Design and innovative synthesis of iron-based non-oxide advanced ceramics for electrochemical energy storage
Elektrokimyasal enerji depolama için demir esaslı oksit içermeyen ileri seramiklerin tasarımı ve yenilikçi sentezi
- Tez No: 1023326
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGE BALCI ÇAĞIRAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, elektrokimyasal enerji depolama amacıyla yüksek performanslı süperkapasitör elektrot malzemeleri olarak demir esaslı oksit olmayan ileri seramikleri araştırmaktadır.İlk olarak, mekanik aktivasyon destekli bir yöntem aracılığıyla Fe–B–N sisteminde demirin bor ve azot ile birleşimindeki sinerjik etkiye odaklanılmaktadır. Melamin bir azot kaynağı olarak kullanılarak, melamin molar oranlarının ve tavlama sıcaklıklarının etkileri incelenmiş; bu çalışma yeni bir ortorombik Fe₁₂B₂N₂ fazının tanımlanmasına yol açmıştır. İlk prensiplere dayalı fonon bant dispersiyon hesaplamaları, bu fazın dinamik kararlılığını ve metalik karakterini doğrulamaktadır. XRD ve Raman spektrumları güçlü bir teori-deney korelasyonu ortaya koymuş; yapısal ve titreşimsel özellikler doğrulanmıştır. En belirgin Fe₁₂B₂N₂ fazına sahip tozdan elde edilen elektrotlar (79,1 nm) 6,77 F/g özgül kapasitans ve 2,17 Wh/kg enerji yoğunluğu sunmuştur. Tüm elektrotlar 41,4–70,2 kW/kg aralığında mükemmel güç yoğunlukları sergilemiş ve hızlı şarj–deşarj kapasitelerini ortaya koymuştur. İkinci olarak, FeSi–FeB nanokompozitler, sodyum klorür kullanılarak mekanik aktivasyon destekli erimiş tuz yöntemiyle sentezlenmiştir. Bor molar oranı ve toz:tuz oranı etkileri incelenmiş; XRD ve EDXRF analizleri ~%99,8 faz saflığını doğrulamıştır. Fe:B:Si molar oranı 2:1,5:1 (toz:tuz oranı 1:2) olan numune, en yüksek FeB/FeSi molar oranını, homojen parçacık dağılımını (~120 nm) ve minimum aglomerasyonu sergilemiş; 85,67 kW/kg olağanüstü güç yoğunluğu elde edilmiştir. Her iki sistem de 5000 döngü sonrasında ≥%98 kapasitans korunumuyla üstün döngüsel kararlılık göstermiştir. Bu bulgular, elektrokimyasal performansın faz kompozisyonu, morfolojik homojenlik ve erişilebilir aktif alanlar tarafından yönetildiğini ortaya koymakta; Fe–B–N üçlü nanobileşiği ve FeSi–FeB nanokompozitini yeni nesil enerji depolama uygulamaları için umut vaat eden malzemeler olarak konumlandırmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates iron-based non-oxide advanced ceramics as supercapacitor electrode materials for electrochemical energy storage. First, it focuses on the synergistic effect of iron combined with boron and nitrogen in the Fe–B–N system through a mechanical activation-assisted route. Using melamine as a nitrogen source, its molar ratios and annealing temperatures were investigated, leading to the identification of a novel orthorhombic Fe12B2N2 phase. First-principles phonon band dispersion calculations confirm its dynamical stability and metallic character. XRD and Raman spectra established a strong theory-experiment correlation, validating the structural and vibrational fingerprints. Electrodes from the powder with the most well-defined Fe12B2N2 phase (79.1 nm) delivered a specific capacitance of 6.77 F/g and an energy density of 2.17 Wh/kg. All electrodes exhibited excellent power densities of 41.4–70.2 kW/kg, demonstrating their rapid charge–discharge capability. Second, FeSi–FeB nanocomposites were synthesized via a mechanical activation assisted molten salt route using sodium chloride. Boron molar ratio and powder:salt ratio effects were examined; XRD and EDXRF confirmed ~99.8% phase purity. The sample with an Fe:B:Si molar ratio of 2:1.5:1 (powder:salt ratio of 1:2) exhibited the highest FeB/FeSi molar ratio, homogeneous particle distribution (~120 nm), and minimal agglomeration, demonstrating an exceptional power density of 85.67 kW/kg. Both systems exhibited outstanding cycling stability with ≥98% capacitance retention after 5000 cycles. These findings demonstrate that electrochemical performance is governed by phase composition, morphological homogeneity, and accessible active sites, establishing Fe–B–N ternary nanocompound and FeSi–FeB nanocomposite as promising platforms for next-generation energy storage.
Benzer Tezler
- Lityum iyon piller için yazdırılabilir teknolojilere uygun yeni nesil anotların geliştirilmesi
Development of new generation anodes for lithium ion batteries suitable for printable technologies
AHMET TALHA SEVİNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUD TOKUR
- İç ortamdaki inorganik ve organik kirleticilerin yeni teknolojiler ile giderilmesi
Removal of inorganic and organic pollutants in the indoor air by new technologies
BİLGE BETÜL ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Kinolin grubu içeren bazı yeni porfirin bileşiklerinin sentezi ve yapılarının aydınlatılması
Synthesis and structures elucidation of some new porphyrin compounds containing quinoline group
MILAD NOROUZIDASTJERDI
- BSA ile kaplanmış h-BN NP'ler: Kanser tedavisinde potansiyel bir taşıyıcı sistem
BSA-coated h-BN NPs: A potential carrier system for cancer therapy
KARYA AKBIYIKOĞULLARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
PROF. DR. MUSTAFA ÇULHA
- 2-(metiltiyo)kinolin grubu içeren yeni ftalosiyaninlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of new phthalocyanines containing 2-(methylthio)quinoline group
MUSTAFA ALALOUSH