交流阻抗測試(AC)

交流阻抗的測試參考 Mirzaeian 等人 ⁴⁰的研究，使用的電池等校 模組如下圖 4-21 所示。圖中顯示各個鋰氧電池中的組件：Re為電解 液中的離子阻抗、Rint 為電解液與電極的接觸表面造成的阻抗、Cint

為電解液和電極接面形成的電雙層電容、Rct 為動力學反應發生時的 電荷轉移阻抗、Cm 為電極本身因為孔洞性或是其他的物理性質產生 的電雙層電容，最後 Wo則表示鋰離子與氧氣在擴散時候的阻抗。

圖 4-21 鋰氧電池的等效電路圖

在此實驗中，配合上述的電路圖，每個材料組成的電池皆會分成 三個不同的階段進行電阻抗的分析，分別為：(1)剛組裝完電池，並 且通入氧氣靜置 6 小時的原始電池(2)經過第一次放電反應的放電後 電池，以下情況簡稱經過第一次放電後(3)接續前一步驟，電池放電 後再進行充電步驟，以下簡稱放電後再經過充電步驟。本實驗將會先

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環後電阻值會回歸至接近原始的狀態。

(2)而在 Rint以及 Rct的部分，因為涉及放電產物堆積的電極表面，因 此在這邊可以發現，雖然三種材料的趨勢依然是原始電池經過第一次 放電反應之後 ：電阻抗增加；接著放電後的電池經過充電步驟後：

電阻抗縮小，在此可以發現添加 FePc 材料的電阻抗值在經過一次充 放電循環後，電阻值相較於純碳材的變化沒有那麼大(N-CNFs 材料的 阻抗在放電後幾乎無法回復初始的數值，代表材料催化氧化反應的效 果差)，而繼續比較則可以發現利用 Py 基團錨定 FePc 的材料其電阻 抗的數值在經過循環後回復的程度又勝過 FePc/N-CNFs 材料。

(3)在 Wo離子擴散的部分則可以發現三種材料皆呈現趨勢，原始電池 經過第一次放電反應後 ：擴散阻抗縮小；接著放電後的電池再經過 充電的步驟後 ：擴散阻抗增加，在此推測第一部分經過放電反應之 後，因為電池相較於原始狀態被活化，因此鋰離子與氧氣的擴散阻抗 縮小。

總結本次測得的實驗數據可以發現不論在電阻值或是離子擴散 係數的方面，FePc/Py/N-CNFs 在三種不同的測試條件下皆具有較優 秀的電性表現，以此可以說明本實驗利用 Py 基團錨定 FePc 材料的設 計在實際的電池操作上也具有良好的效果。

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圖 4-22 各材料在不同電池情況下的交流阻抗分析圖譜 (a)FePc/Py/N-CNFs(b) FePc/N-CNFs(c)N-CNFs

圖 4-23 相同充放電情況下 FePc/Py/N-CNFs、FePc/N-CNFs 與 N-CNFs 的交流阻抗分析圖譜(a)原始電池(b)經過第一次放電反應後(c)

放電後再經過充電步驟

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表 4-4 FePc/Py/N-CNFs、FePc/N-CNFs 與 N-CNFs 在原始電池狀 況下進行阻抗電路模擬的數據

原始電池 Re(Ωcm²) Rint(Ωcm²) Rct(Ωcm²) Wo(μΩcm²)

FePc/Py/N-CNFs 14.78 190.1 35.42 1880 FePc/N-CNFs 17.40 378.4 41.88 2320 N-CNFs 15.16 436.0 47.88 3540

表 4-5 FePc/Py/N-CNFs、FePc/N-CNFs 與 N-CNFs 在電池經過的 第一次放電反應後進行阻抗電路模擬的數據

表 4-6 FePc/Py/N-CNFs、FePc/N-CNFs 與 N-CNFs 於電池放電後 再經過充電步驟後進行阻抗電路模擬的數據

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