本研究以中間相微碳球（Mesocarbon microbeads, MCMB）製備超級電容器之碳電極，探討導電碳黑的添加量對電容特性之影響。經由150 mm濾紙過濾，經烘烤手法製作出具有碳黑披覆中間相微碳球之結構碳粉，並製備出超級電容之複合式碳電極，找出最佳電容特性之複合式碳電極製備參數；另外，本研究使用LiClO4鋰鹽與GBL溶劑來製備膠態電解質，以循環伏安(CV)和恆電流充放電測試（Charge-discharge tests）探討膠態電解質對超級電容器特性之影響，並以恆電流充放電測試對充放電效率進行分析及不同環境溫度對超級電容特性之影響。
研究結果顯示，使用具高比表面積（2620 m2/g）的中間相微碳球，並添加30 wt.%的碳黑，可製備出最佳電容特性的複合式碳電極，其比電容值於水系電解質（1 M KOH）中為188.8 F/g。使用膠態電解質製備超級電容器，由循環伏安分析得知，在25 mV/s掃描速率下具有最佳的比電容值為137.8 F/g，並以2 mA之恆電流充放電測試，最小之等效串聯電阻約為(ESR) 74Ω；於元件進行500次充放電後，效率可達到80%。

In this study, the carbon electrode of supercapacitor was fabricated using mesocarbon microbeads. The optimal processing parameters of carbon electrode for the best capacitative properties of supercapacitor are investigated. The composite carbon electrode of carbon black coated mesocarbon microbeads structure was prepared by filtering and heat treatment. The polymer gel electrolyte was prepared using LiClO4 and GBL. The influences of polymer gel electrolyte on the characteristics of capacitance are studied using cyclic voltammogram (CV) and charge-discharge tests. Besides, the influences of charge-discharge efficiency and different environment temperatures on the characteristics of capacitance are also studied by using charge-discharge tests.
Experimental results reveal that the optimum carbon electrode can be obtained using mesocarbon microbeads with high specific surface area (2620 m2/g) and adding 30 wt.% carbon black. The specific capacitance of carbon electrodes in 1 M KOH of 188.8 F/g can be obtained. Using polymer gel electrolyte to fabricate supercapacitor, the largest specific capacitance of composite electrodes is 137.8 F/g at scan rate of 25 mV/s. Finally, in the charge-discharge test at current of 2 mA, the equivalent series resistance (ESR) of 74Ω was obtained. The charge-discharge efficiency of device was about 80% after 500 cycles.

論文審定 i
誌謝iii
摘要 iv
目錄vii
圖目錄 x
表目錄xiii
第一章 前言 1
1-1 概述 1
1-2 文獻回顧 4
1-2-1 活性碳電極文獻探討 4
1-2-2 超級電容器文獻探討 6
1-3 研究動機與目的 7
1-4 研究內容 10
第二章 理論 11
2-1 超級電容器材料之簡介 11
2-2 超級電容器結構 13
2-2-1 集電板 14
2-2-2 碳電極層 14
2-2-3 電解質層 15
2-3 超級電容器電極製程方式 17
2-4 超級電容器的工作原理 18
2-4-1 電雙層電容儲能原理 18
2-5 電化學特性 22
2-5-1 二極式與三極式電容器 22
2-5-2 電化學電容器之電容測定方法 25
2-6 阻抗頻譜分析理論 29
2-6-1 EIS理論 29
2-6-2 等效電路與模擬 30
2-6-3 常見電路元件之電化學物理意義 32
第三章 實驗流程 36
3-1 碳電極製備 37
3-1-1 添加量定義 37
3-1-2 碳膏製備材料 38
3-1-3 碳膏調配 38
3-1-4 基板之準備與清洗 41
3-1-5 碳電極之塗佈 42
3-1-6 電極薄膜製程參數 43
3-2 膠態電解質製備 44
3-2-1 膠態電解質製備材料 44
3-2-2 膠態電解質之製備 44
3-3 超級電容器製作 45
3-4 電極薄膜物性分析 46
3-4-1 比表面積與孔徑分析 46
3-4-2 場發射掃描式電子顯微鏡（Field emission scanning electronmicroscope,FE-SEM）分析 49
3-5 阻抗頻譜分析 50
3-6 電化學特性分析 50
3-6-1 循環伏安（cyclic voltammogram, CV）分析 51
3-6-2 恆電流充放電效率（charge-discharge efficiency）測試 52
3-6-3 能量密度與功率密度 52
第四章 結果與討論 53
4-1 添加不同重量百分比碳黑對超電容特性之影響 53
4-1-1 複合式碳粉之SEM表面形貌分析 54
4-1-2 循環伏安分析 55
4-2 探討LiClO4鋰鹽對超電容特性之影響 57
4-2-1 膠態電解質之交流阻抗分析 57
4-2-2 循環伏安分析 58
4-2-3 恆電流充放電測試 61
4-2-4 恆電流充放電效率分析 62
4-3 探討不同環境溫度對超電容特性之影響 63
4-3-1 比電容值分析 63
4-3-2 能量密度與功率密度 65
第五章 結論 66
參考文獻 68
附錄 73

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