Modification of single walled carbon nanotube thin films for supercapacitor electrodes
Süperkapasitör elektrotları için tek duvarlı karbon nanotüp ince filmlerinin modifikasyonu
- Tez No: 474992
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Elektrokimyasal kapasitörler, ve ya süperkapasitörler, çok sayıda şarj-deşarj altındaki stabiliteleri, hızlı şarj-deşarj kapasiteleri ve yüksek güç yoğunlukları nedeni ile son yıllarda piller ve konvansiyonel kapasitörlere göre oldukça ilgi çekmişlerdir. Enerji yoğunlukları pillerden çok daha düşük olduğu için süregelen araştırmalar enerji yoğunluğunun arttırılması için yeni geliştirilen aktif malzemeler ve inovatif elektrot dizaynına geliştirilmesine yoğunlaşmıştır. Karbon nanotüpler özgün morfolojileri ve elektriksel özellikleri sayesinde hem bataryalar hem de süperkapasitörler için gelecek vaat eden malzemelerdir. Yüksek erişilebilir yüzey alanı, saçılıma uğramayan verimli elektron transferi ve yüksek stabilitesi KNT'lerin elektrokimyasal kapasitör uygulamaları için oldukça uygun adaylar olarak kılmaktadır. Üstelik, psödokapasitif malzemeler ile birlikte nanokompozit haline getirilen KNT'ler gelişmiş elektrokimyasal performans nedeniyle derinlemesine araştırılmaktadır. Bu çalışmada, tek duvarlı karbon nanotüp bazlı süperkapasitör ince filmler süperkapasitör elektrotları olarak kullanılmışlardır. Bu tezin asıl amacı uygun maliyetli ve seri üretim için ölçeklendirilebilecek basit bir yol ile nanokompozit süperkapasitörlerin ve mikro-süperkapasitörlerin üretilmesidir. Bu bağlamda, ilk parçada, KNT ince filmleri akım toplayıcı olarak kullanılmış ve elektrokaplama ve ardından gelen tavlama prosesi sayesinde kobalt oksit (Co3O4) nanopulları ile dekore edilmiştir. Üretilen elektrotların 1 mV/s tarama hızında gravimetrik kapasitansı 313.9 F.g−1 ve buna eş değerde alansal kapasitansı 70.5 mF.cm−2 olarak elde edilmiştir. 3000 döngüde, üretilen elektrotların korunan kapasitansı %80'e kadar vararken aynı zamanda yüksek çözünürlüklü geçirimli elektron mikroskopu kullanılarak morfolojik değişimler gözlemlenmiştir. İkinci kısımda ise cam üzerinde lazer ile desenlendirilmiş tek duvarlı KNT ince filmleri mikro-süperkapasitör üretmek için kullanılmıştır. Birbirine geçmiş yapıda elektrotların üretimi için lazer ile desenlendirme önerilmiştir. Lazer ablasyonu ile elde edilen birbirine geçmiş parmak elektrotların spesifik kapasitansı 10 mV/s tarama hızında 3.50 mF.cm-2 olarak bulunmuştur. 3 mA akımda uygulanan 1000 döngü doldurma-boşaltma sonucunda korunan kapasitans oranı %97 olarak elde edilmiştir
Özet (Çeviri)
Electrochemical capacitors, or supercapacitors, attracted a lot of attention in recent years due to their stability under numerous charge-discharge cycles, high charge discharge rates, and high power density when compared to batteries and conventional capacitors. Since their energy density is much lower than batteries, current research on supercapacitors is focused on improving the energy density through the development of novel active materials and innovative design of the electrodes. Carbon nanotubes are promising materials for batteries and supercapacitors with their unique morphology and electrical properties. They have highly accessible surface area, efficient electronic transport without scattering and high stability, all of which makes them suitable candidates as electrode materials for electrochemical capacitors. Furthermore, their composites in conjunction with pseudocapacitive materials are also investigated extensively primarily for the electrochemical performance enhancement. In this work, single walled carbon nanotube (SWNT) thin films are used as supercapacitor electrodes. Main idea of this thesis is to fabricate nanocomposite supercapacitors and micro-supercapacitors using cost effective and simple and scalable routes. In this regard, in the first part, SWNT thin film electrodes are used as current collectors and decorated with cobalt oxide (Co3O4) nanoflakes using electrodeposition and consecutive annealing process. A gravimetric capacitance of 313.9 F.g−1, corresponding to an areal specific capacitance of 70.5 mF.cm−2 is obtained from the fabricated electrodes at a scan rate of 1 mV/s. A capacity retention of up to 80% following 3000 charge/discharge cycles is obtained for the fabricated nanocomposite electrodes, while morphological evolution of the electrodes was monitored through high-resolution transmission electron microscopy during cycling. In the second part, are laser patterned SWNT thin films on glass substrates are used for the fabrication of micro-supercapacitors. Laser patterning is proposed for the formation of interdigitated electrodes. A specific capacitance of 3.50 mF.cm-2 at a scan rate of 10 mV/s was obtained from the SWNT buckypaper that was laser ablated to form interdigitated finger electrodes. A capacity retention up to 97% was attained at an applied current of 3 mA following 1000 charge/discharge cycles.
Benzer Tezler
- Synthesis of nanocomposites thin films and characterization of mechanical properties
Nanokompozi̇t i̇nce fi̇lmleri̇n sentezi̇ ve mekani̇k özelli̇kleri̇ni̇n karakteri̇zasyonu
İSMAİL HAKKI CENGİZHAN KARBAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
- Biyomalzeme yüzey modifikasyonunun stent kaynaklı damar yolu tıkanıklığına etkisi
Influences of biomaterial surface modification on stent-based vascular occlusion
ÖMER BURAK İSTANBULLU
Doktora
Türkçe
2022
BiyomühendislikErciyes ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞEN AKDOĞAN
- Synthesis of single-walled carbon nanotube/magnetic iron oxidenanocomposites
Tek duvarlı karbon nanotüp/manyetik demir oksit nano kompozitlerinin sentezi
SERDAR BOZOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Vinil grubu içeren bazı polimer/modifiye tek duvarlı karbon nanotüp nanokompozitlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of some polymer including vinyl group/modified single walled carbon nanotube nanocomposites
ERSİN YANMAZ