Microwave-assisted Solid State Synthesis of Cathode Materials Incorporating Chitin for Lithium Iron Phosphate Batteries
Doctor of Philosophy (Sustainable Energy Management), 2022
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | English |
| Published: |
Prince of Songkla University
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18084 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | English |
| id |
th-psu.2016-18084 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
th-psu.2016-180842023-04-21T09:06:51Z Microwave-assisted Solid State Synthesis of Cathode Materials Incorporating Chitin for Lithium Iron Phosphate Batteries การสังเคราะห์วิธีโซลิตสเตตโดยใช้ไมโครเวฟช่วยในการผลิตวัสดุแคโทดร่วมกับไคตินสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอรอนฟอสเฟส Ekawat Ratchai Montri Luengchavanon Kuaanan Techato Faculty of Environmental Management (Environmental Management) คณะการจัดการสิ่งแวดล้อม สาขาวิชาการจัดการสิ่งแวดล้อม Lithium Iron Phosphate Batteries Carbon Coating Microwave-assisted Solid State Synthesis Doctor of Philosophy (Sustainable Energy Management), 2022 Cathode materials have long been recognized as an important component for lithium iron phosphate (LFP) batteries due to their low production costs, high safety, non-toxicity, and environmental friendliness. However, cathode materials made from lithium iron phosphate have the disadvantage of poor electrical conductivity and low energy density. Such disadvantages can be improved by synthesis methods and carbon coating methodologies on the cathode material. This thesis therefore aims to improve cathode efficiency for lithium iron phosphate batteries. A microwave-assisted solid-state method with chitin (LFPM) was used to synthesize cathode materials for lithium iron phosphate batteries. The results revealed that the carbon element from chitin-coated LFPM material is 19.80 wt%, which can be homogeneously mixed for LFPM material and has an average particle size of ∼380 nm. The optimal time for the synthesis of the LFPM cathode material by the microwave-assisted solid-state method is 5 minutes, resulting in a phase pure, high-quality crystalline, and the most electrical conductivity. Regarding the electrochemical performance, the initial charge and discharge capacities were 108.88 and 112.23 mAh/g at 1C-rate, respectively, the columbic efficiency was 97.01%, and the capacity retention was 99.99% after 20 charge and discharge cycles. The initial energy density was 336.68 Wh/kg. It can be concluded that the cathode material for lithium iron phosphate batteries synthesized by the microwave-assisted solid-state method coated with carbon derived from chitin has good electrical performance, which can be manufactured on a large scale and is commercially feasible. วัสดุแคโทดเป็นส่วนประกอบที่สำคัญสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอรอนฟอสเฟต (LFP) เนื่องด้วยต้นทุนในการผลิตต่ำ, มีความปลอดภัยสูง, ไม่เป็นพิษและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตามวัสดุแคโทดที่ผลิตจากลิเทียมไอรอนฟอสเฟตมีข้อเสียคือมีการนำไฟฟ้าที่ไม่ดีและมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำ ซึ่งข้อเสียดังกล่าวสามารถปรับปรุงและแก้ไขได้ด้วยกระบวนการสังเคราะห์และการเคลือบคาร์บอนที่วัสดุแคโทด วิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอรอนฟอสเฟต โดยใช้ไมโครเวฟช่วยวิธีโซลิดสเตตร่วมกับไคติน (LFPM) เพื่อสังเคราะห์วัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอรอนฟอสเฟต ผลการศึกษาพบว่า 1) ปริมาณคาร์บอนจากไคตินที่เคลือบวัสดุ LFPM เท่ากับ 19.80 wt% และเป็นเนื้อเดียวกันกับวัสดุ LFPM มีขนาดอนุภาคเฉลี่ยประมาณ 380 nm, 2) เวลาที่เหมาะสมที่สุดในการสังเคราะห์วัสดุแคโทด LFPM โดยการใช้ไมโครเวฟช่วยวิธีโซลิดสเตต คือ 5 นาที ทำให้วัสดุมีผลึกที่บริสุทธิ์ คุณภาพสูงและมีค่านำไฟฟ้ามากที่สุด และ 3) เมื่อทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเคมี พบว่าความจุเริ่มต้นในการอัดและคายประจุเท่ากับ 108.88 และ 112.23 mAh/g ที่อัตรา 1C-rate ตามลำดับ, ค่า columbic efficiency เท่ากับ 97.01% และค่า capacity retention เท่ากับ 99.99% หลังการอัดและคายประจุครบ 20 รอบ และมีค่าความหนาแน่นพลังงานเริ่มต้นเท่ากับ 336.68 Wh/kg จึงสามารถสรุปได้ว่าวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่ลิเทียมไอรอนฟอสเฟตที่สังเคราะห์ด้วยกระบวนการไมโครเวฟช่วยวิธีโซลิดสเตตร่วมกับไคติน มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดี สามารถนำไปพัฒนาและต่อยอดในการผลิตเชิงพานิชย์ต่อไป 2023-04-21T09:06:50Z 2023-04-21T09:06:50Z 2022 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18084 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf Prince of Songkla University |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
English |
| topic |
Lithium Iron Phosphate Batteries Carbon Coating Microwave-assisted Solid State Synthesis |
| spellingShingle |
Lithium Iron Phosphate Batteries Carbon Coating Microwave-assisted Solid State Synthesis Ekawat Ratchai Microwave-assisted Solid State Synthesis of Cathode Materials Incorporating Chitin for Lithium Iron Phosphate Batteries |
| description |
Doctor of Philosophy (Sustainable Energy Management), 2022 |
| author2 |
Montri Luengchavanon |
| author_facet |
Montri Luengchavanon Ekawat Ratchai |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
Ekawat Ratchai |
| author_sort |
Ekawat Ratchai |
| title |
Microwave-assisted Solid State Synthesis of Cathode Materials Incorporating Chitin for Lithium Iron Phosphate Batteries |
| title_short |
Microwave-assisted Solid State Synthesis of Cathode Materials Incorporating Chitin for Lithium Iron Phosphate Batteries |
| title_full |
Microwave-assisted Solid State Synthesis of Cathode Materials Incorporating Chitin for Lithium Iron Phosphate Batteries |
| title_fullStr |
Microwave-assisted Solid State Synthesis of Cathode Materials Incorporating Chitin for Lithium Iron Phosphate Batteries |
| title_full_unstemmed |
Microwave-assisted Solid State Synthesis of Cathode Materials Incorporating Chitin for Lithium Iron Phosphate Batteries |
| title_sort |
microwave-assisted solid state synthesis of cathode materials incorporating chitin for lithium iron phosphate batteries |
| publisher |
Prince of Songkla University |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/18084 |
| _version_ |
1764209950388649984 |