Synthesis of a new class hybrid 2D materials as electrode for symmetric supercapacitor
Simetrik süperkapasitör için elektrot olarak yeni sınıf hibrit 2D malzemelerin sentezi
- Tez No: 824105
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN EKSİK, DR. SİBEL YAZAR AYDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Nanoteknoloji Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Elektrik enerjisi depolama sistemleri (ESS), özellikle yenilenebilir enerji üretimindeki artış, ulaşım sektörünün elektrifikasyonu ve kablosuz elektrikli cihazlara yönelik artan talep sonucunda önemli bir araştırma alanı haline gelmiştir. Enerji sistemlerinde, enerjinin üretilme şeklinin önemi, enerjiyi verimli şekilde depolayabilen cihazların üretimini arttırmaktadır. Uzun çevrim ömürleri, hızlı şarj-deşarj özellikleri ve yüksek güç yoğunlukları, performans açısından süperkapasitörleri avantajlı enerji depolama birimleri haline getirmektedir. Akım toplayıcı ve aktif elektrot malzemesi olarak kullanılabilecek malzemelerin çeşitliliği ve hibrit kullanımı süperkapasitörleri diğer enerji depolama birimlerinden ayırmakta, sürdürülebilir, düşük maliyetli ve kolay üretim süreçlerinin keşfi ise daha öncelikli hale getirmektedir. Bu tez çalışmasında karbon keçe elektroda kaplı polipirol temelli elektrot malzemeleri üretildi. İlk olarak yeşil sentez yöntemiyle TiO2 nanopartikülleri üretildi ve polipirol elektrot üzerindeki enerji depolama performansı incelendi. Ardından MXene üretimi yapılarak TiO2 ile çeşitli kombinasyonlarla ayrı ayrı polipirol temelli elektrotlar üzerinde kapasitif performansları araştırıldı. Bu tez çalışmasında 13-60 nm boyutlarında nanopartiküller başarıyla sentezlendi. Morfolojik olarak homojen ve küçük taneciklerden oluşan malzemeler daha büyük yüzey alanına sahip olduğundan elektrolit iyonları ile elektrot yüzeyinin fazlaca etkileşmesini sağlayarak kapasitif performansın artmasını sağladı. Polipirol polimerinin kullanılmasıyla iletken polimerin kapasitif özelliğinden yararlanıldı ve elektrot malzemelerinin keçe yüzeyine kaplanmasında bağlayıcı olarak, malzemelerin akım toplayıcı üzerinde kaplanmasını sağlayacak etkileşimi arttırdı. 3-elektrotlu sistemde en yüksek kapasitif performansı PPy(10mg)/MXene@TiO2(20mg) elektrotu göstermiştir. 5 mV/s tarama hızında 467,7 F/g olarak hesaplanmıştır. Ardından bu en iyi elektrot malzemesi ile oluşturulan simetrik süperkapasitörün spesifik kapasitans değeri 5 mV/s tarama hızında 337,9 F/g olarak hesaplandı. Ulaşılan en yüksek enerji yoğunluğu 5.0 Wh/kg ve en yüksek güç yoğunluğu 1000,0 W/kg olarak hesaplandı.
Özet (Çeviri)
Electrical energy storage systems (ESS) have become an important research area, especially as a result of the increase in renewable energy production, the electrification of the transport sector, and the growing demand for wireless electrical devices. In energy systems, the importance of the way energy is produced brings to the forefront the production of devices that can store energy efficiently. In terms of performance, their long cycle life, fast charge-discharge characteristics, and high power densities make supercapacitors an advantageous energy storage units. The variety of materials that can be used as current collector and active electrode materials distinguishes these devices from other energy storage units. In addition, the discovery of sustainable, low-cost and easy manufacturing processes makes supercapacitors a higher priority. In this thesis, Polypyrrole-based electrode materials coated on carbon-felt electrodes were fabricated. Firstly, TiO2 nanoparticles were produced by the green synthesis method, and energy storage performance on Polypyrrole electrodes was investigated. Then, MXene was produced and its capacitive performances on polypyrrole-based electrodes were investigated separately with various combinations with TiO2. In this study, nanoparticles with dimensions of 13-60 nm were successfully synthesized. Since the morphologically homogeneous and small particles have a larger surface area, the materials have enabled the electrode surface to interact more with the electrolyte ions, thereby increasing the capacitive performance. With the use of polypyrrole polymer, the capacitive property of the conductive polymer was utilized and as a binder in the coating of the electrode materials on the felt surface, it increased the interaction that would allow the materials to be coated on the current collector. In the 3-electrode system, PPy(10mg)/MXene@TiO2(20mg) electrode showed the highest capacitive performance. It was calculated as 467.7 F/g at a scan rate of 5 mV/s. Then, the specific capacitance value of the symmetric supercapacitor formed with this best electrode material was calculated as 337.9 F/g at a scan rate of 5 mV/s. The highest energy density achieved was 5.0 Wh/kg and the highest power density was 1000.0 W/kg.
Benzer Tezler
- Hidrojen ayrıştırılması için sülfüre dayanıklı MOF kaplamalı PD bazlı yoğun metal membran geliştirilmesi
Development of PD-based dense metallic membrane with sulfur resistant MOF coated to separate hydrogen
SEVGİ KALKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE GÜMÜŞLÜ GÜR
- Metal organik kafes yapı ve zeolitik imidazol kafes yapı nanokristallerinin sentezi ve polimer nanokompozitlerin hazırlanması
Metal organic framework and zeolitic imidazolate framework nanocrystal synthesis and preparation of polymer nanocomposites
EBRU BAYCAN ENGÜLLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Polimer Bilim ve TeknolojisiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ
- Synthesis and characterization of inorganic-organic nanocomposite polymeric materials via controlled polymerization methods and ?click'' reactions
İnorganik-organik nanokompozit polimerik malzemelerin kontrollü polimerizasyon yöntemleri ve ''klik?? tepkimeleri ile sentezlenmesi ve karakterizasyonu
DENİZ SİNİRLİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
KimyaFatih ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ EKREM MÜFTÜOĞLU
- Synthesis of ti based metal organic frameworks (MOF)
Ti bazlı metal organik ağ yapılarının (MOF) sentezi
GONCA MUTLUCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. ŞERİFE ŞEREF HELVACI
PROF. SEHER FEHİME ÇAKICIOĞLU ÖZKAN
- Akıllı uygulamalara yönelik politiyofen tabanlı metalopolimerlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of polythiophene-based metallopolymers for smart applications
NEŞE GÜVEN