第四章 結果與討論
4.13 充放電測試分析
金屬氧化物碳複合材料與 SP 之鋰空氣電池以 0.05 mA/cm2 電 流值進行充放電測試，如圖 4-17。圖中黑線為僅以導電碳 ( SP ) 不 含金屬氧化物為電極的鋰空氣電池，而紅線與藍線分別是二氧化鈦碳 複合材料及二氧化錳碳複合材料的鋰空氣電池測試的充放電圖。
圖中發現二氧化鈦碳複合材料具有最高的電容 694 mAhg-1 ，二 氧化錳碳複合材料電容為 612 mAhg-1 ，SP 電容為 589 mAhg-1 ，證 明金屬氧化物碳複合材料具有高於導電碳 SP 的電容，推測原因除了 金屬氧化的催化劑影響外，金屬氧化物碳複合材料表面積大於導電碳 SP 的表面積 ( 62 m2g-1 ) 所導致。二氧化鈦碳複合材料其放電電容大 於二氧化錳碳複合材料推測原因除了二氧化鈦碳複合材料表面積高 於二氧化錳碳複合材料外，因為二氧化鈦碳極片導電性較好，鋰空氣 電池擁有最小的電荷轉移阻抗，因此推測放電電容會較二氧化錳碳複 合材料大。表 4-7 中 mAhg-1 電容為除以金屬氧化物複合材料與導 電碳的總克數，而 mAhgcarbon-1 電容為除以金屬氧化物複合材料中的 碳(以 EA 換算)與導電碳的碳克數，換成後者目的為了與某些文獻比 較。
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圖 4-17 金屬氧化物碳複合材料充放電電容圖
圖 4-18 為針對放電電容 350 ~ 500 mAhg-1 區間其充放電容圖。
圖中觀察兩種金屬氧化物碳複合材料與 SP 的充放電工作平台，並將 數值整理於表 4-7。發現二氧化錳碳複合材具有最小的充放電過電壓 1.31 V ，二氧化鈦碳複合材料與 SP 分別為 1.74 V 及 1.86 V ，與 CV 圖佐證金屬氧化物碳複合材料具有降低過電壓的效能。並根據 2010 Girishkumar, G. 等作者之研究文獻 1計算電池能量效率: energy efficiency = Vdischarge / Vcharge ，發現兩金屬氧化物碳複合材料其電池能 量效率皆大於 SP 。其中擁有最小過電壓的二氧化錳碳複合材料較 SP 高出了 9 個百分點，其次二氧化鈦碳複合材料較 SP 高出了 2 個百分點。證明金屬氧化物碳複合材料做為電催化劑具有降低過電壓
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2011 Cheng, H.; Scott, K. 兩位學者對於金屬電催化劑與金屬氧化 物電催化劑的比較文獻49中，針對不同電催化劑應用於鋰空電池的充 放電圖與循環壽命為下圖 4-19 與 4-20 。文獻中的二氧化錳碳複合 材料是以水浴的方式下利用過錳酸鉀、硫酸錳與碳黑合成二氧化錳碳 複合材料，使用 1 M LiPF6 / PC 為電解液以 70 mAgcarbon-1的電流密 度進行鋰空氣電池電化學測試，並將實驗數值列於表 4-8。本實驗中 的 電 池 系 統 與 文 獻 使 用 相 同 的 電 解 液 ， 但 本 實 驗 電 池 系 統 以 0.05mAcm-2 為電流密度進行充放電測試，經過極片覆載量及 EA 的 換算，本鋰空氣電池系統大約以 94 mAgcarbon-1 的電流密度進行充放 電測試，比文獻值大一些。本實驗所製備之材料與文獻比較，根據表 4-8 發現本材料與文獻中的具有相同的過電壓大約 1.3 V，但是本實 驗兩金屬氧化物其放電電容皆大於此文獻49值。
表 4-8 文獻 49不同金屬氧化物充放電電壓與電容值
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圖 4-19 文獻49不同電催化劑充放電圖
圖 4-20 文獻49不同電催化劑循環壽命圖
2013 Kavakli, C. 等學者對於二氧化錳碳複合材料作為鋰空氣電 電催化劑的文獻50中，針對不同錳系氧化物電催化劑應用於鋰空電池
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的充放電圖為下圖 4-21。文獻中的二氧化錳碳複合材料以水浴的方 式下利用過錳酸鉀、硫酸錳與一些特定試劑與 Vulcan XC-72 此碳黑 合成二氧化錳碳複合材料，使用 0.2 M LiTFSI / DME 為電解液以 120 mAgcarbon-1 的電流密度進行鋰空氣電池電化學測試，並將實驗數 值列於表 4-9。本實驗電池系統電解液與文獻不同，本鋰空氣電池系 統大約以 94 mAgcarbon-1 的電流密度進行充放電測試，比文獻值小。
根據表 4-7 本實驗所製備之兩金屬氧化物碳複合材料其電容遠大於 文獻值。
圖 4-21 文獻50不同電催化劑充放電圖
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表 4-9 文獻 50不同金屬氧化物氧氣與氬氣下的放電容值
鋰空氣電池系統中，各實驗條件不盡相同，包括 : 電極材料種類 及其製備法、選用電解液與鹽類種類及其配比，隔離膜材料、充放電 電流密度……等等。盡可能找與本實驗類似系統的文獻統進行比較，
由上述兩篇文獻發現本實驗以軟模板法所製備高比表面積的兩金屬 氧化物碳複合材料具有較高的放電電容，證明中孔洞的高比表面積奈 米級的電極材料助於電性表現，並與文獻呼應5。
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