Geri Dön

Enerji yoğunluğu yüksek süperkapasitörler için karbon nanofiber yapıların geliştirilmesi

The development of carbon nanofiber structures for high energy density supercapacitors

PDF İndir

  1. Tez No: 739394
  2. Yazar: BURCU ÜSTÜN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SERKAN NACİ KOÇ, DR. ÖĞR. ÜYESİ ÜMRAN KURTAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 102

Özet

Bu tez çalışmasında, yüksek enerji yoğunluğuna sahip süperkapasitörler için özellikleri geliştirilmiş karbon nanofiber elektrotlar üretilmiştir. Bu amaçla poliakrilonitril (PAN) polimerine yüksek gözeneklilik için polimetilmetakrilat (PMMA) ve heteroatom (azot ve kükürt) katkısı için ise tiyoüreden yararlanılmıştır. PAN, PMMA ve tiyoüre çözeltisinden ilk olarak elektrospin ile polimerik nanofiberler elde edilmiş ve daha sonra polimerik nanofiberlerden termal işlem ile gözenek ve heteroatom katkılı karbon nanofiberler (N/S-CNF) üretilmiştir. Elektrotların optimizasyonu, PAN'a göre ağırlıkça farklı yüzdelerde tiyoüre kullanılarak yapılmıştır. Elde edilen CNF'ler SEM, EDX, TEM, BET ve XPS ile detaylı karakterize edilmiştir. Hazırlanan elektrotların elektrokimyasal karakterizasyonları döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj/deşarj (GCD) ve impedans spektropisi (EIS) ile gerçekleştirilmiştir. Deneysel bulgulara göre PAN/PMMA polimer çözeltisine PAN'a göre ağırlıkça % 5 tiyoüre ilavesi ile elde edilen elektrodun (N/S-CNF5) yüksek spesifik yüzey alanına (144,2 m2/g), yüksek mezo gözenek hacmine ( 0,276 cm3/g) ve yüksek heteroatom miktarına (% 9,42-N ve % 0,44-S) sahip olduğu görülmüştür. N/S-CNF5 elektrodu 6 M KOH elektroliti ile 10 mV/s tarama hızında 225 F/g ve 1 A/g akım yoğunluğunda 312 F/g'lık yüksek spesifik kapasitans sergilemiştir. N/S-CNF5 elektrodunun Dunn metodu ile 10 mV/s'de kinetik çalışması yapılmış ve kapasitenin % 20,5'i heteroatom katkısından kaynaklanan psödokapasitif davranış ve % 79,5'i ise karbon iskeletinden kaynaklanan EDLC davranışı göstermiştir. N/S-CNF5 elektrodu kullanılarak hazırlanan simetrik süperkapasitör hücresi (N/S-CNF5//N/S-CNF5) 1 A/g akım yoğunluğunda yüksek bir spesifik kapasitans (160 F/g) ve 250 W/kg spesifik güç yoğunluğunda yüksek bir spesifik enerji (5,5 Wh/kg) göstermiştir. Ayrıca süperkapasitör hücrenin 1 A/g'da 30.000 galvanostatik şarj/deşarj çevrim döngüsünden sonra bile spesifik kapasitansının %78,8'ünü koruduğu tespit edilmiştir.

Özet (Çeviri)

In this thesis, carbon nanofiber electrodes with improved properties were produced for supercapacitors with high energy density. For this purpose, polymethylmethacrylate (PMMA) for high porosity and thiourea for heteroatom (nitrogen and sulfur) contribution to polyacrylonitrile (PAN) polymer were used. Firstly, polymeric nanofibers were obtained from PAN, PMMA and thiourea solution by electrospinning, and then pore and heteroatom doped carbon nanofibers (N/S-CNF) were produced by thermal treatment of polymeric nanofibers. Optimization of the electrodes was made by adding different percentages by weight of thiourea compared to PAN. The obtained CNFs were characterized in detail by SEM, EDX, TEM, BET and XPS. Electrochemical characterizations of the prepared electrodes were performed by cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge (GCD) and impedance spectroscopy (EIS). According to the experimental findings, the electrode (N/S-CNF5) obtained by adding 5 % by weight of thiourea to PAN/PMMA polymer solution compared to PAN has high specific surface area (144.2 m2/g), high mesopore volume (0.276 cm3/g) and high heteroatom content (N-9.42 % and S-0.44 %). The N/S-CNF5 electrode exhibited a high specific capacitance of 225 F/g at a scanning rate of 10 mV/s and 312 F/g at a current density of 1 A/g with the 6 M KOH electrolyte. Detailed kinetic study of the N/S-CNF5 electrode was made by Dunn's method and 20.5 % of the capacitance showed pseudocapacitive behavior due to heteroatom contribution and 79.5 % EDLC behavior due to carbon skeleton at 10 mV/s. The symmetrical supercapacitor cell (N/S-CNF5//N/S-CNF5) prepared using the N/S-CNF5 electrode has a high specific capacitance (160 F/g) at a current density of 1 A/g and a high specific power density of 250 W/kg. showed a specific energy (5.5 Wh/kg). It was also found that the supercapacitor cell retained 78.8% of its specific capacitance even after 30,000 galvanostatic charge/discharge cycles at 1 A/g.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    599530

    Environmentally friendly components for energy storage devices

    Enerji depolama cihazlarında çevre dostu bileşenlerin kullanımı

    ELENA STOJANOVSKA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

  2. Tez No

    645902

    Grafen ve iletken polimerler (PEDOT:PSS, PANI) ile modifiye edilmiş karbon nanolif süperkapasitör elektrotların geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi

    Development and characterization of carbon nanofiber supercapacitor electrodes modified by graphene conductive polymers (PEDOT:PSS, PANI)

    YASİN ALTIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    EnerjiBursa Teknik Üniversitesi

    Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU

  3. Tez No

    835382

    Electrospun polyacrylonitrile based composite nanofibers containing polyindole and graphene oxide

    Poliindol ve grafen oksit içeren poliakrilonitril tabanlı kompozit nanofiberler

    İLKNUR BOZKAYA GERGİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

  4. Tez No

    723442

    Syntheses, characterizations, and device fabrications of organic molecules for energy storage devices

    Enerji depolama cihazlarında kullanılmak üzere organik moleküllerin sentezi, karakterizasyonu ve cihaz uygulamaları

    SEBAHAT TOPAL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TURAN ÖZTÜRK

  5. Tez No

    860847

    Elektroeğrilmiş pan-porfirin nanofiberlerin elektrokimyasal sensör ve hibrit süperkapasitör pil tipi elektrot potansiyelinin i̇ncelenmesi

    Investigation of electrochemical sensor and hybrid supercapacitor battery type electrode potential of electrospun pan-porphyrin nanofibers

    UMUT GÜZEL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Fizik ve Fizik MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖRKEM OYLUMLUOĞLU

Geri Dön