Geri Dön

Karbon-silisyum ve karbon-azot hibrit yapılarının sentezi ve süperkapasitör uygulamaları

Synthesis and supercapacitor applications of carbon-silicon and carbon-nitrogen hybrid structures

PDF İndir

  1. Tez No: 859272
  2. Yazar: ERTUĞRUL CEYRAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. DUYGU EKİNCİ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Kimya, Energy, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Atatürk Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 203

Özet

Amaç: Bu çalışmanın amacı, ucuz ve çevre dostu malzemeler kullanarak yüksek hızda şarj edilebilirliğe ve yüksek kapasitif davranışa sahip süperkapasitör sistemleri üretmek ve bunları esnek ve giyilebilir tasarımlarla birleştirerek yeni nesil enerji depolama cihazları geliştirmektir. Yöntem: Çalışmada esnek süperkapasitör elektrotların (ESE) üretimi için, öncelikle saf pamuktan üretilmiş kumaş (CF) örneği grafen oksit (GO) ve karbon siyahı (CB) içeren aktif materyal karışımı ile kaplandı. CF yüzeyine kaplanmış olan GO, L-askorbik asit (L-AA) kullanılarak indirgenmiş grafen oksite (RGO) dönüştürüldü. Bu işlem sonucunda elde edilen ESE'lerin fonksiyonalizasyon işleminde silisyum atomu içeren klorosilan molekülleri [metil trikloro silan (MTCS), fenil trikloro silan (PTCS), dikloro difenil silan (DCDPS), oktil trikloro silan (OTCS) ve oktadesil trikloro silan (ODTCS)] ve azot atomu içeren azid molekülleri [4-azido bütanoik asit (4-ABA), 4-azido butan-1-ol (4-ABO), 1-azido oktan (1-AO), 8-azido oktanoik asit (8-AOA), 8-azido oktan-1-ol (8-AOO) ve 16-azido hekzadekanoik asit (16-AHA)] kullanıldı. Dopant bileşikler ile kovalent fonksiyonalize edilmiş ESE'lerin karakterizasyon analizleri FT-IR spektroskopisi, Raman spektroskopisi, X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirildi. ESE'lerin elektrokimyasal performansları ise üç ve iki elektrotlu hücre tasarımında döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj/deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri ile araştırıldı. Bulgular: Karakterizasyon çalışmaları, dopant bileşikleri ile gerçekleştirilen fonksiyonalizasyon işlemlerinin başarılı bir şekilde sağlandığını gösterdi. ESE'lerin üç elektrotlu sistemlerdeki elektrokimyasal incelemeleri, kloro silan molekülleri arasında DCDPS çözeltisinde (10 mM) fonksiyonalize edilen elektrotun (DCDPS(10)-RGO:CF) en yüksek spesifik kapasitansa (1 mVs-1'de CS,CV 683,9 mFcm-2 ve 0,5 mAcm-2'de CS,GCD 627,9 mFcm-2), azid molekülleri arasında ise 4-ABA çözeltisinde (5 mM) fonksiyonalize edilen elektrotun (4-ABA(5)-RGO:CF) en yüksek spesifik kapasitansa (1 mVs-1'de CS,CV 715,2 mFcm-2 ve 0,5 mAcm-2'de CS,GCD 517,9 mFcm-2) sahip olduğunu gösterdi. DCDPS(10)-RGO:CF ve 4-ABA(5)-RGO:CF elektrotlarının negatif elektrot ve RGO:CF elektrotun pozitif elektrot olarak kullanıldığı asimetrik aygıtlar geliştirildi ve elektrokimyasal performansları incelendi. DCDPS(10)-RGO:CF//RGO:CF ve 4-ABA(5)-RGO:CF//RGO:CF aygıtlarının CV'lerden hesaplanan CS,CV değerleri 1 mVs-1'de sırasıyla 187,0 mFcm-2 ve 134,6 mFcm-2 olarak belirlendi. GCD eğrilerinden hesaplanan CS,GCD değerleri ise 0,1 mAcm-2'de sırasıyla 105,5 mFcm-2 ve 82,8 mFcm-2 olarak belirlendi. Sonuç: Bu çalışma sonucunda çevre dostu ve ucuz materyallerden, kovalent olarak fonksiyonalize edilmiş yüksek kapasitif davranışa ve uzun çevrim kararlılığına sahip, esnek ve giyilebilir süperkapasitör aygıtlar geliştirildi. Edinilen tecrübelerin yeni nesil süperkapasitör sistemlerin geliştirilmesine katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

Özet (Çeviri)

