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研究生:陳泓翔
研究生(外文):Hung-Shiang Chen
論文名稱:聚乙烯醇/黏土作為氧化釕電化學電容器複合電解質膜電容特性之研究
論文名稱(外文):Preparation and Characterization of PVA/clay-Based Polymer Electrolyte Membranes for RuO2 Electrochemical Capacitor Application
指導教授:謝達華謝達華引用關係
指導教授(外文):Tar-Hwa Hsieh
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:化學工程與材料工程系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:101
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:聚乙烯醇、黏土、複合電解質膜、電化學電容器
外文關鍵詞:Polyvinyl alcohol,Clay,Compoite electrolyte membranes,Electrochemical capacitors
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本論文是以聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)為基材,黏土(clay)為填充材,利用物理混掺法,製備不同組成之PVA/clay 複合膜。 另外,以二醛類(Dialdehyde, DA)為交聯劑,利用PVA 羥基(-OH)與DA醛基(-CHO)的縮醛交聯反應,合成具不同組成、交聯之C-PVA/clay 複合膜,複合膜經吸附硫酸電解液後,與氧化釕(RuO2)雙電極組成RuO2 電化學電容器(RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC),同時藉由場發射掃描式電子顯微鏡、傅立葉轉換紅外線光譜儀、X-光繞射儀、掃描式熱差分析儀、熱重損失分析儀與恆電位電流儀等之分析,系統化探討組成、結構與交聯等對RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC 電容特性的影響。 結果顯示,當clay 添加至7 wt % 時,C-PVA/clay 複合電解質膜之交聯度達88 %,可吸附2.5 M 硫酸電解液,離子導電度為1.99 × 10-2 S/cm ,其比電容值為410 F/g,分解電壓為1.6 V 。 Bode 譜圖分析顯示,低於104 Hz 時,RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC之阻抗與頻率無關,顯示其具高頻應用性。
Crosslinked polyvinyl alcohol (C-PVA)/clay composites used for the electrolyte membranes (EM) in part of RuO2 electrochemical capacitors (RuO2-EC) which prepared by physical blending method and crosslinking reaction, where dialdehyde (DA) and sulfuric acid aqueous solution act as the crosslinking agent and the electrolyte of RuO2-EC, repectively. Effects of structure, composition and degree of crosslinking on the capacitive properties of RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC were investigated. The result showed that, at 7 wt % clay content, the ionic conductivity of PVA/clay compoite is 1.45 x 10-2 S/cm. C-PVA/clay EMs exhibit excellent dimensional stability and thermal stability, which is attributed to the crosslinking reaction between PVA and DA . When clay is 7 wt % and the degree of crosslinking is 88 %, C-PVA/clay EM can absorb higher sulfuric aqueous solution concentration (i.e., 2.5 M), the value of specific capacitance can reach 410 F/g, and the decomposition voltage is about 1.6 V . As for Bode plot analysis, below 104 Hz, the resistance of C-PVA/clay EMs is significantly independent of frequency, suggesting their high frequency application in ECs.
一、緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 5
二、文獻回顧 6
2-1 儲能元件簡介 6
2-2 超高電容器 9
2-2-1 超高電容器之特性 9
2-2-2 超高電容器之分類 11
2-3 電化學電容器電解液的種類 14
2-4 金屬釕氧化物電極之擬電容特性 16
2-4-1 金屬釕氧化物之簡介 16
2-4-2 金屬氧化物電極製備方法 22
2-5 EIS理論 24
2-5-1 交流阻抗分析法之應用 24
2-5-2 等效電路元件(Equivalent Circuit Elements) 25
2-5-3 常見電容器電極之等效電路模式 26
2-5-4 電化學電容器 30
2-6 電解質簡介 32
2-6-1 高分子電解質的特性 33
2-6-2 高分子電解質的種類 34
2-6-2-1 膠態高分子電解質(GPEs) 34
2-6-2-2 複合高分子電解質(CPEs) 35
2-6-2-3 固態高分子電解質(SPEs) 35
2-7 聚乙烯醇簡介 38
參、實驗步驟 39
3-1 實驗材料與藥品 39
3-2 儀器設備 40
3-3 PVA/clay複合膜之製備 43
3-3-1 PVA/clay複合膜之製備 43
3-3-2 C-PVA/clay複合膜之製備 43
3-3-3 PVA/clay及C-PVA/clay複合膜相形態之觀察 43
3-3-4 PVA/clay及C-PVA/clay複合膜結構之分析 44
3-3-5 PVA/clay及C-PVA/clay複合膜相形態及結晶度之分析 44
3-3-6 PVA/clay及C-PVA/clay複合膜熱性質之分析 44
3-3-7 PVA/clay及C-PVA/clay複合膜熱穩定性之分析 44
3-3-8 PVA/clay複合膜吸附度與尺寸安定性之測量 45
3-3-9 PVA/clay及C-PVA/clay複合膜離子導電度之測量 45
