Electrochemical carbon dioxide capture for sustainable recovery of metals from lithium-ion battery cathode: A novel approach toward circular economy in energy storage technologies
Enerji depolama teknolojilerinde döngüsel ekonomiye yönelik yenilikçi bir yaklaşım: Lityum-iyon batarya katodundan metallerin sürdürülebilir geri kazanımı için elektrokimyasal karbondioksit yakalama
- Tez No: 1002730
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN EKSİK, DR. KORAY BAHADIR DÖNMEZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Kimya, Metallurgical Engineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Nanomateryaller, Nanopartiküller, Nanoteknoloji, Nanomaterials, Nanoparticles, Nanotechnology
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, CO₂'nin reaktif bir tür olarak kullanıldığı membran destekli elektrokimyasal bir yöntemle nikel ve mangan karbonat temelli elektrot malzemelerinin kontrollü sentezini sunmaktadır. Katyon ve anyon değişim membranları ile donatılmış üç bölmeli elektrokimyasal hücre, anodik, katodik ve çöktürme bölgelerinin uzamsal olarak ayrılmasını ve seçici iyon taşınımını sağlayarak dış kimyasal çöktürücülere ihtiyaç duymadan kontrollü karbonat oluşumuna imkân vermektedir. Ni₂(CO₃)(OH)₂ ve MnCO₃ başarıyla sentezlenmiş ve XRD, FTIR, Raman, SEM, TEM, XPS ve TGA analizleri ile yapısal olarak karakterize edilmiştir. Bu analizler, faz oluşumunu, karbonat içeriğini ve gözenekli morfolojiyi doğrulamıştır. Malzemelerin elektrokimyasal performansı, 0–2.5 V gerilim aralığında çalışan Ni₂(CO₃)(OH)₂//AC ve MnCO₃//AC asimetrik süperkapasitör sistemlerinde değerlendirilmiştir. Ni₂(CO₃)(OH)₂//AC cihazı, 10.000 döngü sonunda %80'in üzerinde kapasitans korunumu ve yaklaşık %100 Coulombik verim göstermiştir. MnCO₃//AC cihazı ise benzer koşullar altında yaklaşık %86–87 kapasitans korunumu ve %100'e yakın Coulombik verim ile kararlı bir döngü performansı sergilemiştir. Önerilen yöntem, kimyasal tüketimini azaltmakta, ikincil atık oluşumunu minimize etmekte ve CO₂'yi katma değerli bir reaktif olarak kullanarak süperkapasitör elektrot malzemelerinin sürdürülebilir üretimi için uygun bir yaklaşım sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The thesis presents a membrane-assisted electrochemical strategy for the controlled synthesis of nickel and manganese carbonate-based electrode materials using CO₂ as a reactive species. A three-compartment electrochemical cell equipped with cation- and anion-exchange membranes enables selective ion transport and spatial separation of anodic, cathodic, and precipitation zones, allowing controlled carbonate formation without external chemical precipitants. Ni₂(CO₃)(OH)₂ and MnCO₃ were successfully synthesized and structurally characterized using XRD, FTIR, Raman, SEM, TEM, XPS, and TGA, confirming phase formation, carbonate incorporation, and porous morphologies. The electrochemical performance of the materials was evaluated in asymmetric supercapacitors (Ni₂(CO₃)(OH)₂//AC and MnCO₃//AC) within a 0–2.5 V voltage window. The Ni₂(CO₃)(OH)₂//AC device showed near-100% Coulombic efficiency and over 80% capacitance retention after 10,000 cycles. The MnCO₃//AC device exhibited stable cycling performance with approximately 87% capacitance retention and near-100% Coulombic efficiency under the same conditions. The proposed method reduces chemical consumption, minimizes secondary waste, and utilizes CO₂ as a value-added reagent, offering a sustainable route for the production of supercapacitor electrode materials.
Benzer Tezler
- Biochar engineering and life-cycle performance of Biochar–BECCS systems for carbon dioxide removal
Biyoçar mühendisliği ve karbon dioksit giderimi için Biyoçar–BECCS sistemlerinin yaşam döngüsü performansı
ALİ BERTAN KIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. ALMILA GÜVENÇ YAZICIOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ FEYZA KAZANÇ ÖZERİNÇ
- Tetrapirol türevlerinin sentezi ve enerji alanındaki uygulamaları
Synthesis of tetrapyrole derivatives and applications in the field of energy
EKREM KAPLAN
- Investigation of electrochemical CO2 capture system
Elektrokimyasal CO2 tutma prosesinin incelenmesi
CANSU GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDAL UZUNLAR
- Metal katkılı grafen esaslı elektrotların üretilmesi ve karbondioksit indirgenmesinde kullanımının araştırılması
Fabrication of metal additive graphene based electrode and investigation of use in carbon dioxide reduction
ESRA BUĞÇE KARATAŞ ÖZKARACA
- Electrochemical reduction of CO2 to CO and other useful chemicals by using inorganic semiconductor electrodes
İnorganik yarıiletken elektrotlar ile karbondioksitin karbonmonoksit veya diğer yararlı kimyasallara elektrokimyasal indirgenmesi
ABDALAZİZ S.A. ALJABOUR
Doktora
İngilizce
2017
Kimya MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT KUŞ
