臺灣博碩士論文加值系統

在本論文中，我們利用簡單快速的電沉積方法在奈米碳管棉布上製備出片狀互相交疊且堆砌成3D孔洞形狀的二氧化錳結構，並進一步製備成可撓式固態超級電容。多層奈米碳管(WCNT)可將棉布改質成具有導電性質基材，棉布本身3D交錯結構有利於電化學效果且WCNT本身的高表面積、高導電性可輔助二氧化錳低導電性的缺點，加上棉布本身可撓的性質因此將可製備成可撓式超級電容。
在此我們所製備的3D孔洞型二氧化錳結構俱備層層交疊的架構，且3D孔洞的結構有利於電解液離子進出和提供更多的活性表面積使離子吸附/脫附與嵌入/嵌出，並且其層層交疊3D結構可望擁有堅固的物理特性使循環性效果上升。我們成功使用poly(vinyl alcohol)為電解液製備出可撓式固態電容並且得到最高比電容值可達324.1 F/g (0.5 A/g)。並針對不同電化學沉積時間去探討製備出的二氧化錳形貌的差異及其在電容上之效能表現。發現電沉積2分鐘的電極元件，可擁有最大能量密度7.2 Wh/kg與1.9 kW/kg功率密度；電沉積10分鐘之電極元件則擁有最大高功率密度9.5 kW/kg與能量密度1.9 Wh/kg；電沉積15分鐘的電極元件則是擁有最大能量密度4.3 Wh/kg與高功率密度1.8 kW/kg，此效能與目前文獻上的數據相比，具備發展之潛力。在元件穩定性的測試上，經過5000次充放電循環後，電容保持率與庫倫效率皆能維持 在75%與90%，說明其穩定性高。而在折彎測試上，在10° - 80°折彎測的折彎下能維持良好的電化學效果，並且經過700次最大角度折彎後仍維持75%電容效果。此成功的固態電容將是一可期待的低成本與可攜帶式儲電裝置。

In this study, three dimensional (3D) porous MnO2 networks assembled from interconnected MnO2 nanosheets onto carbon nanotube flexible textile substrates have been prepared by a simple and fast electrodeposition method. With such unique 3D networks, enhance electrolyte-accessible surface areas and facilitate easy access of electrolyte ions into the interior of the electrodes can be achieved, which can result in good electrochemical capacitive properties.
We use the 3D porous MnO2 networks materials as the electrode and the poly(vinyl alcohol) as the electrolyte to fabricate flexible solid-state supercapacitors, which exhibits a high specific capacitance of 342.1 F/g at 0.5 A/g, comparable energy density and power density, good cycling stability of ~75 % capacity retention and 90 % Coulombic efficiency after 5000 cycles, and good mechanical flexibility. These results indicate that our device can be expected to be promising for the application in flexible energy storage systems.

中文摘要 i
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
第二章 理論基礎與文獻回顧 4
2-1 固態電化學電容器 4
2-1-1 固態電解液(gel polymer electrolytes) 5
2-1-2 可撓式電極 10
2-1-2-1 電雙層電容(electrochemical double layer capacitors, EDLCs)： 10
2-1-2-2擬電容(pseudocapacitors): 18
第三章 研究動機 34
第四章 實驗部分 35
4-1 實驗儀器與藥品 35
4-1-1 實驗儀器 35
4-1-2 實驗藥品 36
4-2二氧化錳/多層奈米碳管/棉布-固態電極製備 36
4-2-1 多層奈米碳管溶液製備 36
4-2-2 多層奈米碳管/棉布製備 37
4-2-3 電化學沉積 38
4-2-4 二氧化錳電化學沉積 38
4-2-5 固態電解液配製 39
4-2-6 固態電極裝製製備 40
4-3　錳氧化物材料鑑定 41
4-3-1　表面形貌分析 41
4-3-2　XRD結構鑑定 41
4-3-3　電化學量測分析 41
4-3-4　角度電化學量測分析 42
4-3-5 電化學阻抗圖譜分析 43
4-4　超級電容之計算方式 43
第五章 結果與討論 46
5-1 3D孔洞性二氧化錳結構性質探討 46
5-1-1 FESEM形貌分析 46
5-2 電化學電容特性探討 57
5-2-1 循環伏安法 57
5-2-2 電化學阻抗分析 62
5-2-3 恆電流充電/放電循環測試 64
5-2-4 電容循環測試 71
5-2-5 折彎角度及折彎穩定性測試 73
5-2-6 兩分鐘電容串聯電容充放電測試 75
第六章 結論 76
第七章 未來展望 78
參考文獻 79
附錄 82

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