Geri Dön

Enerji depolama için polipirol/antimon oksit ve polipirol/antimon oksit-kalay oksit kompozit kaplı elektrotlarının hazırlanması, karakterizasyonu ve süperkapasitör uygulaması

Preparation, characterization and supercapacitor application of polypyrrole/antimony oxide and polypyrrole/antimony oxide-tin oxide composite coat electrodes for energy storage

  1. Tez No: 798757
  2. Yazar: MELİHA GÖZDE ÇEKİÇ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURAN ÖZÇİÇEK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Kimya, Energy, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 84

Özet

Bu çalışma süperkapasitör elektrot için grafit elektrot yüzeyine pirol (Py) monomeri ve Sb(BF4)3 içeren asetonitril çözeltisinde polipirol (PPy) ve SbOx (Sb2O3, Sb2O5) bazlı ikili kompozitinin (PPy/SbOx) ve Py monomeri, Sb(BF4)3 ve Sn(BF4)2 içeren asetonitril çözeltisinde PPy, SbOx ve SnO2 bazlı üçlü kompozitin (PPy/SbOx-SnO2) tek basamakta elektrokimyasal sentezini göstermektedir. Grafit levha yüzeyine kaplanan PPy/SbOx ve PPy/SbOx-SnO2 kompozitleri PPy homopolimeri ile karşılaştırmalı olarak XPS, XRD, TEM, BET FESEM ve EDX yöntemleri ile karakterize edilmiştir. PPy/SbOx kompozitinin ortalama gözenek boyutu 23.9 nm'dir. SbOx ve SnO2 anodik potansiyellerde nano boyutta (28.3 – 77.8 nm) oluşmakta ve PPy ile eş zamanlı sentezlenmeleri nedeniyle PPy içinde %1.2 - %1.5 oranında homojen olarak kapsüllenmektedir. İkili ve üçlü kompozit kaplı elektrotlar, CV, EIS ve GCD yöntemleri kullanılarak 100 mM H2SO4 çözeltisinde test edilmiştir. PPy/SbOx ve PPy/SbOx-SnO2 kompozit kaplı kalem ucu grafit elektrotların spesifik kapasitansları, 1.0 mg cm-2 kütle yüklemesi için 5 A g-1'de sırasıyla 389.5 F g-1 ve 363.1 F g-1'dir. Buna göre SbOx nano-parçacıkları, PPy'nin kapasitif performansını SbOx'in katalitik etkinliği nedeniyle ikili SbOx ve SnO2 nano-parçacıklarından daha fazla arttırmaktadır. Ayrıca SnO2, SbOx'in aksine yoğun bir şekilde birikerek kaplamanın gözeneklerini doldurmakta ve iyonların erişimini engelleyerek kapasitansı düşürmektedir. Asimetrik hücrenin anodu için, kaplamanın kararlılığını sağlamak amacıyla PPy/SbOx kompoziti grafit kağıt yüzeyine karboksimetil selüloz (CMC) varlığında sentezlenmiştir. Asimetrik süperkapasitör hücreyi hazırlamak için PPy/SbOx/CMC kompozit (10 mg cm-2 yükleme) kaplı grafit kağıt elektrot ile aktif karbon bazlı grafit kağıt elektrot ile birleştirilmiştir. Potansiyel aralığı 1.4 V'a genişlerken 5 A g-1'de döngü ömrü %65 bulunmuş, 8.3 Wh kg-1 enerji yoğunluğu, 3.5 kW kg-1 güç yoğunluğu sağlamıştır. 5 A g-1'de %90 kulombik verim ile 1000 döngüden sonra döngü ömrü %65 olarak bulunmuştur. Potansiyel aralığı 1.2 V ile sınırlandığında ise döngü ömrü %88'e yükselmiştir. Anodun post-mortem analizi kompozitte PPy'nin yapısal bozunmasının uzun vadeli kararlılığı sınırladığını ortaya koymuştur.