3-4 RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC之封裝 46
3-4-1 電化學穩定性分析 47
3-4-2 阻抗之分析 47
3-4-3 分解電壓之測量 47
3-4-4 耐溫試驗之比較 47
四、結果與討論 48
4-1 PVA/clay及C-PVA/clay複合膜表面形態之觀察 48
4-2 PVA/clay複合膜結構之分析 51
4-3 PVA/clay複合膜結晶性分析 53
4-4 PVA/clay複合膜熱性質之分析 56
4-5 PVA/clay複合膜熱穩定性之分析 57
4-6 PVA/clay複合膜吸附度和尺寸安定性之量測 59
4-7 PVA/clay複合膜離子導電度之測量 61
4-8 RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC電化學可逆性之分析 64
4-9 C-PVA/clay複合膜結構之分析 67
4-10 C-PVA/clay複合膜結晶性分析 69
4-11 C-PVA/clay複合膜熱性質之分析 70
4-12 C-PVA/clay複合膜熱穩定性之分析 71
4-13 C-PVA/clay複合膜相對結晶度和絕對交聯度之量測 72
4-14 C-PVA/clay複合膜離子導電度之測量 73
4-15 RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC電化學可逆性之分析 76
4-16 C-PVA/clay複合膜吸附不同濃度硫酸電解液離子導電度之量測 78
4-17 RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC與Control RuO2-EC電化學特性及耐溫之比較 80
4-17-1 RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC與Control RuO2-EC電化學可逆性之比較 80
4-17-2 RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC與Control RuO2-EC阻抗頻譜分析之比較 82
4-17-3 RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC與Control RuO2-EC分解電壓之比較 84
4-17-4 RuO2|C-PVA/clay|RuO2-EC與Control RuO2-EC耐溫試驗之比較 87
五、結論 95
六、參考文獻 96
1.S. Sarangapani, B.V. Tilak, C. P. Chen, J. Electrochem. Soc., 1996, 143, 3791.
2.T. Liu, Solid State Ion., 2010, 531–535, 181
3.C.C. Yang, S.J. Lin, G.M. Wu, Mater. Chem. Phys., 2005, 92, 251.
4.R. Kotz, M. Carlen, Electrochimica Acta, 2000, 45, 2483.
5.張仍奎,超高電容器錳氧化物電極之電化學製備法、材料特性及擬電容行為國立成功大學材料科學及工程學系博士論文,2005.
6.E. R. Pinero, V. Khomenko, E. Frackowiak, F. Beguin, J. Electrochem. Soc., 2005, 152, 229.
7.T.C. Wen and C.C. Hu, J. Electrochem. Soc., 1992, 139, 2158.
8.M. Ue, K. Ida, S. Mori, J. Electrochem. Soc., 1994, 141, 2989.
9.B. E. Conway, "Electrochemical Supercapacitors – Scientific Fundamentals and Technology Applications", Kluwer Academic /Plenum,New York, 1999.
10.M. Gali´nski, A. Lewandowski, I. St˛epniak, Electrochim. Acta., 2006, 51, 5567–5580.
11.S. Mitra, K.S. Lokesh, S. Sampath, J. Power Sources, 2008, 185, 1544–1549.
12.B. O. Park, C.D. Lokhande, H. S. Park, K. D. Jung , O. S. Joo, J. Power Sources, 2004, 134, 148–152.
13.X.J. He, Y.J. Geng, S. Oke, K. Higashi, M. Yamamoto, H. Takikawa, Synthetic Metals, 2009, 159, 7–12.
14.V.D. Patake, S.M. Pawar, V.R. Shinde, T.P. Gujar, C.D. Lokhande, Current Applied Physics, 2010, 10, 99–103.
15.I. H. Kim, K. B. Kim, J. Electrochem. Soc., 2004, 151 (1), E7-E13.
16.T. Liu, W. G. Pell and B.E. Conway, Electrochim. Acta., 1997, 42, Nos 23-24, 3541-3552.
17.T. R. Jow and J. P. Zheng, J. Electrochem. Soc., 1998, 1, 145.
18.J. P. Zheng, P. J. Cygan, and T. R. Jow, J. Electrochem. Soc., 1995, 8, 142.
19.B. E. Conway, Electrochemical Supercapacitors, New York, 1999.
20.H. B.Sierra-Alcazar, K. A. Kern, G. E. Mason, R. Tong, in proceedings of the 33rd power source symposium. p. 607, Cherry Hill, NJ, 1998.
21.I. D. Raistrick, R. T. Sherman, p583, S. Srinivasan, S. Wagner, H. Wroblowa, Editors, The Electrochemical Society Proceedings Series, PV 87-12, Pennington, NJ, 1987.
22.J. P. Zheng and T. R. Jow, Q. X. Jia and X. D. Wu, J. Electrochem. Soc., 1996, 3, 143.
23.J. P. Zheng, T. R. Jow, J. Electrochem. Soc., 1995, 1, 142.
24.J. P. Zheng, T. R. Jow, J. Power Sources, 1996, 62, 155-159.
25.Y. U. Jeong and A. Manthiram, Electrochem. Solid-State Lett., 2000, 3 (5), 205-208.
26.V. Srinivasan, John W. Weidner, J. Electrochem. Soc., 1997, 8, 144.
