KMITL Expo 2026 LogoKMITL 66th Anniversary 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

PRIVARY

คณะอุตสาหกรรมอาหาร

PRIVARY

The "PRIVARY" product is an innovative herbal jelly beverage designed to support weight management and promote health through the benefits of four Thai herbs: roselle, safflower, chrysanthemum, and bitter melon. These herbs are rich in active compounds such as flavonoids, beta-carotene, and anthocyanins, which help reduce blood lipids, prevent inflammation, and exhibit antioxidant properties. The product emphasizes convenience and caters to health-conscious consumers using advanced production techniques like Inverse and External Gelation to create spheres encapsulating key bioactive compounds. Additionally, the product aligns with sustainability goals by enhancing the value of Thai herbs and supporting local communities.

Read more
KIOSK: Smart Board Information Interactive Display

คณะวิศวกรรมศาสตร์

KIOSK: Smart Board Information Interactive Display

This project presents an interactive kiosk system designed to facilitate students, staff, and visitors within the university campus. The kiosk provides real-time event updates, news, and university document access via QR codes or email. It integrates a 3D map of the engineering department with navigation assistance, allowing users to locate offices and other facilities efficiently. Additionally, it features a room booking system, enabling users to reserve spaces through an online platform and check in via QR code scanning at the kiosk. By integrating digital technology and smart urban solutions, this system enhances accessibility, campus management, and visitor experience.

Read more
The Development of Hand Gesture Recognition for Controlling Electronic Devices

คณะวิทยาศาสตร์

The Development of Hand Gesture Recognition for Controlling Electronic Devices

This research will begin with a review of literature and related studies to examine existing technologies and methods for hand gesture recognition and their applications in controlling electronic devices such as drones, robots, and gaming systems. Subsequently, a hand gesture recognition system will be designed and developed using machine learning and computer vision techniques, with a focus on creating an algorithm that operates quickly and accurately, making it suitable for real-time control. The developed system will be tested and refined using various simulated scenarios to evaluate its efficiency and accuracy in diverse environments. Additionally, a user-friendly interface will be developed to ensure accessibility for all user groups. The research will also incorporate qualitative studies to gather feedback from both novice users and experts, which will contribute to further system improvements, ensuring it effectively meets user needs. Ultimately, the findings of this research will lead to the development of a functional prototype for gesture-based control, which can be applied in industries and entertainment. This will contribute to advancements in innovation and new technologies in the future.

Read more