Polianilinin ( PANI-p-TS) lazer indüklenmiş grafen yüzeyine elektrokimyasal sentezi: esnek mikro-süperkapasitör uygulaması için perklorat ve sülfat elektrolitlerinin incelenmesi
Electrochemical Synthesis of Polyaniline ( PANI-p-TS) on Laser-Induced Graphene Surface: Investigation of Perchlorate and Sulfate Electrolytes for Flexible Micro-supercapacitor Application
- Tez No: 1004559
- Danışmanlar: PROF. DR. NURAN ÖZÇİÇEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Enerji, Chemistry, Energy
- Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal polimerleşme, Polianilin, Süperkapasitör, Electrochemical polymerization, Polyanilines, Supercapacitor
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Analitik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, süperkapasitör elektrot aktif malzemesi olarak p-toluen sülfonat katkılı polianilin (PANI-p-TS), anilin ve p-toluen sülfonik asit (p-TSA) / p-toluen sülfonat (p-TS) tamponlu asetonitril çözeltisinde aralıklı dönüşümlü voltametri yöntemi kullanılarak grafit elektrot (GE) ve lazer indüklenmiş grafen (LIG) yüzeyine elektrokimyasal olarak sentezlenmiştir. GE// PANI-p-TS elektrodun kapasitif özellikleri, Dönüşümlü voltametri, Galvanostatik Şarj-Deşarj ve Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi yöntemleriyle metal perklorat (0.1 M LiClO4, Mg(ClO4)2, Mn(ClO4)2, Zn(ClO4)2, NaClO4) ve metal sülfat (0.1 M Li2SO4, MgSO4, MnSO4, ZnSO4, Na2SO4) elektrolitleri içeren sulu çözeltilerde incelenmiştir. Çalışmanın bir sonraki aşamasında bu elektrolitlere asit ilavesiyle (perklorat tuzları için HClO4; sülfat tuzları için H2SO4) pH değerleri 1'e ayarlanmış ve GE// PANI-p-TS elektrodunun performansları pH değerinden bağımsız olacak şekilde incelenmiştir. Perklorat tuzları içinde en iyi kapasitif performans pH 1'e ayarlanmış ortamlarda Li+ (431 F g-1); sülfat tuzlarında ise Na+ (548 F g-1) iyonlarıyla elde edilmiştir. LIG yüzeyine sentezlenen PANI-p-TS kaplama; Raman spektroskopisi, XRD, XPS, FESEM, EDX haritalama ve TEM teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Uygulamaya yönelik çalışmada, hazırlanan LIG// PANI-p-TS elektrodu, PVA bazlı LiClO4:HClO4 pH:1 ve Na2SO4:H2SO4 pH:1 jel elektrolitler ile iki hücreli konfigürasyonda simetrik mikrosüperkapasitörler oluşturulmuştur. PVA//LiClO4:HClO4 jel elektrolit ile hazırlanan mikrosüperkapasitörde (1.00 cm2 ; 0.2 mg cm-2) 15.6 μA cm−2'de %88 kulombik verimlilikle 98 μWh cm−2 enerji yoğunluğu ve 5 mW cm−2 güç yoğunluğu elde edilmiştir. 62.5 µA cm-2'de 5000 çevrimlik döngü testinde kapasitesinin %100'üne yakınını korunmuştur. Gerçekleştirilen eğme testinde ise 500 eğme sonrasında kapasitede %5'lik bir kayıp olmuştur. PVA//Na2SO4:H2SO4 jel elektrolit ile hazırlanan mikrosüperkapasitörde (0.68 cm-2 ; 12 mg cm-2) ise 1470 μA cm−2 akım yoğunluğunda %100 verimlilikle 0.8 mWh cm-2 enerji yoğunluğu ve 600 mW cm-2 güç yoğunluğu elde edilmiş, 1.10 mA cm−2'de gerçekleştirilen 5000 döngü testinde, başlangıç kapasitansının %99'unu, 100 eğme sonrasında ise kapasitesinin %90'ını koruyabilmiştir. Elde edilen veriler, üretilen her iki mikrosüperkapasitörün de giyilebilir esnek enerji depolamaları için uygulanabilir olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, polyaniline doped p-toluene sulfonate (PANI-p-TS) as the supercapacitor active electrode material was electrochemically synthesized onto graphite electrode (GE) and laser-induced graphene (LIG) surfaces using the intermittent cyclic voltammetry