臺灣博碩士論文加值系統

鋁不僅是產量最高的金屬在大氣也不會有甚麼反應，屬於安全也較便於處理的金屬。在氧化還原過程中牽涉到三個電子的轉移，其密度(2.7 g*cm-3)遠大於鋰(0.53 g*cm-3)，故其體積容量(8.06 Ah*mL-1)也是遠大於鋰(2.04 Ah*mL-1)，表示在相同體積下的鋁可以提供的電量約有鋰提供的四倍多。
在我們團隊的前作中，研究出天然鱗片石墨適用於鋁離子電池中的陰極材料，具有高電量及穩定性的特點。本作中研究前驅物為鱗片石墨的膨脹性石墨，在高電流密度(1000 mA/g)時亦具有高電量與穩定性，比較充放電曲線圖與循環伏安圖的反應後發現和前作一樣。臨場XRD與臨場拉曼可以得知充放電過程中氯鋁酸根有嵌入嵌出石墨層。SEM圖分析了充放電前後材料的結構差異。

Aluminum is not only the most abundant metal on Earth, but also safe to deal with in comparison to other kind of metal-ion battery. It contains the transfer of three electrons in redox reaction of aluminum. Furthermore, the density of aluminum is around four times larger than the one of lithium, indicating that under the same volume, aluminum provides almost four times greater volumetric capacity than lithium.
In our previous study, we found that the aluminum-ion batteries with natural flake graphite as cathode material contains high capacity and high stability. In this work, we investigate the cathodic performance of expanded graphite with natural flake graphite as the precursor. We discovered that under a high current density of 1000 mA/g, the battery also contains high capacity and high stability.Moreover, the galvanostatic curves and the cyclic voltammogram of this work are the same as the previous one.From in-situ XRD and in-situ raman spectroscopy, it shows the intercalation/deintercalation of AlCl4- ions into/out of to expanded graphite. The SEM image also reveal the structural difference of expanded graphite between before and after charging-discharging.

目錄 I
圖目錄 V
表目錄 VII
摘要 VIII
Abstract IX
謝誌 X
第一章 導論 1
1-1 前言 1
1-2 鋁離子電池的發展 2
1-3 鋁離子電池理論電量、功率、能量密度計算 6
第二章 電池基礎原理及文獻 7
2-1 鋁離子電池充放電原理 7
2-2 電解液及離子液體之介紹 9
2-3 鋁離子電池陽極介紹 12
2-3-1 鋁離子電池陽極(anode)改善 12
2-3-2 鋁枝晶(Al dendrites)的抑制與改善 13
2-4 鋁離子電池陰極(cathode)介紹 14
2-4-1 四氧化二錳(Mn2O4) 14
2-4-2 二氧化釩(VO2) 15
2-4-3 五氧化二釩(V2O5) 16
2-4-4 三氯化釩(VCl3) 22
2-4-5 鎳/二氯化鎳(Ni/NiCl2) 23
2-4-6 二硫化鐵(FeS2) 24
2-4-7 八硫化六鉬(Mo6S8) 25
2-4-8 氟化石墨(C(CFx)) 27
2-4-9 熱裂解石墨(pyrolytic graphite) 27
2-4-10 三維石墨(3D graphite) 28
2-4-11 天然鱗片石墨(Natural flake graphite) 29
2-4-12 無缺陷石墨烯氣凝膠(defect-free graphene aerogel) 31
2-5. 隔離膜(separator) 33
第三章 研究動機及實驗內容 35
3-1 研究動機 35
3-2 實驗藥品 36
3-3 儀器設備 37
3-4 材料分析鑑定 40
3-4-1 X光繞射儀(X-ray diffraction) 40
3-4-2 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope) 41
3-4-3 拉曼光譜學(Raman spectroscopy) 42
3-5 陰極材料製備步驟 43
3-5-1 製備膨脹性石墨(expanded graphite) 43
3-5-2 製備不同碎度的膨脹性石墨(expanded graphite) 43
3-6 製備碳纖維紙基板的電極 44
3-7 製備無基板(free standing)的電極 45
3-8 離子液體製備步驟 46
3-9 軟包電池製備步驟 47
3-10 電化學測試步驟 49
3-10-1 一般充放電之電化學測試 49
3-10-2 循環伏安法之測試 49
第四章 結果與討論 50
4-1 材料處理與分析 50
4-1-1 SEM結構鑑定 50
4-1-2 XRD圖譜分析鑑定 56
4-2 電化學分析測試 57
4-2-1 電流密度與電極電性之比較 57
4-2-2 不同負載量的電極電性比較 60
4-2-3 循環伏安圖與充放電曲線圖之分析 62
4-2-4 變速率充放電之電性表現 65
4-2-5 快充慢放電性表現 67
4-2-6 不同添加物變速率充放之電性表現 68
4-2-7 添加物於無基板電極(free standing)充放電性表現 74
4-3 in-situ實驗分析 76
4-3-1 in-situ XRD分析 76
4-3-2 in-situ Raman分析 78
4-4 掃描式電子顯微鏡表面結構分析 80
第五章 結論 82
參考文獻 83

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