Purpose: This study aims to produce supercapacitor systems with high-speed rechargeability and high capacitive behaviour using cheap and environmentally friendly materials and to develop next-generation energy storage devices by combining them with flexible and wearable designs. Method: For the fabrication of flexible supercapacitor electrodes (FSE) in this study, firstly, a pure cotton fabric (CF) sample was coated with a mixture of active material containing graphene oxide (GO) and carbon black (CB). The GO coated on the CF surface was converted to reduced graphene oxide (RGO) using L-ascorbic acid (L-AA). In the functionalization process of the FSEs obtained as a result of this process, chlorosilane molecules containing silicon atoms [methyl trichloro silane (MTCS), phenyl trichloro silane (PTCS), dichloro diphenyl silane (DCDPS), octyl trichloro silane (OTCS), and octadecyl trichloro silane (ODTCS)] and azide molecules containing nitrogen atoms [4-azido butanoic acid (4-ABA), 4-azido butan-1-ol (4-ABO), 1-azido octane (1-AO), 8-azido octanoic acid (8-AOA), 8-azido octan-1-ol (8-AOO) and 16-azido hexadecanoic acid (16-AHA)] were used. Characterization analyses of ESEs covalently functionalized with dopant compounds were carried out by FT-IR spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning electron microscopy (SEM). The electrochemical performances of FSEs were investigated by cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques in three and two-electrode cell designs. Findings: Characterization studies showed that the functionalization processes carried out with dopant compounds were successfully achieved. Electrochemical investigations of FSEs in three-electrode systems showed that the electrode (DCDPS(10)-RGO:CF) functionalized in DCDPS solution (10 mM) between chloro silane molecules had the highest specific capacitance (CS,CV 683.9 mFcm-2 at 1 mVs-1 and CS,GCD 627.9 mFcm-2 at 0.5 mAcm-2), while among the azide molecules, the electrode (4-ABA(5)-RGO:CF) functionalized in 4-ABA solution (5 mM) showed the highest specific capacitance (CS,CV 715.2 mFcm-2 at 1 mVs-1 and CS,GCD 517.9 mFcm-2 at 0.5 mAcm-2). Asymmetric devices using DCDPS(10)-RGO:CF and 4-ABA(5)-RGO:CF as negative electrodes and RGO:CF as positive electrode, were developed and their electrochemical performances were investigated. The CS,CV values of DCDPS(10)-RGO:CF//RGO:CF and 4-ABA(5)-RGO:CF//RGO:CF devices calculated from CVs were determined as 187.0 mFcm-2 and 134.6 mFcm-2 at 1 mVs-1, respectively. CS,GCD values calculated from GCD curves, were determined as 105.5 mFcm-2 and 82.8 mFcm-2 at 0.1 mAcm-2, respectively. Results: As a result of this study, covalently functionalized, flexible, and wearable supercapacitor devices exhibiting high capacitive behavior and long cycle stability were successfully developed using environmentally friendly and cost-effective materials. It is anticipated that the insights gained will significantly contribute to the advancement of new-generation supercapacitor system.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    392612

    Modifiye edilmiş grafitin lityum iyon pillerde anot malzemesi olarak kullanımının incelenmesi

    Investigation of modified graphite as anode material for lithium ion batteries

    NERGİS AKIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ

  2. Tez No

    529335

    Kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile bor nanotellerin üretimi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of boron nanowires with chemical vapor deposition method

    BURAK ŞAHİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Fizik ve Fizik MühendisliğiErzincan Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA NUR TUZLUCA

  3. Tez No

    634534

    Elektron siklotron mikrodalga plazma (ECR-MP) yöntemi ile farklı yüzeylerin karbon ve azot katkılı karbon filmler ile kaplanması

    Coating on different surfaces with carbon and nitrogen doped carbon films by using electron cyclotron microwave plasma (ECR-MP) method

    ÖZLEM ÇELİKEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAMİDE KAVAK

  4. Tez No

    596969

    Doymamış asit gruplarıyla sübstitüe olmuş ftalosiyaninlerin sentezi ve nano titanyumdioksite doplama yapılarak özelliklerinin incelenmesi

    Synthesis of phthalocyanines with unsaturated carboxylic acid substituents and investigation of their properties after doping on nano titaniumdioxide

    ARİF HIŞIR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    KimyaYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜLNUR KESER KARAOĞLAN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZHAN AVCIATA

  5. Tez No

    105679

    Hidrojenlendirilmiş amorf silisyum filmlerin optik katsayılarını belirlemede kullanılan deneysel yöntemlerin karşılaştırılması

    Comparison of experimental methods used for determination of optical constants of hydrogenated amorphous silicon

    GÜNGÖR TAYYAR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

Geri Dön