Geri Dön

PEDOT:PSS-CB based interdigitated supercapacitors

PEDOT:PSS-CB tabanlı tarak superkapasitörler

PDF İndir

  1. Tez No: 783927
  2. Yazar: ENES CAN ALTUN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 71

Özet

Nanoteknolojinin hayatımıza girmesinden bu yana teknolojideki gelişmeler son hızda artmaktadır. Son yirmi yılda nanoteknoloji trendi hızla yükselmekte ve çalışmalarda bu yönde değişmektedir. Nano malzemeler, nano yapılar ve nano mühendisliğin yardımıyla geleneksel üretim yöntemlerinin dışına çıkılıp, daha yenilikçi ve sıradışı üretim yöntemleri ve alanlarda çalışılmıştır. Nanoteknoloji, hemen hemen her alanda olduğu gibi enerji üretim ve depolama alanlarında da oldukça yüksek bir trend yakalamıştır. Enerji ihtiyacı ve buna paralel oluşan enerji depolama sorunları ile dünyadaki tüm ülkeler bu konu üzerine yoğunlaşmıştır. Fosil yakıtların kullanımının çok yüksek olmasından kaynaklı baca ve egzoz gazlarının salınımının da artmasıyla beraber ülkelerin karbon ayak izi miktarı artmış ve bunun önüne geçilmesi için farklı enerji türü arayışlarına girilmiştir. Üstelik son yıllarda savaş ve ekonomik krizlerin getirdiği bu ihtiyaç neticesinde, enerjinin her alanında çalışmalar artmış ve gelecekte daha da fazla olacağı öngörülmektedir. Tez çalışması kapsamında, yüksek kapasiteye sahip tarak yapılı süperkapasitörlerin seri bağlanması ile yüksek enerji gerektirmeyen cihazlarda kullanılması hedeflenmiştir. Elektrot malzemesi olarak, kolay işlenebilme ve yüzey özellikleri sebebiyle PEDOT:PSS polimer malzemesi kullanılmıştır. Elektrolit olarak PVA jel tabanlı malzeme tercih edilmiştir. Döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemleri kullanılarak hazırlanan süperkapasitörler ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Tarak yapıdaki süperkapasitörlerin elde edilmesi için elektrot yüzeylerinden desenlerin oluşturulması lazer aşındırma yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla 15 Watt gücünde 450 nm dalgaboyundaki diyot lazer kullanılmıştır. Desenlerin hassas bir şekilde işlenebilmesi için lazer bir çizici üzerine monte edilmiş ve bir yazılım vasıtasıyla desenler otomatik olarak işlenmiştir. Elektrot malzemesi olarak kullanılan PEDOT:PSS malzemesinin iletkenliği yeterli düzeyde olmadığından çeşitli iletken yapılar ile katkılanmıştır. Katkılanan malzemeler; sırasıyla DMSO, etilen glikol/metanol ve karbon karasıdır (CB). Bu malzemeler kullanılarak PEDOT:PSS için hedeflenen yüksek iletkenlik elde edilmiştir. Elektrot hazırlama aşamasında, boyutları 25mmx25mm olan cam yüzeyi alkol ve su ile iyice temizlenmiş ve sonrasında damlatma biriktirme yöntemi ile daha önce hazırlanmış olan PEDOT:PSS-CB malzemesi yüzeye uygulanmıştır. Daha sonra 65 ⁰C'de 2 saat kurutularak, cam yüzeyde ince film elde edilerek kaplama işlemi tamamlanmıştır. Daha sonra bu yüzey üzerine lazer aşındırma yöntemi ile tarak yapısı oluşturulmuş ve elektrot kullanıma hazır hale getirilmiştir. Hazırlanan elektrotlarda akım toplayıcı olarak bakır kullanılmıştır. Daha sonra elektrolitle temas etmemesi için bu akım toplayıcıların üzeri yalıtkan bant ile kapatılmıştır. Daha sonra hazırlanan 6M KOH içeren PVA tabanlı jel elektroliti tarak yapıların üzerine bir şırınga yardımıyla sürülmüştür. Hazırlığı tamamlanan süperkapasitör hücresi, elektrolit kurumaması için kapalı bir kabın içine konulmuştur. Bu şekilde hem tek hem de sekiz farklı hücre hazırlanmıştır. Hazırlanan sekiz hücre seri bağlanarak yüksek voltaj değerlerinin elde edilmesi hedeflenmiştir. Tekli hücrenin çalışma aralığı -1V + 1V ve sekizli seri hücrenin çalışma aralığı ise -6V + 6V olarak belirlenmiştir. Bu calışma ile seri bağlanan sekiz hücrenin kırmızı led ampülü 1 dakika süresince çalıştırdığı gözlenmiştir.

