石墨烯於超級電容之應用研究

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1、石墨烯於超級電容之應用研究石墨烯於超級電容之應用研究TheApplicationsofGrapheneforSupercapacitor洪悟清(Wu-ChingHung)‧張欽亮(Chin-LianChang)中心王玉平(Yu-PingWang)論題摘要/Abstract石墨烯具有優異的電學、熱學與力學特性，近年來一直是眾所矚目的焦點，而且在電子元件、複合材料、氣體感測器與能源儲存等應用領域皆有突破性發展。在眾多的能源儲存元件中，超級電容具有高功率密度、快速充放電、高循環壽命、無污染、免維護等優點，在混合電源系統、再生能源儲能系統、高功

2、率脈衝電源等，超級電容都有無可取代的地位，因此無論在汽車、電力、鐵路、通訊、軍事、工業應用、消費性電子產品等方面皆有著極大的應用價值與市場潛力。目前研究報告顯示，石墨烯本身優異的高比表面積與豐富的中孔結構，使石墨烯超級電容的能量密度與功率密度大幅提升，相信石墨烯超級電容於儲能的應用將是指日可待。InrecentyearsGraphene,havingexcellentelectrical,thermalandmechanicalproperties,appliedforelectroniccomponents,composites,ga

3、ssensorsandenergystoragehasbeenanattractiveattention.Amongthemuchenergystorage,thesupercapacitorexhibitsahighpowerdensity,fastchargeanddischarge,highcyclelife,nopollutionsourcesandnon-maintenance.Inthefieldofhybridpowersystems,renewableenergystoragesystems,high-powerpuls

4、edpowersupplies,thesupercapacitorhasanirreplaceableposition.Therefore,thesupercapacitorusedinthecar,electricity,railways,communications,military,industrial,consumerelectronicproductsappearagreatapplicationvalueandmarketpotential.Presentresearchreportsshowthatgrapheneitse

5、lfpresentssuperiorhighspecificsurfaceareaandgraphene-supercapacitorenergydensityandpowerdensityincreasedsignificantlyduetoitsporestructure.Webelievegraphene-supercapacitorenergystorageapplicationswillbejustaroundthecorner.關鍵詞：石墨烯(Graphene)、超級電容(Supercapacitor)、再生能源(Renew

6、ableEnergy)、儲能系統(EnergyStorageSystems)「新能源」與「再生能源」的開發、節能與前言儲能，使得各國能源相關的研究議題不勝枚目前石油危機與地球暖化等問題，讓舉，因而形成蓬勃發展的「綠能產業」。世界各國對能源議題的重視，各國爭相投入近年來綠能產業的發展迅速、領域中華民國103年元月35涵蓋廣泛且具有技術整合性特質，也是電材料來進行電荷的儲存與釋放，比起傳統子、電機、航太、運輸、能源、國防與環的介電電容器具有更高的能量密度(Wh/保等工業應用發展的新領域。在這波綠色Kg)，比起傳統的充電電池具有更高的功革命中

7、，找尋更有效率與經濟效益的「能率密度(W/Kg)，並且循環壽命(Cyclelife)中量儲存系統」一直是各界努力的目標。舉可達萬次以上(如表一所示[5])。因此超級心凡各種的消耗性電子產品如手機、數位相電容在移動通訊、資訊技術、電動車、航論題機、數位攝影機、筆記型電腦等等，到電空、航太和國防科技等都有其重要和廣泛動工具、電動車等都需要高性能的電源供的應用前景[6-7]。應裝置以維持其有效運作。表一超級電容性能比較表[5]「石墨烯」的研究熱潮是從2004年特性電容超級電容二次電池被Geim等人利用石墨為多層二維堆積結Picosecods構

8、，獨立分離出單層石墨烯，並從中量測充電時間(10～12)toSec～min0.5～5hrsMillisecondsPicoseconds石墨烯的物理特性，發現單層的石墨烯在(10～12)toMillisec