์ขั้วไฟฟ้าแกรฟีนแอโรเจลสำหรับตัวเก็บประจุยิ่งยวด

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ธรรมภัสฑ์ เธียรวุฒิกานต์, ณัฐชัจจ์ ฉิมรักษ์

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

กุสุมา เชาวลิต

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย นครศรีธรรมราช

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2563

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

เนื่องด้วยปัจจุบันจำนวนประชากร การเจริญเติบโตทางด้านเทคโนโลยี และ สิ่งอำนวยความสะดวกในการใช้ชีวิตของสังคมโลกนั้น ได้มีการพัฒนาไปอย่างมาก จากการ ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลาย เช่น โทรศัพท์มือถือ แท็บเลต รถยนต์ไฟฟ้า เป็นต้น จึงส่งผลทำให้มีความต้องการใช้พลังงานที่สูงขึ้น เกิดปัญหาต่าง ๆ อย่างกว้างขวางตามมา ไม่ว่าจะเป็น การเร่งการลดลงของเชื้อเพลิงฟอสซิลสำรองและในขณะเดียวกันประเทศไทยยังคงมีต้องนำเข้า เชื้อเพลิงฟอสซิลในปริมาณที่มากขึ้น ทำให้สูญเสียเงินตราออกนอกประเทศจำนวนมาก ทั้งยังส่งผลอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต จากการเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกและภาวะมลพิษทางน้ำและอากาศ

จากการศึกษาข้อมูลเรื่องการผลิตแอโรเจล (aerogel) เป็นของแข็งที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุดในโลก มีโครงสร้างเป็นรูพรุนกึ่งโปร่งแสง สังเคราะห์มาจากเจลที่ถูกแทนที่ด้วยอากาศมากถึง 50 – 99.5 เปอร์เซ็นต์ เนื่องด้วยโครงสร้างที่เป็นรูพรุน มีพื้นที่ผิวที่กว้าง ความหนาแน่นที่ต่ำและมีสภาพการนำไฟฟ้าที่ดี จึงมีความเหมาะสมสำหรับขั้วไฟฟ้า (electrode) ในตัวเก็บประจุยิ่งยวด (supercapacitor) ซึงเป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานไฟฟ้าที่มีค่าความจุต่อน้ำหนัก(Specific capacitance)สูง และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานสามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าได้หลายประเภท เช่น ระบบเบรกรถยนต์ที่กักเก็บพลังงานกลและแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าไว้ได้ (Regenerative braking) ในกระบวนการผลิตแอโรเจลนั้น พบปัญหาในการใช้สารฟอร์มาลดีไฮด์ (Formaldehyde) ซึ่งเป็นพิษที่อันตรายต่อสุขภาพของสิ่งมีชีวิต และมีการเกิดแก๊สพิษ (ClO2, NO2, N2O4) ดังนั้นในการศึกษาวิจัยในครั้งนี้จึงผลิตแกรฟีนแอโรเจล โดยใช้กระบวนการโซล-เจล (sol-gel) และฟรีซดราย (freeze-drying) และปรับปรุงใช้กระบวนการผลิตแกรฟีนแอโรเจลที่เป็นมิตรต่อธรรมชาติ