method in an aniline and p-toluene sulfonic acid (p-TSA)/p-toluene sulfonate (p-TS) buffered acetonitrile solution. The capacitive properties of the GE// PANI-p-TS electrode were investigated in aqueous solutions containing metal perchlorate (0.1 M LiClO4, Mg(ClO4)2, Mn(ClO4)2, Zn(ClO4)2, NaClO4 and HClO4) and metal sulfate (0.1 M Li2SO4, MgSO4, MnSO4, ZnSO4, and Na2SO4) electrolytes using Cyclic Voltammetry, Galvanostatic Charge-Discharge, and Electrochemical Impedance Spectroscopy methods. In the next stage of the study, the pH values of these electrolytes were adjusted to 1 by adding acid (HClO₄ for perchlorate salts; H₂SO₄ for sulfate salts), and the performance of the GE// PANI-p-TS electrode was examined to be independent of the pH value. The best capacitive performance among perchlorate electrolytes was obtained in Li+ (431 F g-1) ion in environments adjusted to pH 1; in sulfate electrolytes, it was achieved with Na+ (548 F g-1) ion. The PANI-p-TS coating synthesized on the LIG surface was characterized using Raman spectroscopy, XRD, XPS, FESEM, EDX mapping, and TEM techniques. For application purposes, symmetric micro-supercapacitors were constructed in a two-cell configuration using the prepared LIG//PANI-p-TS electrode and both PVA-based LiClO₄:HClO₄ (pH:1) and Na₂SO₄:H₂SO₄ (pH:1) gel electrolytes. The micro-supercapacitor prepared in PVA/LiClO4:HClO4 gel electrolyte (1.00 cm-2; 0.2 mg cm-2) achieved an energy density of 98 μWh cm-2 and a power density of 5 mW cm-2 with 88% coulombic efficiency at 15.6 μA cm-2. In a 5000-cycle test at 62.5 µA cm-2, nearly 100% of the capacitance was retained. In the bending test, a 5% loss in capacitance was observed after 500 bends. The micro supercapacitor prepared in PVA/Na₂SO₄:H₂SO₄ gel electrolyte (0.68 cm⁻²; 12 mg cm-2) achieved an energy density of 0.8 mWh cm⁻² and a power density of 600 mW cm⁻² at a current density of 1470 μA cm⁻² with 100% efficiency. In a 5000-cycle test conducted at 1.10 mA cm⁻², it retained 99% of its initial capacitance and 90% of its capacity after 100 cycles. These results show that both micro supercapacitors produced in the study are applicable for flexible energy storage.
Benzer Tezler
- CSA'nın P3HT VE MEH-PPV polimerlerinin fiziksel özelliklerine etkisi
Effect of CSA on the physical properties of P3HT and MEH-PPV polymers
CEM ULUDAĞ
- Elektrokimyasal yöntemle sentezlenen polianilin-p-toluen sülfonat iletken polimerinin elektromanyetik ışın absorpsiyon davranışlarının incelenmesi
Investigation of electromagnetic radiation absorption behaviour of polyaniline-p-toluene sulphonate conducting polymer by synthesized electrochemical method
SELÇUK MAMAŞ
- Pt-Ir elektrot üzerine kaplanmış grafen oksit katkılı polianilinin glikozun elektrokimyasal oksidasyonunda kullanımının incelenmesi
Investigation of the use of graphene oxide-doped polyaniline deposited on Pt-Ir electrode in the electrochemical oxidation of glucose
OSMAN CEM ALTINCI
- Design and manufacturing of dimensionally controlled graphene based hybrid structures by core-shell electrospinning for energy storage systems
Enerji depolama sistemleri için çekirdek-kabuk yapılı elektrodokuma yöntemi ile boyutsal kontrollü grafen tabanlı hibrit yapıların tasarımı ve üretimi
LEILA HAGHIGHI POUDEH
- Yakıt pillerinde iletken polimerlerin anodik ve katodik katalizörler üzerine matriks etkisi
The matrix effect of conducting polymers on the anodic and catodic catalyst of fuel cells
METİN DAĞDEVREN
