สจล. พัฒนาระบบกักเก็บพลังงาน ที่ใช้จากวัสดุคอมโพสิตนาโนรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์กับถ่านกัมมันต์จากเปลือกข้าวโพดเหลือทิ้งการเกษตร ประดิษฐ์ต่อยอดเป็นขั้วไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์ตัวเก็บประจุยิ่งยวด

ศาสตราจารย์ ดร. เชรษฐา รัตนพันธ์ หัวหน้าทีมนักวิจัย ร่วมกับคณะนักวิจัย สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง มีบทบาทความสำคัญใน การผู้บุกเบิกสร้าง “โรงงานต้นแบบผลิตกราฟีนระบบอัตโนมัติระดับอุตสาหกรรมแห่งแรกในประเทศไทย” ณ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง (สจล.)ที่ กำลังการผลิตประมาณ 15 กิโลกรัมต่อเดือนที่สามารถผลิตได้ทั้ง วัสดุกราฟีนออกไซด์ แบบของเหลวและแบบผง และ วัสดุรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ทั้งแบบของเหลวและแบบผง และยังได้ต่อยอด พัฒนา “ต้นแบบเครื่องผลิตวัสดุนาโนควอนตัมดอทกราฟีนระดับโรงงานอุตสาหกรรม” ที่กำลังผลิตขนาด 40-80 ลิตรต่อวันที่ความเข้มข้นสารละลายในน้ำ ID ที่ 0.25g/L

จากความสามารถในการผลิต วัสดุกราฟีนออกไซด์ วัสดุรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ และวัสดุควอนตัมดอทกราฟีนได้เป็นจำนวนมากในระดับอุตสาหกรรม และมีราคาถูกกว่านำการเข้าจากต่างประเทศ จึงทำให้ได้เปรียบในการต่อยอดงานวิจัยการวิจัยและต่อพัฒนานวัตกรรม เป็นอุปกรณ์ ตัวเก็บประจุยิ่งยวด และแบตเตอรี่ เป็นผลให้คณะนักวิจัยความสามารถทำการวิจัยตั้งแต่การวิจัยเชิงพื้นฐานในระดับ TRL 1-3  สู่พัฒนานวัตกรรมสู่อุตสาหกรรมในระดับ TRL 4-7  และขยายเพื่อการมุ่งสู่เชิงพานิชย์ที่ ในระดับTRL 8-9 ได้ตลอดทั้งสายโซ่การวิจัยและพัฒนา ซึ่งเป็นทำงานที่ตอบโจทย์ต่อสังคม อุตสาหกรรม และเชิงพานิชย์ได้อย่างแท้จริงและได้อย่างยังยืน

งานวิจัยนี้ได้ใช้ผงกราฟีนออกไซด์ (GO) มาเป็นสารตั้งต้นสำหรับปรับปรุงให้เกิดเป็นวัสดุนาโน 2 มิติ รีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ (rGO) ที่มีคุณภาพสูงที่ค่าพื้นผิวจำเพาะสูงและให้ค่าความจุไฟฟ้าจำเพาะสูง ซึ่งเหมาะสำหรับประดิษฐ์ขั้วไฟฟ้าตัวเก็บประจุยิ่งยวด โดยได้ใช้วิธีการปรับปรุงคุณภาพ GO ด้วยกลไกการแผ่รังสีคลื่นไมโครเวฟ ภายในห้องเตาอบไมโครเวฟรุ่นที่มีกำลังไฟฟ้าสูงถึง 1,800 วัตต์ ใช้เวลาในการให้ความร้อน 10 วินาที เพื่อให้ร้อนอย่างรวดเร็วแก่ GO เพื่อทำให้หมู่ฟังก์ชันออกไซด์ (oxygen radicals) หลุดออกจากโครงสร้าง เพื่อให้เหลืออะตอมของคาร์บอนในโครงสร้าง มีจำนวนมากกว่า ส่งผลให้เกิดเปลี่ยนสภาพจาก GO กลายเป็น rGO ที่มีคุณภาพสูง

