สะพานไออนจากแผ่นกราฟีนออกไซต์

By: mementototem
Writer
on Thu, 15/11/2012 - 21:40

แบตเตอรี่ที่ใช้กันโดยทั่วไป จัดเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดกัลวานิก (galvanic cell) หลักการผลิตกระแสไฟฟ้าของมันคือ ตัวเซลล์จะแบ่งออกเป็นสองฝั่ง คือ ฝั่งแอนไอออน (anion) สารอิเล็กโทรไลต์จะทำปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ขั้วแอโนด (anode) ได้ไอออนประจุลบ ส่วนฝั่งแคทไอออน (cation) สารอิเล็กโทรไลต์จะทำปฏิกิริยารีดักชันที่ขั้วแคโทด (cathode) ได้ไอออนประจุบวก อิเล็กตรอนจะไหลจากฝั่งแอนไอออนไปยังฝั่งแคทไอออนผ่านขั้วไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ในขณะเดียวกัน ไอออนที่เกิดขึ้นทั้งสองฝั่ง จะไหลผ่าน สะพานไอออน (บางคนอาจจะเรียกว่า สะพานเกลือ - salt bridge ตามภาษาอังกฤษ) ไปยังฝั่งตรงข้าม เพื่อรักษาความสุมดุลทางไฟฟ้าเอาไว้ ไม่เช่นนั้นปฏิกิริยาทั้งสองจะหยุด (ดูภาพการทำงานได้จากเว็บมหิดล)

สะพานไอออนที่ใช้กันอยู่ มี 2 ชนิดคือ แบบท่อแก้วที่บรรจุสารอิเล็กโทรไลต์ และแบบกระดาษกรองชุบสารอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งสารอิเล็กโทรไลต์นี้จะต้องไม่ทำปฏิกิริยากับสารอิเล็กโทรไลต์ทั้งสองฝั่ง

Jiaxing Huang และ Morris E. Fine Junior ศาตราจารย์ด้านการผลิตและวัสดุศาสตร์แห่ง McCormick School of Engineering and Applied Science มีความคิดที่จะใช้ช่องว่างตามธรรมชาติที่เกิดจากการซ้อนกันของแผ่นกราฟีนออกไซต์มาทำเป็นสะพานไอออน แม้ว่ามันจะเป็นความคิดที่บ้าบอไปสักหน่อย แต่มันกลับได้ผลอย่างไม่น่าเชื่อ

ทั้งคู่ทดลองโดยใช้กรรไกรธรรมดา ๆ ตัดแผ่นกราฟีนออกไซต์ออกเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้ายาว 1 ซ.ม. เคลือบด้วยโพลีเมอร์ แล้วเจาะหัวท้ายนำสารอิเล็กโทรไลต์ใส่เข้าไปในรูที่เจาะ หลังจากนั้นนำขั้วไฟฟ้าไปจุ่มในสารอิเล็กทรอไลต์ และวัดกระแสไฟฟ้า พบว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ซึ่งกระแสไฟฟ้าที่ได้มีปริมาณมากกว่าการใช้สะพานไอออนแบบเดิม แสดงให้เห็นว่ามีไออนสามารถไหลผ่านช่องว่างของแผ่นกราฟีนออกไซต์ได้เป็นอย่างดี นอกจากนี้ แม้ว่าจะงอแผ่นกราฟีนออกไซต์ ก็ยังมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นตามปกติ

แผ่นกราฟีนออกไซต์ คือแผ่นกราฟีนที่มีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบ ทำได้โดยใช้ผงกราไฟต์ราคาถูก และปฏิกิริยาทางเคมีที่รู้จักกันมากว่าศตวรรษ ส่วนการเพิ่มปริมาณช่องว่างสำหรับให้ไอออนไหลก็ทำได้ง่าย ๆ ด้วยการซ้อนแผ่นกราฟีนออกไซต์เพิ่มเข้าไปเท่านั้นเอง

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน Journal of the American Chemical Society DOI:10.1021/ja308167f

ที่มา: Phys.org

แผ่นกราฟีนออกไซต์ (GO paper) ทำหน้าที่เป็นสะพานไอออน, เครดิต: JACS
เครดิต: JACS

4 Comments

mementototem's picture

ไม่ว่าจะง่ายแค่ไหน สุดท้ายแล้วมันขึ้นอยู่กับว่า จะผลิตจริงในระดับอุตสาหกรรมได้ไหม และเมื่อไหร่

rerngrit's picture

ตอนแรก อ่าน ออกไซต์ เข้าใจว่า go out to site งงเลย กราฟีนมันจะออกไปไซต์ไหน :-D
oxide น่าจะ ด์ นะครับ :)