固態電容元件Ppy/Al2O3/Al製備與性質：離子摻雜與溶劑之影響

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Title:	固態電容元件Ppy/Al2O3/Al製備與性質：離子摻雜與溶劑之影響 Preparation and characterization of capacitor element of solidpolymer electrolyte of Ppy/Al2O3/Al- effect of dopant and solvent
Authors:	林秀育
Contributors:	化工與材料工程系
Keywords:	聚吡咯;固態電容器;離子摻雜;交流阻抗分析 Polypyrrole;solid conducting polymer capacitor;ionic doping;AC impedance
Date:	2005
Issue Date:	2008-09-26 09:13:32 (UTC+8)
Abstract:	本論文主要是以電化學定電流法摻雜不同離子及溶劑中，進行Ppy/Al2O3/Al之製備，探討不同電聚合條件下製備所得之Ppy/Al2O3/Al，組裝並測試電容器之性能、壽命與交流阻抗分析之影響。研究中以聚吡咯為固態電容器之電解質，使用電化學定電流法在不同摻雜離子及共溶劑不同比例含量下製備Ppy/Al2O3/Al。探討的條件包括:離子種類、離子濃度、溶劑種類、有機溶劑/水之體積比與通電量等因素的影響，並以交流阻抗分析鋁質固態電容器於不同測試電壓下，壽命老化之耐用程度。實驗結果證實，離子摻雜以2-萘磺酸鈉鹽能有效提升電容量(Cs)，當添加量由0增加至0.01 M時，使電容量由574.3增加至616.8 nFcm-2，並可降低DF值，由39.30降低至18.53 %；以摻雜己二酸胺能減少電容器之漏電流，當添加量由0增加至0.005 M時，漏電流由0.067降低至0.056 μAcm-2。DMSO/H2O體積比由0增加至10 %時，電容量(Cs)由574.3增加至684.3 nFcm-2，並降低DF值，由39.30降低至13.7 %。分別以SEM觀察鋁箔和各種不同聚合條件下Ppy/Al2O3/Al之表面形態，以EDS分析摻雜離子為2-萘磺酸鈉鹽時，不同聚合階段之元素組成含量，以BET探討鋁箔經前處理及蝕刻後表面積之增加量；在電容性質分析上，將組裝好之固態電容器先以漏電流儀測試電容器之漏電流，再以LCR儀器測試電容量(Cs)、損失值(DF)與等效串聯電阻(ESR)。實驗所得之最佳之操作條件為: DMSO/H2O含量為10 %並摻雜離子(1) 2-萘磺酸鈉鹽濃度為0.01M，於通電量3庫侖下製備所得之電容性質分別為：漏電流為0.029±0.005μAcm-2，電容量為688.8±8.28 nFcm-2，DF值為14.35±5.63%，ESR為18.63±3.48 Ω；(2)己二酸胺濃度為0.005 M，於通電量4庫侖下製備所得之電容性質分別為：漏電流為0.045±0.006μAcm-2，電容量為658.6±9.60 nFcm-2，DF值為21.7±10.9%，ESR為18.85±4.38Ω。以2-萘磺酸鈉鹽離子摻雜濃度為0.01M及DMSO/H2O 含量10 %，通電量分別為2.5、3.0、4.0和5.0庫侖，和己二酸胺離子摻雜濃度為0.005 M及DMSO/H2O 含量10 %，通電量分別為3.0、4.0、5.0和6.0庫侖之條件下，製備Ppy/ Al2O3 /Al並進行壽命測試，分別設定充電電壓為2.5、4.0和6.3 V之直流電，於固定時間進行電容性質測試，且以交流阻抗分析鋁固態電容器之阻抗變化。鋁固態電容器主要的阻抗為：氧化膜(Al2O3)阻抗(Rox)與聚吡咯(Polypyrrole)阻抗(Rppy)，以交流阻抗分析壽命測試結果發現，鋁固態電容器整體最主要阻抗來自於氧化膜阻抗(Rox)。以固定製備時之通電量4.0庫侖及充電電壓4.0 V下，於壽命測試經1000小時之後，比較不同摻雜離子下Rox與Rppy阻抗分別為：(1) 摻雜2-萘磺酸鈉鹽離子，Rox為62337Ω，且Rppy為9409Ω，(2) 摻雜己二酸胺離子，Rox為1.2491E5Ω，且Rppy為874.5Ω。絕緣層氧化鋁之增厚導致Rox阻抗值增大，造成鋁固態電容器老化衰退之主要原因。
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