二氧化碳龍捲風式常壓噴射電漿於石墨烯-氧化錫超級電容之應用

Abstract

" 本研究利用常壓電漿(Atmospheric Pressure Plasma Jet, APPJ)合成碳材-金屬氧化物複材並用於儲能元件。首先在碳布電極上網印石墨烯-氯化亞錫(rGO-SnCl2)前驅體，並透過大氣電漿製備石墨烯-二氧化錫(rGO-SnO2)電極，最後組裝成對稱型超級電容。實驗比較了氮氣及二氧化碳電漿製程的差異性。 第一部分先使用穩定且成熟的氮氣常壓噴射電漿來進行，並證實複合材料用於儲能的可行性。透過各項分析得以證實最佳製程時間僅需300秒。在材料分析上，由掃描式電子顯微鏡發現石墨烯表面有大量奈米顆粒形成，因此更進一步透過X射線光電子能譜儀鑑定材料化學結構，證實奈米顆粒是來自於二氧化錫的形成，X射線繞射儀也可見二氧化錫的晶相。亦進行了能量色散X光譜儀、拉曼光譜儀等完整材料分析。在實際應用於軟性超級電容時，以定電流充放電，電流0.25 mA的條件量測，其面積電容值達47.52 mF/cm2。在Trasatti plots分析中，電雙層電容(EDLC)及擬電容(PC)貢獻各佔約50%。 證實了氮氣常壓電漿於材料製備的可行性後，接著使用二氧化碳龍捲風式常壓噴射電漿來製備rGO-SnO2電極。在顯微分析及化學鑑定有類似於氮氣電漿實驗的結果。而在電化學分析中，本部分聚焦於電漿系統對碳布及石墨烯-二氧化錫石墨烯-二氧化錫超級電容個別的影響。以指數率分析可見碳布表現出電雙層電容行為；石墨烯-二氧化錫表現出擬電容行為。碳布的儲能效果較不明顯，主要仍來自石墨烯-二氧化錫複合材料，製備的軟性超級電容之面積電容值達37.17 mF/cm2，且保持理想的穩定性，也成功證實驅動外部發光二極體的可行性。"