Özet (Çeviri)

The study depicts a one-step electrosynthesis of binary (and also ternary) composite based on polypyrrole (PPy) and SbOx (Sb2O3, Sb2O5) (PPy/SbOx) (and also SnO2 for PPy/SbOx-SnO2) on the pencil graphite electrode in an acetonitrile solution including Py and Sb(BF4)3 (and also Sn(BF4)2) for the supercapacitor electrode. PPy/SbOx and PPy/SbOx-SnO2 composites on graphite plate are characterized by XPS, XRD, TEM, BET, and FESEM by comparing with that of PPy homopolymer. The average pore size of the PPy/SbOx composite is 23.9 nm. SbOx and SnO2 form in nano-size (28.3 – 77.8 nm) at anodic potentials and homogeneously encapsulate in PPy at a ratio of 1.2% - 1.5% due to their simultaneous synthesis. The binary and ternary composite-coated electrodes are tested in 100 mM H2SO4 using CV, EIS, and GCD methods. The specific capacitances of the PPy/SbOx and PPy/SbOx-SnO2 composite-coated pencil graphite electrodes are 389.5 F g-1 and 363.1 F g-1, respectively, at 5 A g-1 for 1.0 mg cm-2 loading. Accordingly, SbOx nanoparticles enhance the capacitive performance of PPy more than that of the SbOx and SnO2 binary oxide, which is due to the contribution the of catalytic property of SbOx. Besides, SnO2, unlike SbOx, densely accumulates, filling the pores of the coating and reducing the capacitance by preventing accessible of ions. For the anode of an asymmetric cell, PPy/SbOx is synthesized on graphite paper in the presence of carboxymethyl cellulose (CMC) to provide stability to the coating. PPy/SbOx/CMC composite-coated graphite paper electrode assembles with an activated carbon-based graphite paper electrode to construct an asymmetric supercapacitor (10 mg cm-2 loading). While the potential window expands to 1.4 V, it delivers an energy density of 8.3 Wh kg-1 and a power density of 3.5 kW kg-1 at 5 A g-1. Cycle life is 65% after 1000 cycles with 90% coulombic efficiency at 5 A g-1. When the potential range is limited to 1.2 V, the cycle life increases to 88%. Post-mortem analysis of the anode reveals that structural degradation of PPy in the composite limits long-term stability.

Benzer Tezler

  1. Enerji depolama cihazları için polipirol ve metal oksit kompozit elektrotlarının hazırlanması ve karakterizasyonu

    Fabrication and characterization of polypyrrole and metal oxide composite electrodes for energy storage devices

    NAİME ÖZDEMİR ERTEKİN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    KimyaGaziantep Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN ZENGİN

    DOÇ. DR. ABDULCABBAR YAVUZ

  2. Süperkapasitör enerji depolama uygulamaları için nano-boyutlu metal oksit içeren polipirol esaslı kompozit malzemelerin elektrokimyasal sentezi

    Electrochemical synthesis of composite materials based on polypyrrole containing nano-sized metal oxide for supercapacitor energy storage applications

    ERHAN KARACA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    EnerjiHacettepe Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURAN ÖZÇİÇEK

  3. Enerji depolama sistemleri için elektrot materyallerinin geliştirilmesi

    Development of electrode materials for energy storage systems

    SEDA POLAT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Enerjiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLTEN ATUN

  4. Yüksek enerji depolama özellikli borofen-PPY nanokompozit esaslı esnek süperkapasitor üretilmesi

    Fabrication of borophene-PPY nanocomposite consisted flexible supercapacitor with high energy storage property

    VECİHE ZÜMRA MADAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    EnerjiMaltepe Üniversitesi

    Yenilenebilir Enerji Teknolojileri ve Yönetimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NEVİN TAŞALTIN

  5. XS2@POLİPİROL (X: V+4,Mn+4 ve Fe+4) nanokompozitlerin yüksek performanslı süperkapasitör mimarisinde katot olarak uygulanması

    Application of XS2@POLİPİROL (X: V+4, Mn+4 ve Fe+4) nanocomposites as cathodes in high performance supercapacitor architecture

    CEMİL SOBACI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Makine MühendisliğiBartın Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHİR GÜLEN