การศึกษาลักษณะเฉพาะของขั้วแคโทดลิเธียมไอรอนฟลูออโรฟอสเฟตที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ; A Study into the Characteristics of Lithium Iron Fluorophosphate Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries

บทความนี้ได้ศึกษาลักษณะเฉพาะของลิเธียมไอรอนฟลูออโรฟอสเฟตที่ใช้เป็นขั้วแคโทดในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยลักษณะเฉพาะที่ได้ศึกษาคือการวิเคราะห์โครงสร้างทางจุลภาคและโครงสร้างผลึกก่อนและหลังการชาร์จและดิสชาร์จ การทดสอบความจุของแบตเตอรี่และการทดสอบปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมี ซึ่งในการศึกษาได้ทำการสังเคราะห์ผงอนุภาคลิเธียมไอรอนฟลูออโรฟอสเฟต (LiFePO4F) ด้วยวิธี Solid-state จากนั้นนำผงที่สังเคราะห์ได้มาศึกษาลักษณะทางโครงสร้างจุลภาคด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และวิเคราะห์โครงสร้างผลึกที่เปลี่ยนไปด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ (XRD) ทั้งก่อนและหลังการการทดสอบแบตเตอรี่ด้วยการชาร์จและดิสชาร์จแบบใช้กระแสคงที่ (Galvanostatic Charge - Discharge) จากผลการศึกษาพบว่าโครงสร้างผลึกที่เปลี่ยนไปเมื่อทำการเปลี่ยนอัตราการชาร์จจะมีผลต่อความจุของแบตเตอรี่ โดยเมื่อทดสอบด้วยอัตราการชาร์จ 0.5C และ 2C จะมีความจุแบตเตอรี่ในตอนดิสชาร์จครั้งแรก 129 mAh/g และ 102 mAh/g ตามลำดับ และเมื่อทดสอบการชาร์จและดิสชาร์จแบตเตอรี่เป็นจำนวน 30 รอบจะเหลือความจุแบตเตอรี่ 114 mAh/g และ 63 mAh/g หรือเหลือความจุเพียง 88% และ 61% ตามลำดับ นอกจากนี้ยังศึกษาถึงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเคมีของแบตเตอรี่ด้วยเทคนิค Cyclic Voltammetry เพื่อดูการเกิดปฏิกิริยาและการแพร่กระจายของลิเธียมไอออนในเซลล์แบตเตอรี่ จากผลการศึกษาพบว่าแบตเตอรี่ที่ใช้ขั้วแคโทด LiFePO4F จะเกิดปฏิกิริยาที่แรงดัน 2.75V และมีการแพร่กระจายของลิเธียมไอออนภายในแบตเตอรี่ 1.05x10-13 cm2/s ; This research studies the structural and capacity fading on cycling of Lithium Iron Fluorophosphate (LiFePO4F) as a cathode material for lithium-ion batteries. LiFePO4F powders is synthesized by solid-state reaction and characterized by Scanning Electron Microscope (SEM) and X-ray Diffraction (XRD). From XRD results, the crystal structure change affected to capacity fading on cycling of battery. Cycling charge-discharge performance is carried at two rates: 0.5C and 2C. The corresponding initial discharge capacity are 129 mAh/g and 102 mAh/g at 0.5C and 2C rate, respectively. By the end of the 30th cycle, the discharge capacity decay to 114 mAh/g (88%) and 63 mAh/g (61%), respectively. Moreover, the electrochemical performance is examined by cyclic voltammetry (CV) for determine the reaction of cell voltage and Li-ion diffusivity. From CV results, the oxidation peak were found to be at 2.75V and the Li-ion diffusivity a value of 1.05x10-13 cm2/s