Investigation of sulfide materials for supercapacitors
Süperkapasitörler için sülfit malzemelerinin araştırılması
- Tez No: 851529
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN, DR. YUSUF KELEŞTEMUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Süperkapasitörler, hızlı şekilde enerji depolama ve serbest bırakma kapasiteleri ile öne çıkan enerji depolama cihazlarıdır. Düşük iç direnç, yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek çevrim ömrü, onları şebeke stabilizasyon sistemleri, elektrikli araçlar ve rejeneratif frenleme gibi büyük ölçekli uygulamalardan, giyilebilir elektronikler ve sensörler gibi küçük ölçekli uygulamalara kadar geniş bir yelpazede kullanılabilir kılmaktadır. Süperkapasitörler, verimli ve sürdürülebilir enerji çözümlerine yönelik talebin artmasında çok önemli bir rol oynamaktadır. Molibden disülfit (MoS2) gibi katmanlı yapılı geçiş metali dikalkojenitler (TMD'ler), enerji depolama uygulamaları için en çok araştırılan malzemelerden biridir. Titanyum disülfit (TiS2), TMD'lerin en hafif üyelerinden biridir. Ancak oksitleyici koşullara duyarlılığı TiS2'nin sulu ortamlarda kullanımını kısıtlamaktadır. Tezin ilk bölümünde elementel titanyum ve kükürt tozlarının tavlanması yoluyla yığın titanyum disülfit (TiS2) tozları üretilmiştir. İki boyutlu (2B) TiS2 pulları organolityum kimyası ile üretilmiştir. TiS2'nin mekanik esnekliği ve oksidasyon direnci, karbon nanotüp (CNT) ve dopamin ilavesi ile geliştirilmiştir. İletken, kendi kendine ayakta duran elektrotlar, 10.000 döngüden sonra %99'luk bir coulomb verimliliği ve %93'lük kapasite muhafazası sağlamıştır. Aynı sulu simetrik süperkapasitör için 2000 W.kg-1 güç yoğunluğuna ulaşılmıştır. Demir sülfit gibi metal sülfitler, mükemmel elektriksel iletkenlikleri ve dikkat çekici elektrokimyasal performansları nedeniyle süperkapasitörler için umut vaat eden diğer malzemelerdir. Üstelik demir ve sülfürün bolluğu, maliyet etkinliğiyle birleştiğinde, demir sülfürü süperkapasitör uygulamaları için ekonomik açıdan uygun bir seçenek olarak konumlandırıyor. Tezin ikinci bölümünde, ticari karbon tekstil üzerine biriktirilen kobalt metal-organik çerçeve (Co-MOF) pozitif ve demir sülfit/grafen (FexSy/Graphene) negatif elektrotlar ile asimetrik süperkapasitör üretilmiştir. Deiyonize su, potasyum hidroksit (KOH) ve hidroksietil selüloz (HEC) ile jel elektrolit elde edilmiştir. Daha sonra, üretilen asimetrik süper kapasitör, 10 mV.s-1 tarama hızında 111 mF.cm-2 alansal kapasitansa ulaşacak şekilde polivinil klorür aracılığıyla enkapsüle edilmiştir ve 5 gün sonra bile hala çalışabilmektedir.
Özet (Çeviri)
Supercapacitors are energy storage devices distinguished by their ability to rapidly store and release energy. The combination of low internal resistance, high power density, and extended cycle life renders them invaluable for a diverse array of applications, spanning from substantial endeavors like grid stabilization systems, electric vehicles, and regenerative braking to more compact uses, including wearable electronics and sensors. Supercapacitors hold a pivotal position in meeting the escalating need for efficient and sustainable energy solutions. Layer-structured transition metal dichalcogenides (TMDs) such as molybdenum disulfide (MoS2) are one of the mostly investigated materials for energy storage applications. Titanium disulfide (TiS2) is one of the lightest member of TMDs. However, its susceptibility to oxidation restricts the use of TiS2 in aqueous environments. In the first part of the thesis, bulk TiS2 powders were synthesized from elemental titanium and sulfur powders. Two-dimensional (2D) TiS2 flakes, in semi-metallic 1T phase, were then fabricated from bulk TiS2 powders using organolithium chemistry. Mechanically flexible and self-standing TiS2 films were prepared through the incorporation of carbon nanotubes (CNTs) and used as supercapacitor electrodes. Oxidation resistance of the TiS2 electrodes were improved through dopamine-treatment. Electrodes yielded a Coulombic efficiency of 99% and capacity retention of 93% after 10 000 charge-discharge cycles in aqueous electrolytes. A power density of 2000 W.kg-1 was reported. Iron sulfide, a member of the metal sulfide family, holds promise as a superior material for supercapacitors owing to its outstanding electrical conductivity and remarkable electrochemical performance. Furthermore, the abundance of iron and sulfur, along with their cost-effectiveness, establishes iron sulfide as an economically viable choice for supercapacitor applications. In the second part of the thesis, asymmetric supercapacitors were fabricated with cobalt metal-organic framework (Co-MOF) positive and iron sulfide/graphene (FexSy/Graphene) negative electrodes. The fabrication of both electrodes involved depositing active materials onto commercially available carbon fabrics. The gel electrolyte was formulated using deionized water, potassium hydroxide (KOH), and hydroxyethyl cellulose (HEC). The fabricated asymmetric supercapacitors were encapsulated within polyvinyl chloride, achieving an areal capacitance of 111 mF.cm-2 at a scan rate of 10 mV.s-1. Fabricated supercapacitor was kept at room conditions and remained functional even after 5 days.
Benzer Tezler
- Synthesis, characterization, and application of manganese-doped iron sulfide nanoplatelets on carbon cloth: A negative flexible and wearable electrode material for future electronics and energy storage
Synthesis, characterization, and application of manganese-doped iron sulfide nanoplatelets on carbon cloth: A negative flexible and wearable electrode material for future electronics and energy storage
ALMİLA NUR GÖZÜTOK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMREN NALBANT
- Investigation of infrared phosphorescence properties of chromium doped lanthanum gallogermanate phosphors sythesized by sol-gel method
Sol-gel yöntemi ile sentezlenen krom katkılı lantan galogermanat fosforlarının kızılötesi fosforesans özelliklerinin incelenmesi
BURCU CAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK
- Photoluminescence specroscopy of CdS and GaSe
CdS ve GaSe'nin fotolüminesans spektrumu
AYŞE SEYHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Hidrojen sülfürün rat cilt fleplerinde iskemi-reperfüzyon hasarına karşı koruyucu etkisinin araştırılması
Investigation of hydrogen sulphide's protective effects against ischemia-reperfusion injury at rat skin flaps
AHMET GÜRHAN DÜLGAR
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2018
Plastik ve Rekonstrüktif CerrahiÇukurova ÜniversitesiPlastik Rekonstrüktif ve Estetik Cerrahi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EROL KESİKTAŞ