(3.230.173.249) 您好!臺灣時間:2021/04/18 08:44
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:吳昱霆
研究生(外文):Yu-Ting Wu
論文名稱:石墨烯/氧化鎳複合電極製備應用於超電容器之探討
論文名稱(外文):Preparation of Graphene/Nickel Oxide Composite Electrodes For Application in Supercapacitors
指導教授:吳茂松
指導教授(外文):Mao-Sung Wu
口試委員:卓錦江林宗榮
口試委員(外文):Jiin-Jiang JowTzong-Rong Ling
口試日期:2014-07-08
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碩士在職專班
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:62
中文關鍵詞:電泳動沉積法活性碳石墨烯複合電極
外文關鍵詞:electrophoretic depositionactivated carbongraphenecomposite electrodes
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:433
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:8
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本研究以電泳動沉積法製備活性碳電極以及具有多孔奈米結構的石墨烯電極,石墨烯粉體以MCMB(mesocarbon microbeads)進行化學氧化反應合成。以穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscopy, TEM)觀測微結構,以掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)來觀察其表面形貌。將石墨烯薄膜電極,活性碳、石墨烯複合電極三者以循環伏安法(cyclic voltammetry)和恆定電流充放電以及循環壽命比較,測量電極片在1 M KOH或1 M Na2SO4電解液中的電化學可逆性以及計算電極的比電容值。結果顯示,在充放電10 A/g下,石墨烯/氧化鎳複合電極的比電容值可達340 F/g,相較單純石墨烯薄膜電極電容值36 F/g,石墨烯/氧化鎳複合電極的比電容值提高約11倍。
In this study, activated carbon and porous graphene electrodes were prepared by the electrophoretic deposition. Graphene powder was synthesized by a chemical oxidation method using MCMB (mesocarbon microbeads) precursor. The microstructure and surface morphology of materials were analyzed with TEM (transmission electron microscopy) and SEM (scanning electron microscope), respectively. The capacitive behavior of electrodes including electrochemical reversibility and specific capacitance was characterized by cyclic voltammetry, galvanostatic charge/discharge, and cycle-life test in 1 M KOH or 1 M Na2SO4 electrolyte. The result showed that the capacitance value of the graphene oxide/nickel oxide composite electrode could reach as high as 340 F/g at a discharge current of 10 A/g, which was approximately 11 times as large as that of graphene oxide electrode (36 F/g)
總 目 錄
中文摘要...................................................................................................................I
Abstract .................................................................................................................. II
誌謝……................................................................................................................III
總 目 錄. ..............................................................................................................IV
表 目 錄 ................................................................................................................VI
圖目錄 .............................................................................................................VII
第 一 章 緒論....................................................................................................... 1
1-1 前言........................................................................................................... 1
1-2 碳材應用於超級電容器 ............................................................................ 3
1-3 研究架構與內容………………………………………………………...…..6
第二 章 文獻回顧............................................................................................... 8
2-1 電化學簡介................................................................................................ 8
2-1-1 電化學演變..................................................................................... 8
2-1-2 電化學原理與應用......................................................................... 9
2-2 超級電容器.............................................................................................. 10
2-2-1 超級電容器簡介 ........................................................................... 10
2-2-2 超級電容器的儲電機制 ................................................................ 12
2-3 超級電容器電極材料之種類..................................................................... 8
第 三 章 實驗方法與步驟................................................................................. 17
3-1 不鏽鋼基材前處理................................................................................... 17
3-2 氧化石墨烯製備...................................................................................... 18
3-3 氧化石墨烯薄膜電極製備....................................................................... 19
3-3-1 電泳動沉積法製備氧化石墨烯單一薄膜電極............................. 20
IV
3-4 活性碳薄膜電極製備.............................................................................. 22
