ปิโตรเลียมโค๊ก หนึ่งในวัตถุดิบที่ใช้ผลิตแอโนดในแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน

จากบทความเรื่องรู้จักกับแบตเตอรี่ เรารู้จักวิธีวิเคราะห์ธาตุหลักที่ใช้ทำขั้วแคโทดกันไปแล้ว วันนี้เราจะพูดถึงวัตถุดิบที่ใช้ผลิตขั้วแอโนดกันบ้างครับ ปิโตรเลียมโค๊กหรือ petcoke เป็นของที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ โดยมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก แบ่งด้วยกันเป็นสองประเภท คือแบบกำมะถันต่ำ และแบบกำมะถันสูง ซึ่งการมีอยู่ของกำมะถันนี้จะทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลงครับ

การวิเคราะห์ปริมาณคาร์บอน กำมะถัน ในปัจจุบันสามารถทำได้ง่ายขึ้น ด้วยเทคนิคที่เรียกว่าการวิเคราะห์ปริมาณธาตุอินทรีย์ CHNS/O โดยพัฒนาจากวิธีของ DUMAS ซึ่งในวันนี้เราจะมารู้จักกับการใช้เทคนิคนี้ในการวิเคราะห์ปริมาณคาร์บอน และกำมะถันในตัวอย่างปิโตรเลียมโค๊กกันครับ

ในการวิเคราะห์ธาตุ CHNS จะใช้ก๊าซอ๊อกซิเจนเป็นตัวสันดาปครับ ในส่วนของการวัด O จะใช้เทคนิคไพโรไลซิสหรือการเผาโดยไม่ใช้อ๊อกซิเจนครับ โดยในวันนี้เพื่อให้ท่านผู้อ่านได้เข้าใจง่ายขึ้น และเห็นภาพรวมชัดเจนขึ้น ทางผู้เขียนจะทำการวิเคราะห์ CHNS ทั้งสี่ธาตุในตัวอย่างปิโตรเลียมโค๊กครับ เนื่องจากสามารถใช้เตาเผาเดียวกันได้ และสามารถวิเคราะห์พร้อมกันได้อัตโนมัติ มีความรวดเร็ว แต่ยังคงมีประสิทธิภาพ และความถูกต้องแม่นยำที่สุดครับ

เริ่มจากการศึกษาแผนภาพ เพื่อทำการอธิบายเครื่องมือที่ใช้วิเคราะห์ด้วยเทคนิคนี้ครับ

รูปที่ 1 แผนภูมิภาพแสดงหลักการทำงานของการวิเคราะห์ โดยในชุดเครื่องมือดังกล่าวจะมีการเผาด้วยกันสองแบบดังที่กล่าวข้างต้น เตาเผาด้านซ้ายมือจะใช้เทคนิค Combustion หรือการเผาโดยใช้อ๊อกซิเจนเป็นอ๊อกซิแดนท์ ใช้สำหรับการวิเคราะห์คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน และกำมะถันในตัวอย่าง ขณะที่เตาเผาซ้ายมือจะใช้เทคนิค Pyrolysis หรือการเผาแบบไม่ใช้อ๊อกซิเจน โดยผลผลิตที่ได้จากการผ่านการเผาจะผ่านปฏิกิริยารีด๊อกซ์ เพื่อให้สารใหม่ที่เสถียรและสามารถตรวจวัดได้ด้วยหัวอ่านแบบ TCD พร้อมประมวลผลผ่านโปรแกรมที่ชื่อว่า Eager Xperience

จากการนำตัวอย่างปิโตรเลียมโค๊ก และตัวอย่างชนิดอื่นๆมาวิเคราะห์เพื่อให้เห็นภาพชัดขึ้น สามารถตรวจวิเคราะห์ปริมาณของธาตุอินทรีย์ได้ดังนี้

ตารางแสดงผลการวิเคราะห์ปริมาณธาตุอินทรีย์อันประกอบด้วย ไนโตรเจน คาร์บอน ไฮโดรเจน และกำมะถัน ในตัวอย่างปิโตรเลียมโค๊ก และตัวอย่างอื่นๆ

โดยสรุป

ในกระบวนการผลิตขั้วแอโนดของแบตเตอรี่ชนิดลิเธียม-ไอออน ในทางอุดมคติ การใช้ Single Atom Carbon ดูเหมือนว่าจะมีประสิทธิภาพดีที่สุด อย่างไรก็ตามการใช้แกรไฟท์ซึ่งในปัจจุบันมีทั้งทางธรรมชาติและสังเคราะห์โดยเริ่มจากการนำปิโตรเลียมโค๊กมาผ่านกระบวนการทางเคมีโดยใช้คะตะลิสต์ชนิดต่างๆเป็นตัวเร่ง ต่างมีข้อดีและข้อจำกัดที่แตกต่างกัน ในขณะที่ความต้องการการใช้แบตเตอรี่ชนิดลิเธียม-ไอออนสูงขึ้น นักวิทยาศาสตร์และวิศวกร ต่างพัฒนารูปแบบของเจ้าขั้วไฟฟ้าเหล่านี้ให้ผลิตง่ายขึ้น ประหยัดขึ้น สามารถมีวงรอบของการใช้งานดีขึ้น จึงไม่แปลกเลยที่อนาคตอาจมีขั้วแอโนดทำด้วยวัสดุหรือเทคโนโลยีล้ำๆอื่นๆ ปรากฏแก่สายตาชาวโลก

ในบทความนี้ผู้เขียนต้องขอบคุณทางบริษัท Thermo Fisher Scientific ประเทศสหรัฐอเมริกาที่ได้ให้ข้อมูลการวิเคราะห์ธาตุอินทรีย์ในตัวอย่างปิโตรเลียมโค๊กและวัสดุอื่นที่มีลักษณะเดียวกัน ทางบริษัท ซายน์ สเปค จำกัด ในนามของตัวแทนจำหน่ายและผู้เชียวชาญในการวิเคราะห์ทางเคมีในประเทศไทยจึงขอจบบทความนี้ด้วยหน้าตาเครื่องมือที่ใช้ในครั้งนี้กันครับ หวังว่าผู้อ่านจะได้รับความรู้และหากมีคำถามใด สามารถติดต่อผ่านช่องทางโซเชียลมีเดียของทางบริษัทได้ทุกช่องทางครับ