สำหรับถ่านกัมมันต์เตรียมได้จากเปลือกข้าวโพดที่เหลือทิ้งทางเกษตร เริ่มด้วยการ การเผาคาร์บอน (Carbonization) เปลือกข้าวโพดแห้งชิ้นเล็กภายใต้แก๊สอาร์กอนที่อุณหภูมิ 600 ◦C เป็นเวลา 3 ชั่วโมง แล้วบดละเอียดด้วยเครื่องหมุนเหวี่ยงบดสารแบบ 3 มิติ (3-D ball mill) จากนั้น ทำการการกระตุ้นทางเคมีและความร้อน (Hydrothermal Activation) โดยผ่านการแช่ผง ในสารละลาย 0.2 M KOH และเขย่าด้วยคลื่นความถี่สูง (Ultrasonic) แล้วนำไปอบในเครื่องไฮโดรเทอร์มอล (Teflon-lined autoclave) ที่อุณหภูมิ 200 ◦C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง แล้วล้างตะกอนด้วยน้ำกลั่นและอบแห้ง

กระบวนการผลิตขั้วไฟฟ้า (Electrode Fabrication)สำหรับ  ตัวเก็บประจุขั้วยิ่งยวด ให้ เป็น ของผสมเหลวเหนียวข้น หรือ Slurry ที่เกิดจากการนำสารทำงาน (Active material) ด้วยการคอมโพสิตระหว่าง rGO และถ่านกัมมันต์เตรียมเปลือกข้าวโพด ใช้ Acetylene Black เป็นสารเพิ่มการนำไฟฟ้า และ  PVDF ละลายใน NMP เป็นตัวประสาน มาผสมรวมกัน ในวัดส่วน active materials:PVDF:acetylene black ที่ 85:5:10 wt%. เพื่อเตรียมไปเคลือบลงบนตัวนำกระแสไฟฟ้าบนขั้วนำไฟฟ้า

ซึ่งในงานวิจัยนี้พบว่าสารทำงาน (Active material) ในอัตราส่วนน้ำหนัก rGO:ถ่านกัมมันต์เตรียมเปลือกข้าวโพด 90:10 ให้พื้นที่ผิวจำเพาะที่สุด 314.2 m²/g เมื่อนำมาประกอบเป็นขั้วไฟฟ้าอุปกรณ์เซลล์ต้นแบบตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบสมมาตร ให้ค่าความจุไฟฟ้าจำเพาะสูงถึง 142.23 F/g ที่ใช้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าทดสอบ 0.1 A/g ให้ความเสถียรในการอัดประจุ-คายประจุคงเหลือ 98.8% หลังจากการดิสชาร์จผ่านไปแล้ว 1000 รอบดิสชาร์จ

งานวิจัยชิ้นนี้ได้ใช้ตู้อบไมโครเวฟช่วยรีดิวซ์ผงกราฟีนออกไซด์เพื่อให้ได้วัสดุนาโนรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ (rGO) สำหรับนำมาคอมโพสิตกับวัสดุคาร์บอนกัมมันต์ที่เตรียมได้จากเปลือกข้าวโพดเหลือทิ้งทางการเกษตร เพื่อนำมาใช้เป็นวัสดุขั้วไฟฟ้าในการประดิษฐ์ตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบสมมาตร โดยรีดิวซ์กราฟีนออกไซด์ได้จากรีดิวซ์ด้วยการกระตุ้นด้วยคลื่นไมโครเวฟ ส่วนคาร์บอนจากเปลือกข้าวโพดจากการถูกกระตุ้นด้วยสารละลาย KOH ด้วยวิธีการไฮโดรเทอร์มอล ที่ถูกคอมโพสิตในอัตราส่วนน้ำหนัก rGO:ถ่านกัมมันต์จากเปลือกข้าวโพด ในสัดส่วน 90:10 ซึ่งมีพื้นที่ผิวจำเพาะที่ 314.2 m²/g เมื่อนำมาประกอบเป็นขั้วไฟฟ้าครึ่งเซลล์ ให้ค่าความจุไฟฟ้าจำเพาะสูงถึง 1152  F/g ที่ใช้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าทดสอบ 0.1 A/g โดยให้ค่าความหนาแน่นพลังงานและกำลังงานสูงสุดถึง 160 Wh/kg และ 9.68 10² W/kg ตามลำดับ ภายใต้ช่วงศักย์ไฟฟ้าทำงาน 1  V และเมื่อนำมาประกอบเป็น อุปกรณ์เซลล์ต้นแบบตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบสมมาตร (symmetric coil cell supercapacitor) ให้ค่าความจุไฟฟ้าจำเพาะสูงถึง 142.23 F/g ที่ใช้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าทดสอบ 0.1 A/g ให้ความเสถียรในการอัดประจุ-คายประจุคงเหลือที่ 98.8% หลังจากการดิสชาร์จผ่านไปแล้ว 1000 รอบดิสชาร์จ และให้ค่าความหนาแน่นพลังงานไฟฟ้า และ กำลังงานไฟฟ้าสูงสุดที่ถึง 40.68 Wh/kg และ 5.74 10² W/kg ตามลำดับ สามารถสรุปในภาพรวมได้ว่า วัสดุคอมโพสิตระหว่าง rGO และ วัสดุเอกติเวตเตตคาร์บอนจากเปลือกข้าวโพดสามารถให้ประสิทธิภาพที่สูงมากสำหรับการนำไปประยุกต์เป็นอุปกรณ์ตัวเก็บประจุยิ่งยวด