3-4-1 電泳動沉積法製備活性碳單一薄膜電極..................................... 22
3-5 複合電極製備.......................................................................................... 24
3-5-1 配製共電泳沉積懸浮液...................................................24
3-5-2 共電泳沉積製備GO/NiO與active/NiO複合薄膜電極.....25
3-6 材料物性分析.......................................................................................... 26
3-6-1 SEM分析薄膜表面結構……………………………………….…26
3-6-2 TEM分析薄膜表面結…….……………………………………...28
3-6-3 SEM分析薄膜表面結構……………………………………….…30
3-7 各式薄膜電極電化學電性測試............................................................... 32
3-7-1 循環伏安法測試………...................................................…………32
3-7-2 計時電位法測試………...................................................…………32
3-7-3 循環壽命測試……….......................................................…………33
3-8 實驗藥品及材料...................................................................................... 34
3-9 實驗儀器.................................................................................................. 36
第 四 章 實驗結果與討論.................................................................................. 38
4-1 活性碳/氧化鎳複合電極之探討.............................................................. 38
4-2 GO薄膜電極探討................................................................................. 40
4-3 GO/NiO複合電極電極探討.................................................................. 44
4-4 各式薄膜電極物理性質探討................................................................. 53
4-4-1 以SEM觀察GO薄膜電極之表面結構型態..................53
4-4-2 以TEM觀察GO/NiO複合電極結構……….........................……54
第 五 章 結論..................................................................................................... 56
V
表目錄
表 1-1
奈米碳管與石墨烯性質對照表。-----------------------------------------4
表 2-1
石墨烯製程之比較示意圖。-----------------------------------------------16
表 3-1
常用顯微鏡解析度與放大倍率之比較。--------------------------------28
表 4-1
GO薄膜電極在不同電位範圍之氧化還原比電容值與差值。------43
VI
圖目 錄
圖 1-1
石墨碳材系列原子排列結構圖。(a)石墨烯,(b)石墨,(c)奈米碳管,(d)巴克球。-------------------------------------------------------------5
圖 1-2
實驗流程架構圖。----------------------------------------------------------7
圖 2-1
各類電容器電容儲存量範圍比較圖。-----------------------------------11
圖 2-2
各類電容器功率與容量比較圖。----------------------------------------11
圖 2-3
電雙層電容儲電機制示意圖。-------------------------------------------13
圖 2-4
石墨烯含氧官能基團表示圖。-------------------------------------------16
圖 2-5
化學法製備石墨烯流程:氧化→分散→還原。------------------------16
圖 3-1
電泳動沉積GO單一薄膜電極製備流程示意圖。---------------------21
圖 3-2
電泳動沉積活性碳單一薄膜電極製備流程示意圖。-----------------23
圖 3-3
共沉積複合電極製備流程示意圖。-------------------------------------25
圖 3-4
掃描式電子顯微鏡(SEM)基本結構圖。--------------------------------27
圖 3-5
穿透式電子顯微鏡(TEM)基本結構圖。---------------------------------29
圖 3-6
X-ray繞射原理圖。----------------------------------------------------------31
圖 4-1
activated carbon/NiO複合電極在不同掃描上限電位下之循環伏安圖,掃描速率10 mV s-1。-------------------------------------------------39
圖 4-2
GO薄膜電極在不同上限電位下之循環伏安圖,掃描速率為10 mV s-1。-----------------------------------------------------------------------42
圖 4-3
GO薄膜電極與GO/NiO複合電極的循環伏安圖。---------------------------------------------------------------------------------47
圖 4-4
GO/NiO複合電極與activated carbon/NiO複合電極之循環伏安圖。----------------------------------------------------------------------------48
VII
圖 4-5
GO薄膜電極之恆電流充放電曲線圖。---------------------------------49
圖 4-6
activated carbon/NiO複合電極之恆電流充放電曲線圖。------------49
圖 4-7
GO/NiO複合電極之恆電流充放電曲線圖。---------------------------50
圖 4-8
三種薄膜電極在不同電流密度下之比電容值圖。-------------------51
圖 4-9
GO/NiO和activated carbon/NiO複合薄膜電極以電流密度10 Ag-1進行循環壽命測試之電容維持率。--------------------------------52
圖 4-10
GO薄膜電極表面型態之SEM圖。---------------------------------------53
圖 4-11
GO/NiO複合薄膜電極之TEM圖。--------------------------------------55
VIII

1. 材網編輯室,大型電雙層電容進展神速,2009,1頁。
2. 林宜慶,超級電容器技術發展與應用趨勢分析,2009。
3. 傅彥澔,電泳動沉積法製備奈米結構石墨烯/氧化錳複合電極及其電化學特性研究,國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系碩士論文,2013。
4. 謝建德,陳金銘,黃裕豪,郭蓉蓉,羅珮玲,李中天,奈米複合碳材合成及其電雙層行為探討,工業材料雜誌,225期,2005,95頁。
5. 陳元杰,廖秋峰,電雙層電容器簡介,工業材料雜誌,176期,2001,160頁。
6. http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%9F%B3%E5%A2%A8%E7%83%AF, 石墨烯。
7. M. D. Stoller, S. Park, Y. Zhu, J. An, R. S. Ruoff, Graphene-based ultracapacitors, Nano Lett., 8 (2008) 3498.
8. A. I. Beliakov, A. M. Brintsev, in Proc. 7th International Seminar on Double Layer Capacitor and Similar Energy Storage Devices, Florida Education Seminars (1997).
