Design of novel electrolytes and electrodes for supercapacitors
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji Ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: DENİZ KESKİN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Hüsnü Emrah Ünalan
Eş Danışman: Simge Çınar Aygün
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Süperkapasitörler, gelecek vaat eden elektrik enerjisi depolama cihazları olarak ortaya çıkmaktadır. Pil ile karşılaştırıldığında döngüsel stabilite ve yüksek güç yoğunluğu sunarlar. Güncel çalışmalar, yenilikçi elektrot ve elektrolit malzemeleri ile tasarım stratejileri sunarak elektrokimyasal performansı artırmaya odaklanmaktadır. Jel polimer elektrolitler, benzersiz özellikleri nedeniyle süperkapasitör tasarımı için kullanılabilir. Bu özellikler yüksek iyonik iletkenlik, çevre dostu olma ve sızdırmaz doğalarıdır. Yenilikçi elektrolit tasarımı için, tuz matrisi olarak soya sosu ve polimer matrisi olarak hidroksietil selüloz seçilmiştir. Bu çalışmada, donmaya ve kurumaya karşı dayanıklı, yüksek iyonik iletkenliğe sahip (1.3 × 10⁻¹ S·cm⁻¹) yenilebilir zwitteriyonik jel polimer elektrolit sunulmaktadır. Elektrotlar, aktif karbon, gliserol, hidroksietil selüloz ve karbon siyahı kullanılarak üretilmiş ve üretilen yenilebilir süperkapasitör, 30 mV·s⁻¹ tarama hızında 3.75 F·g⁻¹ özgül kapasitansa sahiptir. 10,000 döngüden sonra kapasitif tutma oranı %86.5'tir. İki boyutlu malzemeler, büyük özgül alanları, yüksek iletkenlikleri, ayarlanabilir ara katman aralıkları ve aktif siteleri nedeniyle elektrot malzemeleri olarak kullanılabilir. Elektrot tasarımı için en çok çalışılan iki boyutlu malzemelerden biri 1T-molibden disülfid (1T-MoS₂)'dir. MoS₂'nin katmanlı morfolojisi, elektrokimyasal şarj depolama için yüksek özgül yüzey alanı ve kısa şarj (iyon/elektron) transfer mesafesi sunar. Yenilikçi elektrot tasarımı için, 1T-MoS₂ ve indirgenmiş grafen oksit nanokompozit elektrotlar üretilmiş ve mikro süperkapasitörlerin üretiminde kullanılmıştır. Üretilen mikro süperkapasitörden H₂SO₄-PVA elektroliti ile 32.5 mF·cm⁻² alan kapasitansı elde edilmiştir. 3000 şarj/deşarj döngüsü üzerinde %91 kapasitif tutma oranı gözlemlenmiştir.