งานวิจัยนี้สอดคล้อง

SDG 7 (Affordable and Clean Energy) ที่มุ่งเน้นพัฒนาระบบกักเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง และสนับสนุนพลังงานหมุนเวียน
SDG 9 (Industry, Innovation and Infrastructure) ที่ส่งเสริมนวัตกรรมวัสดุขั้นสูงและสนับสนุนอุตสาหกรรมเทคโนโลยีพลังงานสะอาด
SDG 12 (Responsible Consumption and Production) เป็นการใช้เปลือกข้าวโพดที่เหลือทิ้งทางเกษตร (agricultural waste) อย่างคุ้มค่า พร้อมทั้งลดของเสียและเพิ่ม circular economy
SDG 13 (Climate Action) เป็นการสนับสนุนเทคโนโลยีกักเก็บพลังงานคาร์บอนต่ำและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทางอ้อม

การอ้างอิงของงานวิจัย

Khattiya Srakaew, Pornthip Ratchayotee, Phattharawadee Janorat, Chaiwat Phrompet, Mettaya Kitiwan, Pattareeya Damrongsak, Montree Thongkam, Samuk Pimanpang, Chaval Sriwong, Pichet Limsuwan, Chesta Ruttanapun, Microwave-activated reduced graphene oxide composite with hydrothermally treated corn husk activated carbon as an active electrode for high electrochemical performance in symmetrical carbon-based supercapacitor devices, Journal of Energy Storage, Volume 164, 2026, 122184, ISSN 2352-152X.

งานวิจัยถูกตีพิมพ์ในวารสาร

Journal of Energy Storage (web of since:Q1/Scopus:Q1, Impact Factor 10.7)

Accepted 8 April 2026

ผู้สนใจสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352152X26018487

รายชื่อนักวิจัย

ว่าที่ รต. ดร.ขัตติยะ สระแก้ว นักวิจัยหลังปริญญาเอก ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์โดยมีที่ปรึกษาเป็น ศาสตราจารย์ ดร. เชรษฐา รัตนพันธ์
น.ส. พรทิพย์ ราชโยธี นักศึกษาปริญญาเอก ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง โดยมีที่ปรึกษาเป็น ศาสตราจารย์ ดร. เชรษฐา รัตนพันธ์
น.ส. ภัทราวดี จะโนรัตน์ นักศึกษาปริญญาโท ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง โดยมีที่ปรึกษาเป็น ศาสตราจารย์ ดร. เชรษฐา รัตนพันธ์
ดร. ชัยวัฒน์ พรหมเพชร วิทยาลัยการจัดการนวัตกรรมและอุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง,
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.เมตยา กิติวรรณ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, หน่วยวิจัยและนวัตกรรมวัสดุอัจฉริยะ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง,
รองศาสตราจารย์ ดร.ภัทรียา ดำรงศักดิ์ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, หน่วยวิจัยและนวัตกรรมวัสดุอัจฉริยะ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง,
รองศาสตราจารย์ ดร.มนตรี ทองคำ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง,
รองศาสตราจารย์ ดร.สมัคร์ พิมานแพง ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร. ชวาลย์ ศรีวงษ์ ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, หน่วยวิจัยและนวัตกรรมวัสดุอัจฉริยะ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, ศูนย์ความเป็นเลิศด้านนวัตกรรมกราฟีน สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง,
ศาสตราจารย์ ดร. พิเชษฐ ลิ้มสุวรรณ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง,
ศาสตราจารย์ ดร. เชรษฐา รัตนพันธ์ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, หน่วยวิจัยและนวัตกรรมวัสดุอัจฉริยะ คณะวิทยาศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, ศูนย์ความเป็นเลิศด้านนวัตกรรมกราฟีน สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง, นักวิจัยในศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์