9. J. P. Zheng, Ruthenium Oxide-carbon composite electrodes for electrochemical capacitor, Electrochem. Solid-State Lett., 2 (1999) 259.
10. 黃承均,黃淑娟,工業材料雜誌,2012,72頁
11. 黃淑娟,郭信良,劉易昌,葉裕洲,新碳材時代—從奈米碳管到石墨烯,工業材料雜誌,291期,2011,93頁。
12. A. H. Castro Neto, F. Guinea, and N. M. R. Peres, Drawing conclusions from graphene, Physics World, 33 (2006) 19.
13. 曾明鈺、李毓昭,富蘭克林的智慧,晨星出版社,2005
14. Keithley, Joseph F. Daniell Cell. 113 (1999) 49–51.
15. http://bwc.hkcampus.net/~bwc-phys/Physicist/Volta.htm
16. 白榮銓,科學研習,52-12期,2013,49頁
17. 黃瑞雄,顏溪成,漫談電化學,科學發展,359期,22,27頁
18. 胡啟章,電化學原理與方法,五南圖書出版社,2002。
19. 張銘川,聚茉胺/錳氧化物電極應用於超級電容器之製備,國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系碩士論文,2009。
20. 楊忠憲,電化學沉積法製備奈米結構氧化鎳及其電致色變之研究,國立高雄應用科大學化學工程與材料工程系碩士論文,2007。
21. http://jungny.pixnet.net/blog/post/32252089
22. 張榮錡,廖秋峰,電容器面面觀,電子與材料雜誌,13期,132頁。
23. 方家振,跨世代的儲能元件-高效率電容器,工業材料雜誌,323期,2013
24. R. Kotz, M. Carlen, Principles and applications of electronchemical capacitors, Electrochimica Acta, 45 (2000) 2483.
25. J. R. Miller, A. F. Burke, Electrochemical capacitors: challenges and opportunities for Real - World Applications, The Electrochemical Society Interface, 17 (2008) 53.
26. 林有銘,陳立基,蔡協和,楊正憲,林弘萍,鄧熙聖,奈米孔洞碳材特性與超級電容應用,工業材料雜誌,312期,2012,193頁。
27. 方偉權,超高電容器電極薄膜材料,工業材料雜誌,257期,2008,145頁。
28. 林有銘,陳立基,蔡協和,楊正憲,林弘萍,鄧熙聖,奈米孔洞碳材特性與超級電容應用,工業材料雜誌,312期,2012,193頁。
29. D. Qu, H. Shi, Studies of activated carbons used in double-layer capacitors, J. Power Sources, 74 (1998) 99.
30. 古明祥,金屬添加物對碳系超級電容器特性之影響,大同大學材料工程研究所碩士論文,2007。
31. http://endomoribu.shinshu-u.ac.jp
32. J. P. Zheng, T.R. Jow, High energy and high power density electrochemical capacitors, J. Power Sources, 62 (1996) 155.
33. C. Arbizzani, New trends in electrochemical supercapacitors, J. Power Sources, 100 (2001) 164.
34. J. Gamby, “Influence of carbon nanotubes addition carbon-carbon supercapacitor performances in organic electrolyte”, J. Power Sources, 101 (2001) 109.
35. C. Portet, “Influence of carbon nanotubes addition carbon-carbon supercapacitor performances in organic electrolyte”, J. Power Sources, 139 (2005) 371.
36. C. Kim, “Electrochemical characterization of electrospun activated carbon nanofibers as an electrode in supercapacitor”, J. Power Sources, 142 (2005) 382.
37. L. Mao, K. Zhang, H. S. O. Chan, J. Wu, Nanostructured MnO2/graphene composites for supercapacitor electrodes : the effect of morphology, crystallinity and composition, J. Mater. Chem., 22 (2012) 1845.
38. X. Zhu, H. Dai, J. Hu, L. Ding, L. Jiang, Reduced graphene oxide–nickel oxide composite as high performance electrode materials for supercapacitors, J. Power Sources, 203 (2012) 243.
