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
Doktora
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU
- 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
Doktora
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHADIR KÜRŞAD KÖRBAHTİ
- 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
Doktora
İngilizce
2018
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN
- 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