KMITL Innovation Expo 2025 Logo

Development of Carbon Nanofiber Composite Materials for Supercapacitors in Energy Storage

Development of Carbon Nanofiber Composite Materials for Supercapacitors in Energy Storage

Abstract

This study presents the development of carbon-based multiphase metal oxide nanocomposites (CNF@MOx; M = Ag, Mn, Bi, Fe) incorporating silver, manganese, bismuth, and iron nanoparticles within polyacrylonitrile (PAN)-derived carbon nanofibers. These nanocomposites were fabricated via the electrospinning technique followed by annealing in an argon atmosphere. The resulting nanofibers exhibited a uniform structure, with diameters ranging from 559 to 830 nm and embedded nanoparticles of 9-21 nm. Structural characterization confirmed the presence of various oxidation states of metal oxides, which play a crucial role in charge storage mechanisms. Electrochemical performance testing demonstrated that CNF@Ag/Mn/Bi/Fe-20 achieved the highest specific capacitance of 156 F g⁻¹ at a scan rate of 2 mV s⁻¹ and exhibited excellent cycling stability, retaining over 96% of its capacitance after 1400 charge-discharge cycles. The synergistic combination of electric double-layer capacitance and redox-based charge storage enhances the performance of these nanofibers as promising electrode materials for supercapacitor applications.

Objective

ในปัจจุบัน ความต้องการใช้พลังงานสะอาดและเทคโนโลยีการเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากแหล่งพลังงานดั้งเดิม เช่น น้ำมันและถ่านหิน มีข้อจำกัดด้านทรัพยากรและก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ตัวเก็บประจุยิ่งยวด (Supercapacitor) ได้รับความสนใจอย่างมากในฐานะอุปกรณ์เก็บพลังงานที่มีความสามารถในการชาร์จ-คายประจุได้อย่างรวดเร็ว อายุการใช้งานยาวนาน และมีเสถียรภาพสูง อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดหลักของตัวเก็บประจุยิ่งยวดในปัจจุบันคือความสามารถในการเก็บพลังงานที่ต่ำเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ ทำให้เกิดความจำเป็นในการพัฒนาวัสดุอิเล็กโทรดที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น โครงงานนี้มุ่งเน้นการพัฒนา เส้นใยนาโนคาร์บอนผสมออกไซด์ของโลหะหลายเฟส (CNF@MOx; M = Ag, Mn, Bi, Fe) โดยใช้เทคนิคอิเล็กโทรสปินนิ่งและกระบวนการแคลไซน์ เพื่อเพิ่มความสามารถในการเก็บประจุของตัวเก็บประจุยิ่งยวด วัสดุที่ได้มีศักยภาพในการรวมกลไกการเก็บพลังงานแบบชั้นคู่ไฟฟ้า (Electric Double Layer Capacitance; EDLC) และกระบวนการรีดอกซ์ (Pseudocapacitance) ซึ่งช่วยเพิ่มค่าความจุจำเพาะและประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุ เหตุผลที่ทำโครงการนี้ 1. ตอบสนองต่อความต้องการเทคโนโลยีการเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง – การพัฒนาตัวเก็บประจุยิ่งยวดที่สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้น จะช่วยให้สามารถนำไปใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระบบพลังงานหมุนเวียนได้ดีขึ้น 2. การพัฒนาวัสดุอิเล็กโทรดที่มีต้นทุนต่ำและมีประสิทธิภาพสูง – วัสดุที่พัฒนาขึ้นในโครงการนี้ใช้เส้นใยนาโนคาร์บอนร่วมกับโลหะออกไซด์ ซึ่งเป็นวัสดุที่มีต้นทุนต่ำและสามารถผลิตได้ในปริมาณมาก 3. เพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของเทคโนโลยีตัวเก็บประจุยิ่งยวด – การปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุอิเล็กโทรดจะช่วยให้ตัวเก็บประจุยิ่งยวดสามารถแข่งขันกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้ดีขึ้นในแง่ของประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน 4. มีศักยภาพในการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมพลังงานและอิเล็กทรอนิกส์ – วัสดุที่พัฒนาขึ้นสามารถนำไปใช้ในระบบกักเก็บพลังงาน หม้อแปลงไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และยานยนต์ไฟฟ้า โครงการนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการช่วยพัฒนาเทคโนโลยีตัวเก็บประจุยิ่งยวดและส่งเสริมการใช้พลังงานสะอาดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

Other Innovations

Lumina Rosa

คณะสถาปัตยกรรม ศิลปะและการออกแบบ

Lumina Rosa

This conceptual model, inspired by the Rose Window in Gothic architecture, embodies intricate geometric patterns that reflect divine harmony and balance. Its symmetrical structure and the interplay of light passing through stained glass create a sense of movement, enhancing the sacred and mystical atmosphere. The composition evokes a celestial presence, like a window to heaven.

Read more
THE DEVELOPMENT OF LEARNING ACHIEVEMENT THE USE OF THE INTEGRATED FARMING SYSTEM BOARD GAME FOR THIRD-YEAR VOCATIONAL CERTIFICATE STUDENTS AT RATCHABURI COLLEGE OF AGRICULTURE AND TECHNOLOGY

คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี

THE DEVELOPMENT OF LEARNING ACHIEVEMENT THE USE OF THE INTEGRATED FARMING SYSTEM BOARD GAME FOR THIRD-YEAR VOCATIONAL CERTIFICATE STUDENTS AT RATCHABURI COLLEGE OF AGRICULTURE AND TECHNOLOGY

This study aims to develop a board game for teaching Integrated Farming System and to examine the learning achievement of third-year vocational certificate students at Ratchaburi College of Agriculture and Technology who used the board game as a learning tool. The research instruments included a board game developed using the Educational Boardgame Design Canvas. The board game is a strategic planning game consisting of five game boards, and 166 cards categorized into four types: 30 event cards, 60 special action cards, 16 character cards, and 60 production cards. It also includes 180 resource tokens of six kinds: 60 water tokens, 60 soil tokens, 45 plant product tokens, 45 animal product tokens, 45 aquatic product tokens, and 45 currency tokens. Additional components include one die and five player aid sheets. The game emphasizes planning and decision-making in integrated farming to maximize production and achievement points under game conditions and simulated scenarios. Research tools also included pre-and post-tests and a satisfaction questionnaire. The results indicated that students’ average scores significantly increased at the .05 level after using the board game, with the average pre-test score at 6.54 and the post-test score rising to 17.71. Additionally, an analysis of student satisfaction with board game-based learning revealed a high level of satisfaction (mean score = 4.45). The highest-rated aspects were the teacher’s implementation of post-tests (mean score = 4.69) and the engaging and diverse teaching methods used (mean score = 4.66).

Read more
Prototypal Community Center for Bangkok's Future Net Zero Ambitions

คณะสถาปัตยกรรม ศิลปะและการออกแบบ

Prototypal Community Center for Bangkok's Future Net Zero Ambitions

This project is a carbon safe haven of Bangkok, aspiring to be the prototypal gateway of the future's carbon net zero ambitions. The project aims to answer the fundamental "flaw" of the existing urban fabric, still being extremely inefficient and highly polluting. Conversely, Carbon Oasis would not only create its own energy, but look to provide its excess energy and water surplus' back to the city and its surroundings. Taking parts of the existing city and implementing new concepts to inspire a change in the urban fabric and its people.

Read more