27.L. Nanni, S. Polizzi, A. Benedetti, A. De. Battisti, J. Electrochem. Soc., 1999, 146 (1), 220-225.
28.B. Marsan, N. Fradette, G. Beaudoin, J. Electrochem. Soc., 1992, 7,139.
29.鄒宏基、陳自雄,基本電學-交流篇,格致圖書公司.
30.楊智仲,直接甲醇燃料電池用質子交換膜的製備:聚乙烯醇的磺酸化與導電度研究,碩士論文,2005,義守大學生物技術與化學工程研究所.
31.陳慕辰,直接甲醇燃料電池陰陽兩極之阻抗分析,碩士論文,2004,國立成功大學化學工程系研究所碩士論文.
32.吳滄,磺酸化高分子於燃料電池質子交換膜製備之應用,碩士論文,2002,元智大學化學工程研究所.
33.莊雲羽,質子交換膜燃料電池組之製作與性能最佳化研究,碩士論文,2003,國立中山大學機械與機電工程研究所.
34.M. Watanabe and N. Ogata, British Polymer Journal., 1988, 20, 181.
35.D.F. Shriver, B. L. Papke, M. A. Ratner, R. Dupon, T. Wang and M.
Brodwin, Solid State Ion., 1981, 5, 83.
36.G. Feullade, P. Perche, J. Appl. Electrochem., 1975, 5, 63.
37.E. Quartarone, C. Tomasi, P Mustarelli, A. Magistris, Electrochim.
Acta, 1998, 43, 1315.
38.M. Forsyth, T. Sun, D.R. Mactarlane, A. J. Hill, J. Polym. Sci. Pt. B-Polym. Phys., 2000, 38, 341.
39.J.E. Weston, B.C. Steele, Solid State Ion., 1982, 7, 75.
40.F. Capuano, F. Croce, B. Scrosati, J. Electrochem.Soc., 1991, 138, 1918.
41.W. Krawiec, L.G. Scanlon, Jr., J. P. Fellner, R.A. Vaia, S.Vasudevan, E.P. Giannelis, J. Power Sources., 1995, 54, 310.
42.D.E. Fenton, J.M. Parke, P.V. Wright, Polymer, 1973, 14, 589.
43.P.V. Wright, British Polymer Journal., 1975, 7, 319.
44.Y. Okamotm, T.F. Yan, H.S. Lee, T.A. Skotheim, J. Polym. Sci. Pol. Chem., 1993, 31, 2573.
45 M. Morenoa, M.A.S. Anab, G.Gonzalezb, E. Benaventea, Electrochim Acta , 2010, 1323–1327.
46.M. Wang, S. Dong, J. Power Sources 170, 2007, 425–432.
47.M. Wang, F. Zhao, Z. Guo, S. Dong, Electrochim Acta , 49, 2004, 3595–3602.
48.M. Deka, A. Kumar, J. Power Sources, 196, 2011, 1358–1364.
49.C.C. Yang, J. Power Sources, 2002, 109, 22.
50.C.C. Yang, S.J. Lin, J. Power Sources, 2002, 112, 497.
51.C.C. Yang, S.J. Lin, J. Appl. Eelectrochem., 2003, 33, 777.
52.J.F. Fauvarque, S. Gunot, N. Bouzir, E. Salmon, J.F. Penneau, Electrochim. Acta, 1995, 40, 2449.
53.C. Iwakura, S. Nohara, N. Furukawa, H. Inoue, Solid State Ion., 2002, 148, 487.
54.C.C. Yang, S.J. Lin, G.M. Wu, Mater. Chem. Phys. 2005, 92, 251.
55.C.C. Yang, J. Power Sources, 2002, 109, 22.
56.蔡春恩,二次交聯改質聚乙烯醇為直接甲醇燃料電池質子傳導膜之研究,台灣科技大學博士學位論文,2011.
57.曾育貞,改質聚乙烯醇作為直接甲醇燃料電池之高分子聚電解質薄膜之研究,台灣科技大學化學工程系碩士學位論文,2006.
58.C. M. Paranhos, B. G. Soares, Renata N. Oliveira, Luiz A. Pessan, Macromol. Mater. Eng. 2007, 292, 620.
59.G.M. Wu, S.J. Lin, C.C. Yang, J. Membr. Sci., 2006, 275, 127.
60.P.V. Wright, Brit. Polym. J. 7, 1975, 319.
61.J.F. Fauvarque, E. Salmon, N. Vassal, Electrochim. Acta 45, 2000, 1527.
62.李小宏,PAA水凝膠對FeCl3的吸附行為及動力學,蘭州理工大學有色金屬新材料省部共建國家重點實驗室,2010.
63.游文雄,鋰離子電池混合金屬氧化物陰極材料之電化學特性分析,國立中央大學化學工程系碩士論文,2000.
64.C. E. Tsai, C. W. Lin, B. J. Hwang, J. Power Sources, 2010, 195, 2166.
65.C.K. Yeom, K.H. Lee, J. Membr. Sci. 109, 1996, 257.
66.Armand, M.B.; Duclot, M.J.; Rigaud, Ph.; Solid State Ionics, 3/4, 429, 1981.
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