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本研究為利用不同類型的奈米碳管來製作超電容電極,主要目的為希望透過在相 同的配方以及製備電極的條件下,添加不同的奈米碳管,使用陰極沈積法製作超電容 電極。然後計算其電容量並利用掃描式電子顯微鏡觀察鍍層結構,比較類型不同的碳 管對製備超電容電極有無影響。由實驗的結果我們可以歸納出以下幾點:

(1) 添加直徑不同的多壁奈米碳管進行超電容電極製備,其電容量皆隨沈積時間的增 加而上升。當奈米碳管直徑為 10-30nm 時,其所量測到的電容量最高為 530.4 F/g。當奈米碳管直徑為 30-50nm 時,其所量測到的電容量最高為 448.8 F/g。

(2) 利用多壁奈米碳管製備超電容電極,其電容量隨著碳管直徑的增加而下降。其原 因之一為碳管直徑增加使得其比表面積下降,減少了氧化釕可以附著的面積。原 因之二為奈米碳管直徑的增加使得接觸電阻上升,電子的傳導變差,進而影響電 容量的大小。

(3) 在相同奈米碳管生成方式下,添加單壁奈米碳管所製備之超電容電極,其所量測 之電容量最高僅有 390 F/g,效能低於添加多壁奈米碳管所製備之超電容電極。

比對碳管的成份後可以發現單壁奈米碳管上殘留的催化劑較多,影響了碳管的性 質與氧化釕的沈積,使得電容量數值較低。

(4) 使用電弧放電法生成的單壁奈米碳管製備超電容電極,其電容量較化學氣相沈積 法生成的單壁奈米碳管製備超電容電極要高,因為電弧放電法生成的奈米碳管結 構較為完整,催化劑殘留量少,整體品質較佳,所以比較利於鍍層的沈積,其單 位克重電容量最高為 556.7 F/g。

(5) 單壁/多壁奈米碳管在直徑尺寸皆<10nm 的條件下所製備的超電容電極進行比較 後得知,無論是使用電弧放電法或是化學氣相沈積法所生成之單壁奈米碳管進行 電極製備,其電容量效能仍然低於多壁奈米碳管,所以多壁奈米碳管較適合製備 超電容電極。

(6) 利用穿透式電子顯微鏡觀察單壁/多壁奈米碳管鍍層上的含水釕化物晶粒結構,

透過晶格的距離計算對照資料表後,確認上沈積了相當均勻的氧化釕(RuO2),鍍 層結構為非晶結構為主,並夾雜奈米晶粒,晶粒大小大約 2-3nm,氧化釕沈積的 厚度大約為 10nm。

第六章 未來展望

奈米碳管的發現,不但使材料領域獲得一大進展,也讓社會更加的進步,透過奈 米碳管本身各種優秀的性質,使得在生活中許多需求物的品質得以改進,環境品質上 升。而在學術領域上也因為碳管本身諸多的特性,讓許多擱置已久的問題得到了解 決,加速了科技的發展與突破。隨著時代的演進,能源方面的問題越趨明顯,超電容 的發展對於儲能元件領域有相當重要的地位。

然而超電容本身也有一些缺點尚待改進,例如電容量的問題。利用含水釕化物搭 配奈米碳管使用陰極沈積法來製備超電容電極,由實驗上發現效果相當不錯,電容量 獲得了不少的提升。但是也有缺點存在,例如沈積鍍層的均勻度差異、鍍層厚度的控 制、沈積的是否皆為所要的物質、鍍層容易剝落等問題。所以在未來研究方向上可以 朝著修改上述缺點的方向前進,調整鍍液配方的比例、電解液的選擇與濃度、電極的 基材選用、甚至沈積的方式都是可以探討的地方,相信可以使電極狀況與電容量保持 穩定甚至向上提升。

另外為了因應在各領域上的使用,對於尺寸的調整是必要的,將電鍍的面積放大 或縮小後測試電容量的增減狀況,將有助於利用在交通工具或大型機械上。對於造型 的變化亦是可以研究的方向,如果使用在小型電子產品上除了需要做到夠薄,還需要 有造型的變化,例如做成捲筒狀或者可以進行一些不規則的彎曲。此外使用非金屬的 材質作為底材製作超電容,在多樣的狀態下使電極正常作用、不易損壞消耗等都是值 得研究的課題。

由此可知超電容仍然有相當多的問題等待解決改善,不過也因此讓超電容擁有更 多的性能改善、品質提升的空間,所以對於超電容未來的發展,還是可以持有相當程 度的期待,繼續的投入對超電容電極的研究與探討。

在文檔中 中 華 大 學 碩 士 論 文 (頁 77-80)

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