Geri Dön

Electrochemical synthesis and characterization of cobalt-based nanomaterials for supercapacitors

Süperkapasitörler için kobalt esaslı nanomalzemelerinin elektrokimyasal sentezi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 1025838
  2. Yazar: CANER KORKMAZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. METİN GENÇTEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Fosil yakıt tüketiminin neden olduğu artan çevresel hasar, alternatif ve daha çevre dostu enerji depolama sistemleri üzerine önemli araştırmaları teşvik etmiştir. Bunlar arasında süperkapasitörler, yüksek güç yoğunlukları ve özgül kapasitansları nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Elektrot malzemesi seçimi, süperkapasitörlerin elektrokimyasal performansını belirlemede kritik bir rol oynar. Yaygın olarak kullanılan elektrot malzemeleri arasında karbon bazlı malzemeler, iletken polimerler ve çeşitli metal oksitler yer alır. Metal oksitler arasında rutenyum oksit üstün elektrokimyasal özellikler sergilemektedir; ancak yüksek maliyeti ve üretimiyle ilişkili toksisite, yaygın kullanımını sınırlamaktadır. Bu bağlamda, kobalt bazlı malzemeler, özellikle de kobalt oksit ve kobalt hidroksit, rutenyum oksit ile kıyaslanabilir özgül kapasitans değerleri sayesinde gelecek vadeden alternatifler olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, sözü edilen sınırlamayı gidermek amacıyla; kobalt nitrat çıkış maddesi olarak kullanılarak, dönüşümlü voltametri yöntemiyle nanoçiçek benzeri morfolojiye sahip kobalt oksit (Co2O3)(ST3 numunesi) ve kobalt oksihidroksit (CoOOH)(SC3 numunesi) malzemeleri sentezlenmiştir. Sentezlenen malzemelerin morfolojik ve yapısal özelliklerini doğrulamak amacıyla XRD, SEM, XPS ve BET analizleri aracılığıyla kapsamlı karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ek olarak; elektrokimyasal performans, dönüşümlü voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) testleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Testlerin ardından, üstün performans sergilemiştir. 5 mV/s tarama hızında CoOOH ve Co2O3 maddelerinin özgül kapasitans değerleri sırasıyla 99,5 ve 112 mF/cm2 olarak bulunmuştur. Dahası, 3 mA/cm2 şarj deşarj akım yoğunluğunda 10.000 şarj-deşarj döngüsünden sonra kapasite korunum değerleri CoOOH için %84,24, Co2O3 için ise %85,50, olarak gerçekleşmiştir. Genişletilmiş döngü testleri boyunca sergiledikleri yüksek kapasite ve özgül kapasitans nedeniyle, nanoçiçek benzeri yapıya sahip kobalt oksit malzemeleri, yeni nesil süperkapasitörler için güçlü adaylar olarak kabul edilmektedir

Özet (Çeviri)

Increased environmental damage caused by fossil fuel consumption has stimulated significant research into alternative and more environmentally friendly energy storage systems. Among these, supercapacitors attract great interest due to their high power densities and specific capacitances. The choice of electrode material plays a critical role in determining the electrochemical performance of supercapacitors. Commonly used electrode materials include carbon-based materials, conducting polymers, and various metal oxides. Among metal oxides, ruthenium oxide exhibits superior electrochemical properties; however, its high cost and the toxicity associated with its production limit its widespread use. In this context, cobalt-based materials, particularly cobalt oxide and cobalt hydroxide, stand out as promising alternatives thanks to their specific capacitance values comparable to those of ruthenium oxide. In this study, to address the aforementioned limitation, cobalt oxide (Co2O3, sample ST3) and cobalt oxyhydroxide (“CoOOH”, sample SC3) materials with nanoflower-like morphology were synthesized via the cyclic voltammetry method using cobalt nitrate as the starting material. Comprehensive characterization studies were performed via XRD, SEM, XPS, and BET analyses to confirm the morphological and structural properties of the synthesized materials. Additionally, the electrochemical performance was evaluated using cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and galvanostatic charge-discharge (GCD) tests. Following the tests, superior performance was demonstrated. At a scan rate of 5“ mV/s”, the specific capacitance values of“CoOOH”and 〖“Co”〗_2“O”_3 were found to be 99.5 and 112 mF/cm2, respectively. Furthermore, after 10,000 charge-discharge cycles at a charge-discharge current density of 3mA.cm-2, the capacity retention values were realized as %84,24 and %85,50 for“CoOOH”and for 〖“Co”〗_2“O”_3. Due to the high capacity and specific capacitance they exhibit throughout the extended cycle tests, cobalt oxide materials with nanoflower-like structures are considered strong candidates for next-generation supercapacitors.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    558685

    Fabrication and characterization of lanthanum manganite based perovskite nanomaterials for electrochemical capacitors

    Elektrokimyasal kapasitörler için lantan manganez oksit esaslı perovskit nanomalzemelerin üretimi ve karakterizasyonu

    ESRA BİNİCİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK

    DR. CEREN YILMAZ AKKAYA

  2. Tez No

    485275

    Lityum iyon batarya uygulamaları için polipirol esaslı anot bağlayıcılar

    PPY based anode binder for lithium ion battery application

    IŞIK İPEK AVCI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BELKIZ USTAMEHMETOĞLU

  3. Tez No

    320828

    Süperkapasitörlerde kullanılan ?-Co(OH)2 bileşiğinin sentezi, karakterizasyonu ve süperkapasitör özelliğinin iyileştirilmesi

    Synthesis, characterization and improvement of ??Co(OH)2 for supercapacitor application

    ABDULHAMİT AYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    KimyaErciyes Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞABAN PATAT

  4. Tez No

    843839

    Synthesis and characterization of magnesium cobalt oxide and chromium cobalt oxide nanoparticles anchored ZnO semiconductor and their investigation as a catalyst in electrochemical water splitting

    Magnezyum kobalt oksit ve krom kobalt oksit nanoparçacıklarına bağlı ZnO yarı iletkenlerinin sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal su bölmesinde katalizör olarak incelenmesi

    EMİNE ECEM NAS

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMREN NALBANT

  5. Tez No

    384973

    Hydrothermal synthesis and characterization of LIMNPO4 for secondary lithium batteries

    İkincil lityum bataryalar için LIMNPO4 malzemesinin hidrotermal sentezi ve karakterizasyonu

    ESİN CAMCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET KADRİ AYDINOL

Geri Dön