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研究生: 吳孟諭
Wu, Meng-Yu
論文名稱: 以直接還原法製備氧化錳-奈米碳管複合電極應用於超級電容器之研究
Fabrication of MnO2-MWNTs Nanocomposite by Direct Redox for Supercapacitors Applications
指導教授: 黃金花
Huang, Jin-Hua
口試委員:
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 67
中文關鍵詞: 超電容奈米碳管氧化錳
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  • 奈米碳管與金屬氧化物的結合在超級電容器的應用中被認為是一種具有潛力的方法,本實驗研究奈米碳管/氧化錳奈米複合電極的合成以及電化學性質,奈米碳管利用微波電漿輔助CVD直接成長於矽基板上,在氧化錳還原之前先以不同濃度的硫酸或硝酸將碳管純化和活化,再探討以不同的沉積條件製備的奈米碳管/氧化錳複合電極的材料特性。
    經由拉曼光譜分析可以得知氧化錳結構為birnessite type-MnO2,並且在pH = 7時氧化錳可以均勻散佈在奈米碳管的表面,經由濃硫酸可以最佳純化和活化奈米碳管,在還原時提高溫度能有效提高比電容值。在以濃硫酸做前處理,70 ℃、pH = 7的0.1 M過錳酸鉀溶液中還原,用1 M 硫酸鈉做為電化學量測的電解液並以 20mV/s 的掃描速率可以得到最高比電容值為 46 mF/cm2,在氧化錳包覆量較少的狀態下以 200 mV/s的掃描速率更能擁有50% 以上的比電容值維持率,而穩定性在經過1000次的掃描循環過後仍能保有良好的穩定性,顯示氧化錳/奈米碳管複合電極是應用於超電容的理想材料。


    第一章 緒論 1 1.1 簡介 1 1.2 研究動機 2 第二章 文獻回顧 4 2.1 超級電容器 4 2.1.1 電雙層電容 5 2.1.2 擬電容 7 2.1.3 超級電容器之電極材料 9 2.1.4 電極製備 10 2.1.5 電解液 11 2.2 奈米碳管 13 2.2.1 單壁奈米碳管 14 2.2.2 多壁奈米碳管 15 2.2.3 奈米碳管的製備 16 2.2.4 奈米碳管的成長機制 20 2.3 氧化錳 24 2.3.1 氧化錳的材料介紹 24 2.3.2 錳氧化物的反應機構 24 2.3.3 氧化錳複合電極製備 25 2.4 電化學原理的應用-循環伏安法 27 第三章 研究方法與實驗步驟 30 3.1.1 奈米碳管製備 31 3.1.2 氧化錳/奈米碳管複合電極製備 33 3.2 分析方法及量測儀器 33 3.2.1 循環伏安法量測 34 3.2.2 場發射式掃描電子顯微鏡 34 3.2.3 拉曼光譜儀 34 第四章 實驗結果與討論 35 4.1 奈米碳管 35 4.2 氧化錳/奈米碳管複合電極 38 4.2.1 以不同 pH 值、浸泡時間以及過錳酸鉀溶液濃度之表現 39 4.2.2 不同酸處理條件與時間的影響 47 4.2.3 以 70℃ 還原氧化錳 48 4.2.4 以不同電解液量測電化學性質 53 4.2.5 熱處理對氧化錳的影響 58 4.2.6 穩定性表現 60 4.2.7 氧化錳結構分析 61 參考文獻 65

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