微波輔助水熱法合成中孔鎳鈷氧化物於非對稱超級電容器之應用

Microwave-assisted hydrothermal synthesis of mesoporous nickel-cobalt oxides for the application of asymmetric supercapacitors

許湘禹

指導教授 ： 胡啟章

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2012年)

摘要

此論文中，吾人利用微波輔助水熱法來製備鎳鈷氧化物，其研究內容主要為：
1.藉由前驅物溶液中添加錯合劑、改變氯化鎳/氯化鈷的比例，及微波輔助水熱持溫時間等變因調控，改變鎳鈷氧化物(NiCo2O4)奈米粒子的平均粒徑大小，並找出電容性質最佳之鎳鈷氧化物合成參數，作為後續實驗之固定條件。
2.利用添加非離子型界面活性劑F127合成出具蟲洞結構的鎳鈷氧化物，成功增加材料的比表面積與孔隙度，並提升鎳鈷氧化物的比電容量達480 F g-1。
3.導入工業界研究發展、提升品質時常使用的實驗設計法，找出影響鎳鈷氧化物比電容的主要因素為：界面活性劑濃度、微波反應溫度及熱處理溫度；並在最佳化實驗條件後，使鎳鈷氧化物比電容提升至588 F g-1，其後進一步研究循環伏安活化程序對鎳鈷氧化物材料晶相及孔洞微結構的影響。
4.利用鎳鈷氧化物與石墨烯碳材組裝成非對稱型超級電容器，此非對稱超級電容器在充放電電流密度及電池操作電位窗(cell voltage)為4.15 A g-1及0.2~1.6 V的條件下，比能量及功率密度可達22.34 Wh/kg、1.10 kW/kg，且能量效率高達87%。
材料分析上以X光繞射儀(X-ray Diffraction, XRD)分析鎳鈷氧化物的結晶結構以及結晶強度，掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)來觀察其表面型態，比表面積與孔徑分析儀 (Surface Area and Porosity Analyzer, BET) 來觀察其孔洞結構，循環伏安法(Cyclic Voltammetry, CV)、定電流計時電位測定法(Chronopotentiometry, CP)以檢測其電化學性質。

關鍵字

鎳鈷氧化物 ； 超級電容器 ； 微波輔助水熱 ； 中孔 ； 非對稱

參考文獻

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