氧化錳-奈米碳管複合電極應用於超級電容器之製備與其電化學特性

Synthesis and Supercapacitor Performance of Arrayed MnO2-MWCNT Nanocomposites

謝元淳(Yuan-Chen Sie)

指導教授 ： 黃金花

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2009年)

摘要

以奈米碳管與過渡金屬氧化物所製備的複合物，被認為是極具潛力應用於超級電容器的電極材料。本實驗使用奈米碳管和氧化錳，製備奈米級複合電極，並量測其作為超級電容器的電容特性表現。實驗中所使用之奈米碳管是利用微波電漿輔助化學氣相沉積法，將碳管直接成長於矽基板上，並以6 M硝酸先對碳管進行純化與活化，隨後在0.1 M MnSO4和1 M Na2SO4的混合水溶液環境下，利用電化學法將氧化錳沉積於奈米碳管上。氧化錳的沉積分別以20至200 mV/s等不同掃描速率，以及30、50、70三種不同沉積圈數作為沉積條件，沉積的掃描範圍為0到1 V。接著，針對不同沉積條件所獲得的奈米碳管-氧化錳複合材料，作結構與電容特性的分析。
由X光繞射分析與拉曼光譜分析的結果可得知，沉積於奈米碳管上的氧化錳結構為含結晶水的多晶二氧化錳。而氧化錳以不同的掃描速率沉積，對於其表面形貌及電化學的特性表現有很大的影響。由結果發現，在100及150 mV/s的掃描速率下，氧化錳可以均勻地沉積於奈米碳管壁上，使複合電極能保有大的可利用表面積，對於氧化錳與奈米碳管介面間的離子傳遞有明顯的提昇。而整個實驗中，氧化錳最佳的沉積條件為在100 mV/s的沉積速率下作30圈的沉積，所製備出之氧化錳-奈米碳管複合電極，於20 mV/s的掃描下，可得到最佳的比電容值649 F/g，且在500 mV/s的掃描速率下，經過1000次的循環掃描後，仍能保有良好的操作穩定性。因此，氧化錳-奈米碳管複合電極對於超級電容器的應用與發展為一理想的材料。

關鍵字

超級電容

參考文獻

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