Grafen temelli nanokompozitlerin süperkapasitör uygulamalari i̇çin performanslarinin i̇ncelenmesi
Investigation of performance of graphene based nanocomposites for supercapacitor applications
- Tez No: 612241
- Danışmanlar: PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 415
Özet
Bu tez çalışmasında, süperkapasitör uygulamasına yönelik, yüksek spesifik kapasitans, yüksek enerji ve güç yoğunluğu ile uzun döngü ömrüne sahip grafen temelli nanokompozitlerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Grafen oksitin (GO) çevre dostu bir indirgeyici ve stabilizör ajan olan liken özütü (Cetraria islandica (L.) Ach.) ile indirgenmiş grafen oksit (rGO) yapısı elde edilmiştir. Çalışma kapsamında ayrıca GO, rGO ve azot katkılı indirgenmiş grafen oksit (N-rGO) yüzeyinde, metal nanotanecik (Ag, Au), bimetalik nanotanecik (AgAu), metal oksit nanotanecik (Fe3O4) ve iletken polimer (PANI) yapılarının sentezlenmesi ile süperkapasitör uygulamasına yönelik olarak hem elektriksel çift tabaka hem de psödokapasitans mekanizmaları ile enerji depolama özeliğine sahip, yüksek iletkenlik ve mekanik dayanımı olan hibrit elektrot nanomalzemeleri başarıyla sentezlenmiştir. Hazırlanan nanokompozitler Fourier-dönüşümlü kızıl ötesi spektroskopisi (FTIR), Raman spektroskopisi, UV-görünür bölge spektrofotometre analizi, X-ışınları kırınımı (XRD), X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS), elementel analiz, Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve EDX analizi, Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ve Yüksek Çözünürlüklü Geçirimli Elektron Mikroskobu (HR-TEM) analizleri ile karakterize edilmiştir. Nanokompozitlerin sentez parametreleri ve kompozit bileşiminin elektrokimyasal performanslarına etkileri incelenmiştir. Elektrokimyasal özelikler üçlü ve ikili elektrot konfigürasyonlarında dönüşümlü voltammetri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) analizleri ile belirlenmiştir. Literatürde ilk kez Cetraria islandica (L.) Ach. ekstraktı ile hazırlanmış olan LrGO-AgAu bimetalik nanotanecik nanokompoziti yüzeyinde DBSA sulu çözeltisinde anilin monomerinin polimerizasyonu ile hazırlanmış olan LrGO-AgAu-PANI nanokompoziti, ikili elektrot konfigürasyonunda 1 A/g akım yoğunluğu değerinde, LrGO-PANI (428.9 F/g) ve saf PANI (61 F/g) gibi bileşenlerinden daha üstün elektrokimyasal performans sergileyerek, 592.2 F/g spesifik kapasitans ortaya koymuş ve 3000 tekrarlı şarj-döngüsünün ardından kapasitansının 93.1%'ini koruyarak yüksek kapasitans ve döngü kararlılığı ortaya koymuştur. Bu nedenle literatürde ilk kez sentezlenmiş olan LrGO-AgAu-PANI nanokompoziti başta olmak üzere tez çalışması kapsamında hazırlanmış olan elektrot malzemeleri süperkapasitör uygulamaları için önemli potansiyele sahiptir. Elde edilen bulgular elektrot malzemelerinin birbirleri ile oluşturdukları kompozitlerin, sahip oldukları dezavantajları önemli ölçüde gidermenin yanında, birbirleri arasındaki sinerjik etkiler yoluyla kompozitin elektrokimyasal performansını kayda değer şekilde geliştirdiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, it is aimed to prepare graphene based nanocomposites that have high specific capacitance, high energy and power densities, and long cycle life. Reduced graphene oxide (rGO) was prepared by reduction of graphene oxide with lichen extraxt (Cetraria islandica (L.) Ach.), which is environmentally friendly reducing and stabilizing agent. In addition, to prepare hybrid electrode materials having high electrical conductivity and excellent mechanical strength, that can store energy with both electrical double layer and pseudocapacitance mechanisms towards supercapacitor application, metal nanoparticles (Ag, Au), bimetallic nanoparticles (AgAu), metal oxide nanoparticles (Fe3O4) and conducting polymer (PANI) structures were synthesized succesfully on the surfaces of GO, rGO and nitrogen doped reduced graphene oxide (N-rGO). The prepared nanocomposites were characterized with Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, UV visible spectrofotometer analysis, X-ray diffraciton (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), elemental analysis, Scanning electron microscope (SEM) and EDX analysis, Transmission electron microscope (TEM) and High resolution transmission electron microscope (TEM) analyses. The effects of synthesis parameters and composite composition of nanocomposites on electrochemical performance were investigated. Electrochemical properties of electrode materials were determined in both two-electrode and three-electrode configurations with cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analyses. LrGO-AgAu bimetallic nanoparticle nanocomposite was prepared with Cetraria islandica (L.) Ach. extract for the first time in the literature. LrGO-AgAu-PANI nanocoposite was prepared with polymerization of aniline monomer on LrGO-AgAu surface in DBSA aqueous media. The LrGO-AgAu-PANI nanocomposite exhibited superior specific capacitance (592.2 F/g), compared to LrGO-PANI (428.9 F/g) and pristine PANI (61 F/g) in two-electrode configuration. In addition, the LrGO-AgAu-PANI electrode have long-cycle life and maintained 93.1% of its capacitance after 3000 charge-discharge cycles. Because of their superior electrochemical properties LrGO-AgAu-PANI nanocomposite which was prepared for the first time in the literature and other nanocomposites that were prepared in the concept of the thesis are promising electrode materials toward supercapacit applications. As a result, the formed nanocomposite structures were significantly remove the disadvantages of the components. In addition the synergistic effects between the components enhanced the electrochemical performance of the nanocomposite considerably.
Benzer Tezler
- Heteroatom katkili grafen içeren nanokompozitlerin enerji depolama performanslarının incelenmesi
Investigation of the energy storage performances of heteroatom doped graphene containing nanocomposites
HASAN ALTINIŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Development of nanocomposite electrodes and separators for supercapacitors
Süperkapasitörler için nanokompozit elektrotlar ve ayıraçların geliştirilmesi
ALPTEKİN AYDINLI
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Bazı metal oksit / grafen temelli malzemelerin süperkapasitör uygulamaları
Supercapacitor applications of some metal / graphene based materials
FATİH NACAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT ATEŞ
- Grafen oksit temelli nanokompozitlerin sentezi, karakterizasyonu ve fototermal etkinliklerinin incelenmesi
Synthesis, characterization and examination of photothermal activities of graphene oxide based nanocomposites
BENGÜ GETİREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Yeşil sentez yöntemi ile grafen temelli ZnO nanokompozitlerin sentezi, karakterizasyonu, U(VI) ve Th(IV) iyonlarının giderimi için etkinliğinin araştırılması
Synthesis, characterization of graphene-based ZnO nanocomposites by the green synthesis method and investigation of the efficiency of the removal of U(VI) and Th(IV) ions
İKBAL GÖZDE KAPTANOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiEge ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SABRİYE YUŞAN
DOÇ. DR. ÜMİT HÜSEYİN KAYNAR