39. Y. Chen, X. Zhang, D. Zhang, Y. Ma, One-pot hydrothermal synthesis of ruthenium oxide nanodots on reduced graphene oxide sheets for supercapacitors, J. Alloy Compd., 511 (2012) 251.
40. B. Y. Zhu, S. Murali, W. Cai, X. Li, J. W. Suk, J. R. Potts, R. S. Ruoff, Graphene and graphene oxide: synthesis, properties, and applications, Adv. Mater., 22 (2010) 3906.
41. L. L. Zhang, R. Zhou, X. S. Zhao, Graphene-based materials as supercapacitor electrode, Chem. Mater., 20 (2010) 5983.
42. W. S. Hummers Jr., R. E. Offeman, Preparation of graphitic oxide, J. Am. Chem. Soc., 80 (1958) 1339.
43. D. C. Marcano, D. V. Kosynkin, J. M. Berlin, A. Sinitskii, Z. Sun, A. Slesarev, L. B. Alemany, W. Lu, J. M. Tour, Improved synthesis of graphene oxide, Acs Nano, 4 (2010) 4806.
44. J. Goldstein, D. Newbury, D. Joy, C. Lyman, Patrick Echlin, Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis, Plenum, 7(2003)18
45. 林智仁、羅聖全,場發射穿透式電子顯微鏡簡介,工業材料雜誌,201期,2003,90-98頁。
46. 林麗娟,X光繞射原理及其應用,工業材料雜誌,86期,1994,2頁。
47. http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress
48. 林志叡,電化學與電泳沉積法製備多層結構氧化錳與石墨烯複合電極及其電化學特性探討,國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系碩士論文,2012。
49. 王明詰,電化學沉積法製備多孔結構氧化鎳電極及其電化學特性研究,國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系碩士論文,2009。
50. 何佳玲,電化學沉積法製備巨孔結構氧化錳電極及其電化學特性,國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系碩士論文,2010。
51. J. Yan, Z. Fan, T. Wei , W. Qian, M. Zhang, F. Wei, Fast and reversible surface redox reaction of graphene–MnO2 composites as supercapacitor electrodes, Carbon, 48 (2010) 3825.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 4. 謝建德,陳金銘,黃裕豪,郭蓉蓉,羅珮玲,李中天,奈米複合碳材合成及其電雙層行為探討,工業材料雜誌,225期,2005,95頁。
2. 4. 謝建德,陳金銘,黃裕豪,郭蓉蓉,羅珮玲,李中天,奈米複合碳材合成及其電雙層行為探討,工業材料雜誌,225期,2005,95頁。
3. 5. 陳元杰,廖秋峰,電雙層電容器簡介,工業材料雜誌,176期,2001,160頁。
4. 5. 陳元杰,廖秋峰,電雙層電容器簡介,工業材料雜誌,176期,2001,160頁。
5. 11. 黃淑娟,郭信良,劉易昌,葉裕洲,新碳材時代—從奈米碳管到石墨烯,工業材料雜誌,291期,2011,93頁。
6. 11. 黃淑娟,郭信良,劉易昌,葉裕洲,新碳材時代—從奈米碳管到石墨烯,工業材料雜誌,291期,2011,93頁。
7. 26. 林有銘,陳立基,蔡協和,楊正憲,林弘萍,鄧熙聖,奈米孔洞碳材特性與超級電容應用,工業材料雜誌,312期,2012,193頁。
8. 26. 林有銘,陳立基,蔡協和,楊正憲,林弘萍,鄧熙聖,奈米孔洞碳材特性與超級電容應用,工業材料雜誌,312期,2012,193頁。
9. 28. 林有銘,陳立基,蔡協和,楊正憲,林弘萍,鄧熙聖,奈米孔洞碳材特性與超級電容應用,工業材料雜誌,312期,2012,193頁。
10. 28. 林有銘,陳立基,蔡協和,楊正憲,林弘萍,鄧熙聖,奈米孔洞碳材特性與超級電容應用,工業材料雜誌,312期,2012,193頁。
11. 45. 林智仁、羅聖全,場發射穿透式電子顯微鏡簡介,工業材料雜誌,201期,2003,90-98頁。
12. 45. 林智仁、羅聖全,場發射穿透式電子顯微鏡簡介,工業材料雜誌,201期,2003,90-98頁。
13. 46. 林麗娟,X光繞射原理及其應用,工業材料雜誌,86期,1994,2頁。
14. 46. 林麗娟,X光繞射原理及其應用,工業材料雜誌,86期,1994,2頁。
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