學位論文
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Item CO2雷射誘導石墨烯複合 MnO2/MoS2應用於超級電容器之研製(2023) 陳家宏; Chen, Chia-Hung超級電容器(Supercapacitor)根據電荷儲存機制能夠分成電雙層電容器(Electrical double-layers capacitor, EDLC)、擬電容器(Pseudocapacitor)以及混合式超級電容器(Hybrid supercapacitor, HSC)三大類。相比於傳統的電容器能提供更優異的比電容值、循環穩定性以及更良好的充放電效率，故已成為近年來最重要的儲能元件之一。雷射誘導石墨烯(Laser-induced graphene, LIG)是一種新型的石墨烯製備方式，其具有低成本、製程簡易且可大規模生產等獨特優點。在聚醯亞胺(Polyimide, PI)上製備的LIG可形成多孔的石墨烯結構，以提供高比表面積之電極材料。雖然目前儲能領域的研究已廣泛使用LIG與單一材料進行複合，但卻沒有文獻同時使用二氧化錳(MnO2)及二硫化鉬(MoS2)進行LIG複合材料的開發。因此，本研究利用複合電鍍製程在LIG表面同時沉積MnO2與MoS2以開發一款新型的LIG-MnO2/MoS2電極材料，製備出具有高活性位點及優異比電容值的LM60M0.5電極材料。根據恆電流充放電(Galvanostatic Charge-Discharge, GCD)量測結果顯示，LM60M0.5在電流密度為0.5 mA/cm2下的比電容值為389.4 mF/cm2，相比純LIG (5.08 mF/cm2)與LM60 (317.91 mF/cm2)，其比電容值分別提升76.7及1.2倍。此結果證實LIG透過MnO2電鍍60 min製程能有效提升LM60電化學性能，而LM60複合電鍍MoS2可進一步提升LM60M0.5電化學性能。此外，當電流密度增加到5 mA/cm2時LM60M0.5仍保有51.3 %的倍率性能，並且LM60M0.5電極材料在 5 mA/cm2的電流密度下經過6000次充放電循環後仍具有97.3 %的電容維持率，而在399.74 mW/cm2的功率密度下具有24.34 μWh/cm2的能量密度。此外，將本研究的實驗結果與目前文獻中類似材料進行比較，證實本研究所開發的LM60M0.5材料具有高比電容特性，有望成為有潛力的超級電容器電極材料。最後，為了驗證實際應用能力，使用LM60M0.5作為正極材料、LIG-AC作為負極材料，開發一款混合式超級電容器，並點亮LED燈與排列有NTNU ME圖樣的88顆並聯紅光LED燈，也透過相同方式成功驅動計算機56秒，以證實本研究所開發之混合式超級電容器具有作為儲能元件的實際應用能力。