水熱法合成鎳鈷錳三元金屬氧化物作為超級電容電極

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研究生：	黃翔聖 HUANG, HSIANG-SHENG
論文名稱：	水熱法合成鎳鈷錳三元金屬氧化物作為超級電容電極 Hydrothermal synthesize Ni/Co/Mn metal oxide as supercapacitor electrode material
指導教授：	徐文光 HSU, WEN-KUAN
口試委員:	薛森鴻 Hong, Syueh-Sen 呂昇益 Yi, Lyu-Sheng
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2019
畢業學年度：	107
語文別：	中文
論文頁數：	54
中文關鍵詞：	水熱法、超級電容
外文關鍵詞：	Hydrothermal synthesize, supercapacitor
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由於能源議題興起，伴隨著電力能源為主體的交通系統逐漸受到重視，電力系統的儲能元件亦受到了矚目。其中能夠在短時間內提供有效電流的超電容在此扮演了重要的角色，常見的超電容材料通常為使用電雙層儲能原理的碳系活性材料以及使用擬電容法拉第氧化還原儲能系統的活性材料。本研究使用能夠提供多種氧化態進行氧化還原反應的金屬離子作為超電容的活性材料，以期能夠得到高比電容的優異電性表現。本研究利用水熱合成法並搭配以Ni(NO3)2、Co(NO3)2、Mn(NO3)2以及尿素所配比而成的前驅物溶液進行反應，進而得到了本研究所需的三元金屬氧化物，透過SEM以及EDS的測量確定其表面樣貌後，再輔以XRD確認其晶格結構，期望能得到材料種類的初步分析；將合成後的三元金屬氧化物粉末混合導電碳黑以及黏著劑PVDF形成漿料，可簡易的組裝成為電極，且經電化學工作站測量後具優異的比電容及循環效能表現，惟此合成方法產量較低，需未來對於製程參數作出調整，進而批量生產。

Owing to increase in energy demand and environment issue, supercapacitors attract much attention with its high power density and fast charging rate. Using facile hydrothermal method, Ni-Co-Mn metal oxides are synthesized and mixed with carbon materails as supercapacitor electrode materials. By adjusting molar ratio of hydrothermal method precursor solution (Ni(NO3)2/Co(NO3)2/ Mn(NO3)2), different crystal morphologies and particle diameters can be obtained. Electrochemical properties are also strongly influenced by different molar ratios of Ni/Co/Mn in precursor solution. We then use CNTs as conductive material and metal oxide synthesized in 1/2/2 of Ni/Co/Mn molar ratio as redox reagents that can present the highest specific capacitance of 982 F/g with an excellent cycling ability after 3000 cycles.

1.    文獻回顧    9
1-1    超級電容器    9
1-1-1    傳統電容器與超級電容器概述    9
1-1-2    超級電容器儲存機制與電化學原理    12
1-2    電化學性能分析方法    15
1-2-1    比電容量測    15
1-2-2    電化學交流阻抗法    18
1-2-3    超級電容效能    19
1-3    超級電容器電極材料    21
1-3-1    電雙層電容器材料    21
1-3-2    擬電容器材料    22
2.    研究動機    25
3.    實驗流程    26
3-1    實驗流程圖    27
3-2    藥品及儀器    28
3-3    實驗步驟    30
3-3-1    水熱合成法合成、製造金屬氧化物粉末    30
3-3-2    混漿塗佈工作電極    31
3-4    分析儀器    33
3-4-1    結構與組成測定    33
3-4-2    電化學性質測定    34
4.    結果與討論    35
4-1    結構與組成測定    36
4-1-1    X光繞射分析（XRD）    36
4-1-2    場發射掃描式電子顯微鏡（FE-SEM）    37
4-1-3    X光能量散佈分析（EDS）    39
4-2    電化學性質測定    43
4-2-1    循環伏安法測試    44
4-2-2    倍率性能測試    45
4-2-3    定電流充放電性能測試    47
4-2-4    循環性能測試    48
5.    結論    51
6.    參考文獻    53


                                

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