16-實作學生:水利及海洋工程學系【曾立翔】

參賽序號:16

海報主題

以甜菜鹼官能化氧化石墨烯修飾之雙離子高分子電解質於超級電容器之應用

系級

水利及海洋工程學系

指導老師及參賽學生

指導老師:溫添進
參賽學生:曾立翔

構想說明

在本研究中,將具有陰陽離子基團的[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺丙基)氫氧化銨(([2-Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide, SBMA)與氧化石墨烯進行接枝,並添加至超級電容器中的雙離子高分子電解質中,以提升超級電容器的整體電化學表現。

在超級電容器中,膠態電解質能提供良好的離子導電度與不俗的機械強度,但兩者皆有改良的空間。其中,雙離子高分子由於其固定的帶電基團能提升離子移動的能力,使得其擁有優良的離子導電度,但仍與液態電解質有些許差距。且由於它獨特的結構與性質,使得其機械強度較差。氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)在多篇研究中證實其作為填料可提升高分子機械強度;而嘗試將氧化石墨烯之氧化點位上接上具有雙離子的 SBMA,使其成為甜菜鹼官能化氧化石墨烯(Betaine-functionalized graphene oxide, BFGO),預期將其作為填料能同時提升機械強度並提升高分子電解質之離子導電度。

在本研究中,分別以 X-Ray 繞射分析、核磁共振光譜儀等材料分析方式驗證GO 及 BFGO 的合成;後將兩者作為填料加入高分子電解質中,使用 1 莫耳濃度(1M)之硫酸鈉溶液,並量測其離子導電度,發現在填料含量皆為 0.25wt%時皆表現出最佳的離子導電度,分別為亮眼的 73 與 107mScm-1。再以動態機械分析儀驗證了加入填料的高分子電解質之機械強度確實上升。最後將高分子電解質分別與碳電極組合成超級電容器並以電化學阻抗分析、循環伏安法及定電流充放電法測得超級電容器的電化學表現。其中,添加 BFGO 者表現優異,有著最低的阻抗、IR 壓降、最大的比電容值,以及絕佳的能量密度(46.2 WhKg -1)與功率密度(8.2 kWKg-1)。

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