Özet (Çeviri)

The globe will meet the need for energy in many different ways as global energy consumption keeps rising. In order to enhance dependable and renewable energy and balance supply and demand, energy storage systems are now being expanded. Although significant progress has been achieved in the development of high-performance fuel cells and li-ion batteries, their applicability in many industries has been constrained by their poor power density and high maintenance requirements. Because they have qualities that conventional energy storage devices lack, supercapacitors have recently attracted a lot of attention. A key feature of energy storage devices is that they deliver high power density while also having a low charge-discharge rate. They offer high power density at the same time as a low charge-discharge rate, which is an important characteristic of energy storage devices. In addition to many renewable generation methods for energy production, the importance of storing this energy and using it later is obvious. Today, energy storage devices are used in automobiles, telephones, and all areas where energy is used. Frequently used storage devices can be supplied with Li-ion batteries, supercapacitors, and capacitors. The usage area of traditional capacitors has decreased rapidly from the past to the present. For this reason, studies between batteries and supercapacitors have been increasing rapidly in recent years and countries with high energy needs are investing in these areas. Batteries, especially li-ion batteries, are the most frequently encountered energy storage devices, from phones to automobiles. Although high energy capacity is its most important feature, different energy storage has been sought due to its limited lifetime, inability to withstand high cycles, lack of high power density and not being environmentally friendly after the end of its useful life. In response to this need, research on supercapacitors has brought to mind the idea of whether they can replace batteries. Supercapacitors are preferred due to the high number of cycles, high energy and power density, and flexible working areas. Besides the types of supercapacitors, there are also different configurations. Although sandwich-type supercapacitors are generally used, interdigitated supercapacitors have been used recently with the development of different production methods. Although conventional sandwich-type supercapacitors have relatively high capacitance, they have high ion transport resistance and low active surface area. Therefore, the power density is low. The production of interdigitated supercapacitors can be fast, wearable, flexible, and small in size. In on-chip applications, interdigitated supercapacitors can be applied to any surface in the form of a film. This study, it was tried to give general information about supercapacitors. It is aimed to operate devices that do not require high energy by connecting high-capacity comb supercapacitors in series. PEDOT:PSS polymer material was used as the electrode material due to its semiconductor and excellent electrical performance. PVA gel-based xxii material was preferred as the electrolyte. As a characterization method, supercapacitors were analyzed in detail using cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. To obtain interdigitated supercapacitors, patterns were created on the electrode surfaces by laser etching method. For this purpose, a laser with a 15 Watt power and a wavelength of 450 nm was used. To be able to process the patterns precisely, the laser was mounted on a plotter and the patterns were automatically processed by means of software. Since the conductivity of the PEDOT:PSS material used as the electrode material is not at a sufficient level, first of all, some materials were doped in order and the conductivity amount was aimed to reach the desired level. The doped materials are DMSO, ethylene glycol/methanol, and carbon black (CB), respectively. As a result of the added materials, PEDOT:PSS achieved the desired high conductivity. The glass surface with dimensions of 25mmx25mm was thoroughly cleaned with alcohol and water, and then the PEDOT:PSS-CB material, which was prepared beforehand, was applied to the surface by the drop-casting. Then, it was dried at 65 ⁰C for 2 hours and a thin film was obtained on the glass surface, and the coating process was completed. Then, a comb structure was formed on this surface by the laser etching method and the electrode was made ready for use. A copper current collector is affixed to the prepared electrode. Then, these current collectors are covered with insulating tape so that they do not come into contact with the electrolyte. Then, the prepared PVA-based gel electrolyte containing 6M KOH was poured onto the comb structures with the help of a syringe. The prepared energy cell is placed in a closed container so that the electrolyte does not dry out. In this way, both single and eight different samples were prepared. It is aimed to reach high voltage values by connecting the eight samples prepared in series. The operating range of the single cell is -1 V +1V and the operating range of the octa-series cell is determined as -6V +6V. As a result of the study, eight cells connected in series and a red LED bulb worked for 1 minute.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    658442

    Novel electrospun anatase/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate-based Li-ion battery anodes and their electrochemical performances

    Yeni elektrospun anataz / poli (3,4-etilendioksitiyofen) polistiren sülfonat bazlı Li-ion pil anotları ve elektrokimyasal performansları

    VAHID CHARKHESHT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    EnerjiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. SELMİYE ALKAN GÜRSEL

    Dr. BEGÜM YARAR KAPLAN

  2. Tez No

    519855

    Synthesis of bistriphenylamine and benzodithiophene based random conjugated polymers for organic photovoltaic applications

    Bistrifenilamin ve benzoditiyofen bazlı rastgele konjüge polimerlerin organik fotovoltaik uygulamalar için sentezi

    ASLI ÇETİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ÇIRPAN

  3. Tez No

    902637

    Elektriksel iletkenlik ve yağ absorpsiyon uygulamaları için selüloz asetat nanoliflerin geliştirilmesi

    Development of cellulose acetate nanofibers for electrical conductivity and oil absorption applications

    ZEHRA PINAR CENGİZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Tekstil ve Tekstil MühendisliğiBursa Uludağ Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ŞEBNEM DÜZYER GEBİZLİ

  4. Tez No

    771761

    Optoelectronic neural ınterfaces using PEDOT: PSS pseudo-capacitors and AlSb nanocrystals

    PEDOT: PSS psödo-kapasitör ve AlSb nanokristalleri tabanlı optoelektronik nöral arayüzler

    MERTCAN HAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEDAT NİZAMOĞLU

  5. Tez No

    469037

    Synthesis, characterization and application of new organic electroactive molecules for photovoltaic devices

    Fotovoltaik cihazlar için yeni organik elektroaktif moleküllerin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları

    MESUDE ZELİHA ARKAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Enerjiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ŞERAFETTİN DEMİÇ

Geri Dön