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研究生:黃靖茹
研究生(外文):Ching-Ju Huang
論文名稱:熱處理溫度對PAN系活性碳纖維布碳電極在電雙層電容器之物性的影響
論文名稱(外文):The Effect of Heat Treatment on The Physical Properties of PAN-based Activated Carbon Fabric Electrode of Electric-Double Layer Capacitor
指導教授:柯澤豪柯澤豪引用關係
指導教授(外文):Tse-Hao Ko
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:材料科學所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:活性碳電極電雙層電容器
外文關鍵詞:Activated carbon fabric electrodeElectro-double layer capacitor
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活性碳纖維由於它擁有高比表面積、優良的導電性質、價格低,且在操作電壓範圍下,不會造成崩潰電路或有其他的副反應產生等優點,因此是一個很好的電極材料。本實驗利用PAN系(聚丙烯腈系)活性碳纖維布,在不同的溫度下進行熱處理改質工程,將探討碳化工程對活性碳纖維微結構、物性之改變及比表面積與電雙層效應的影響。
經由實驗發現,隨著碳化溫度增加,造成石墨層重新排列的較緊密,而使得材料本身的密度和導電率提升。而由FE-SEM的觀察也可得知材料表面含有許多的孔洞,藉由這些孔洞吸脫附離子,儲存電容量。隨熱處理溫度達到1300℃時,電阻由24.01Ω/□下降至1.95Ω/□,且電壓降的情況也改善了74%,但比表面積由1350F/g下降至1067F/g,且含氧官能基的量也減少了,使碳含量高達97wt%。因此,電容量由120F/g下降至90F/g,在放電電容方面,也由134F/g下降至73F/g。
Activated carbon fiber is a good electrode material, because of its advantages, such as, high specific surface area, excellent conductivity, low cost, and under the operation of voltage, the circuit will not to be collapsed or has extra reaction. In this experiment, PAN-based activated carbon fiber fabric is modified in different heat treatment. The influence of carbonization on its microstructure and physical properties is going to be discussed. According to these properties change, I’ll study the relation to the double layer efficiency.
The experimental results show that material intrinsic density and conductivity increase because the rising treatment temperature makes the rearrangement of graphite layer become closer. According to the observation of FE-SEM, we can find that material surface contains many pores, and utilizes these pores to adsorb the ion of electrolyte and achieve goal of storage electron. And then it contrast with changes of BET specific surface area and ESCA surface contained oxygen functional group. The result shows that the electrical resistivity decreased from 24.01Ω/□ to 1.95Ω/□ and the IR drop improved 74% with treatment temperature reaches 1300℃, but the specific surface area decreased from 1350m2/g to 1067m2/g. With the carbon containment raised to 97wt%, the oxygen functional groups became less. Consequently, the capacitance declined from 120F/g to 90F/g and the discharge capacitance declined from 134F/g to 73F/g.
目錄
中文摘要 I
Abstract II
目錄 III

第一章 前言 1
第二章 文獻回顧與理論說明 5
2.1活性碳的發展 5
2.2活性碳纖維的製備 7
2.2.1物理活化 7
2.2.1化學活化 8
2.3熱處理溫度與導電性質的關係 9
2.4吸附理論 10
2.4.1 Langmuir等溫吸附 11
2.4.2 BET等溫吸附 12
2.4.3 t-plot的分析 12
2.4.4 物理吸附等溫曲線圖 13
2.5超級電容器 16
2.5.1電雙層的基本觀念與結構 16
2.5.2電雙層的模型 17
2.5.3 電極材料與電解液 20
2.5.4 影響電容量的因素 22
2.6 電化學測試方法 24
2.6.1循環伏安法(Cyclic Voltammetry) 24
2.6.2 充放電測試法(charge/discharge test) 27
第三章 實驗步驟 28
3.1 實驗流程 28
3.2 實驗設備與材料 29
3.3 實驗方法 29
3.4 實驗測試 30
第四章 實驗結果與討論 35
4.1材料性質分析 35
4.1.1表面電阻量測 35
4.1.2元素分析 36
4.1.3真密度測試 37
4.1.4拉曼光譜分析 38
4.1.5 FE-SEM微結構觀察與分析 40
4.1.6 BET比表面積測試與孔徑分析 43
4.1.7 XRD微結構分析 46
4.1.8 ESCA表面官能基分析 47
4.2 電化學分析 50
4.2.1循環伏安測試 50
4.2.2直流充放電測試 53
4.2.3 IR drop 54
第五章 結論 56
(一)熱處理對材料物性的探討 56
(二)熱處理後對電雙層電容器性能的探討 57
(三)未來研究方向 58
參考文獻 59
附錄 63
誌謝 76
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