學位論文
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Item 二硫化鉬/錳/鈷複合物之合成與應用於不對稱超級電容器之研製(2022) 張宇蘋; Chang, Yu-Ping超級電容器(Supercapacitors)依其能量儲存機制可分為電雙層電容器(Electrical double-layers capacitors, EDLC)、擬電容器(Pseudocapacitor)與非對稱超級電容器(Asymmetric supercapacitor)三大類，與傳統的電容器相比之下擁有更優異的比功率、比電容值以及循環壽命，故在電動車與消費性電子產品的應用上受到關注。二硫化鉬(MoS2)是一個與石墨烯相似的二維材料，其層狀結構使MoS2具有與石墨烯相同的電雙層電容特性，而金屬離子的氧化還原能力使金屬摻雜具有擬電容的特性，故非常適合用於儲能元件的電極材料。目前儲能領域的研究已廣泛使用MoS2搭配金屬離子進行合成，但目前在儲能領域並沒有文獻同時使用Mn、Co進行MoS2的開發。因此，本研究將利用二硫化鉬與錳、鈷金屬離子，使用一步水熱法合成雙金屬的錳-鈷-二硫化鉬化合物(Mn-Co-MoS2)，製備具高活性位點與高比電容值之正極，並以活性碳製作負極，利用此高性能正、負極電極材料之搭配，進行非對稱超級電容器之開發，也同時合成文獻常見之Mn-MoS2、Co-MoS2一同進行比較。本研究所開發具有花狀結構且擁有高活性位點的Mn-Co-MoS2，其具有最低的電荷轉移電阻10.4 Ω以及比電容值高達268.7 F/g，與文獻常見的Mn-MoS2以及Co-MoS2相比之下，顯示Mn-Co-MoS2擁有更優異的電容性能。根據恆電流充放電量測結果顯示，在1 A/g的電流密度下Mn-MoS2的比電容值為214.7 F/g、Co-MoS2的比電容值為185.6 F/g、Mn-Co-MoS2的比電容值為268.7 F/g，此結果證實Mn-Co-MoS2的電化學性能優於Mn-MoS2及Co-MoS2。並且Mn-Co-MoS2電極在10 A/g的電流密度下經過5000次充放電循環後仍具有81.2%的電容維持率。本研究也將實驗結果與文獻進行比較，證實本研究所開發的Mn-Co-MoS2有機會成為超級電容器極具前景的電極材料。最後，為了驗證實際應用能力，使用Mn-Co-MoS2作為正極材料、活性碳作為負極材料，開發一款不對稱超級電容器，並點亮排列成ME圖樣的40顆並聯LED綠燈，證實本研究所開發之不對稱超級電容器具有作為儲能元件的實際應用能力。Item 以均苯四甲酸合成雙金屬鎳-鈷金屬有機框架應用於不對稱超級電容器之研製(2021) 李昱樵; Li, Yu-Chiao超級電容器(Supercapacitors)依其能量儲存機制可分為電雙層電容器(Electrical double-layers capacitors, EDLC)與擬電容器(Pseudocapacitor)兩大類，比起傳統的電容器擁有更優異的比功率、比電容值以及循環壽命，故在電動車與消費性電子產品的應用前景受到注目。金屬有機框架(Metal organic framework, MOF)是利用金屬離子與有機配體(organic ligand)所合成的高比表面積材料，其高比表面積的結構使MOF具有與碳材相同的電雙層電容特性，而金屬離子的氧化還原能力使MOF具有與金屬氧化物相同的擬電容特性，故非常適合用於儲能元件的電極材料。然而，目前儲能領域的研究已廣泛使用Ni、Co金屬離子搭配對苯二甲酸(Terephthalic acid, TPA))、均苯三甲酸(Trimesic acid, TMA))等有機配體進行合成，而目前在儲能領域並沒有文獻使用均苯四甲酸(Pyromellitic acid, PMA))進行NiCo-MOF的開發。因此，本研究致力於開發一款新型的NiCo-MOF，利用一步驟水熱法搭配Ni、Co金屬離子與均苯四甲酸有機配體進行NiCo-MOF(PMA)之開發，並同時合成文獻常見之NiCo-MOF(TPA)、NiCo-MOF(TMA)一同進行比較。本研究所開發具有蒲公英結構且擁有超高比表面積的NiCo-MOF(PMA)，其比表面積高達500.7 m2/g，與文獻常見花狀結構的NiCo-MOF(TPA) (6.91 m2/g)與蒲公英狀結構的NiCo-MOF(TMA) (20.66 m2/g)比較下，顯示NiCo-MOF(PMA)擁有更優異的比表面積性能。根據恆電流充放電量測結果顯示，在1 A/g的電流密度下NiCo-MOF(TPA)的比電容值為1000 F/g、NiCo-MOF(TMA)的比電容值為864 F/g、NiCo-MOF(PMA)的比電容值為918.8 F/g，此結果證實NiCo-MOF(PMA)的電化學性能可媲美NiCo-MOF(TPA)及NiCo-MOF(TMA)。當電流密度增加到10 A/g時NiCo-MOF(PMA)仍保有61.1%的倍率性能，且在10 A/g的電流密度下經過10000次充放電循環後仍具有64.3%的電容維持率。本研究也將實驗結果與文獻進行比較，證實本研究所開發的NiCo-MOF(PMA)有機會能成為超級電容器有潛力的電極材料。最後，為了驗證實際應用能力，使用NiCo-MOF(PMA)作為正極材料、活性碳作為負極材料，開發一款不對稱超級電容器，並成功點亮1顆綠光LED燈與排列有NTNU圖樣的40顆並聯綠光LED燈，證實本研究所開發之不對稱超級電容器具有作為儲能元件的實際應用能力。