วัสดุคั่นแบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออนจากผักตบชวา

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

วัชพล คำเรือง, กฤตพิชญ์ อนุสุนัย, นัยน์ยภัค ปลอดฟัก

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ภรพนา บัวเพชร์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนสาธิตมหาวิทยาลัยทักษิณ ฝ่ายมัธยม

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2566

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

เนื่องจากในปัจจุบันมีความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นอย่างมาก ประกอบกับแบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไออนมีข้อเสียคือ ราคาวัตถุดิบและราคาการผลิตที่สูง โดยประกอบกับปัญหาสิ่งแวดล้อมในปัจจุบันที่มีมากขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับจังหวัดพัทลุงเป็นจังหวัดหนึ่งที่มีแหล่งน้ำทะเลน้อย เป็นทะเลสาบน้ำจืดที่ใหญ่ที่สุดของประเทศไทยที่มีปัญหาสิ่งแวดล้อมในด้านต่างๆ เช่น ปัญหาน้ำเสีย อันมีหลายสาเหตุ เช่น การมีวัชพืชจำนวนมากในน้ำ โดยในแหล่งน้ำทะเลน้อยมีวัชพืชหลายชนิดเช่น ผักตบชวา คือ วัชพืชที่มีโทษหลายประการหากมีมากเกิน เช่น ผักตบชวามีการขยายพันธุ์ที่รวดเร็วส่งผลทำให้หากปล่อยไว้ผักตบชวาจะเจริญเติบโตมากจนปกคลุมแหล่งน้ำทำให้แสงส่องไม่ถึง แหล่งน้ำขาดออกซิเจนเพราะอากาศในน้ำไม่ถ่ายเท จนในที่สุดเกิดปัญหาน้ำเสีย ซึ่งหากปล่อยผักตบชวาไว้ในแหล่งน้ำทะเลน้อยให้จำนวนมาก จะส่งทรงผลให้น้ำเสีย และจังหวัดพัทลุงมีแผนพัฒนาจังหวัดพัทลุง โดยมุ่งเน้นการจัดการทรัพยากรธรรมชาติ เพื่อเป็นหลักประกันของการเติบโต บนคุณภาพชีวิตดีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่ยั่งยืน ทางคณะผู้จัดทำได้เล็งเห็นความสำคัญ จึงได้จัดทำโครงงานนี้ขึ้นมา โครงงานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อนำวัชพืชน้ำมาผลิตเป็นวัสดุคั่นสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (Li-ion battery) ด้วยกระบวนการผลิตกระดาษ (Paper making method) และใช้เทมโปเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน (TEMPO oxidation) เพื่อใช้เป็นวัสดุทางเลือกหรือทดแทนวัสดุคั่นเชิงพาณิชย์แบบดั้งเดิมที่ทำมาจากโพลิเมอร์ปิโตรเลียม ได้แก่ Polypropylene (PP) หรือ Polyethylene (PE) ซึ่งมีข้อจำกัดในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ในด้านเสถียรภาพทางความร้อน ความสามารถในการเปียกสารอิเล็กโทรไลต์ และการนำไอออน อีกทั้งเป็นการส่งเสริมกระบวนการผลิตอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน (Energy storage devices) โดยใช้พลังงานหมุนเวียน (Renewable energy) จากวัชพืชในท้องถิ่นซึ่งเป็นการช่วยแก้ปัญหาการกำจัดวัชพืชที่มีจำนวนมากและเป็นสาเหตุของน้ำเน่าเสียที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและระบบนิเวศน์ในบริเวณพื้นที่ชุ่มน้ำทะเลน้อย ซึ่งเป็นแหล่งท่องเที่ยวที่สำคัญของจังหวัดพัทลุง โดยเริ่มต้นจากการเตรียมเส้นใยเซลลูโลสจากวัชพืชน้ำ การฟอกเยื่อ และการขึ้นรูปแผ่นวัสดุแบบกระดาษด้วยเฟรมไม้ขนาด 21 cm x 30 cm โดยทำการควบคุมความหนาของแผ่นวัสดุจากปริมาณเยื่อแห้งตอนเริ่มต้นและเวลาที่ใช้ในการตีเยื่อ เพื่อให้ได้ความหนาที่ใกล้เคียงกับวัสดุคั่นที่จำหน่ายในท้องตลาดและมีต้นทุนต่ำกว่า หลังจากนั้นทำการทดสอบและเปรียบเทียบสมบัติของวัสดุคั่นชนิดเซลลูโลสกับวัสดุคั่นแบบดั้งเดิม ได้แก่ สมบัติทางกายภาพได้แก่ ความหนา ความพรุน และความถ่วงจำเพาะ เสถียรภาพทางความร้อน ความสามารถในการเปียกสารอิเล็กโทรไลต์ ความเค้นแรงดึงและโมดูลัส สำหรับการประเมินความเป็นไปได้ในการใช้เป็นวัสดุทางเลือกหรือทดแทนนั้น ได้ทำการตัดแผ่นวัสดุคั่นให้เป็นวงกลมที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 mm แล้วนำไปประกอบเซลล์แบตเตอรี่แบบเหรียญหรือเม็ดกระดุม (Coin cell or button cell) ขนาด 2032 เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ และวิเคราะห์หาค่าความหนาแน่นพลังงาน