Nikel sülfür tabanlı hibrit süperkapasitör aygıt geliştirilmesi
Development of hybrid nickel sulfide-based supercapacitor device
- Tez No: 863881
- Danışmanlar: PROF. DR. EMRE GÜR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu tez çalışmasında, literatürde ilk defa RF manyetik saçtırma yöntemiyle büyütülen nikel sülfür tabanlı elektrot ve özel bir presleme yoluyla hazırlanan grafen tabanlı karşıt elektrottan oluşan hibrit süperkapasitörün (HSC) performansının belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu yeni nesil HSC aygıtlarını oluşturan elektrotların üretimi ve karakterizasyonu, literatür taramalarıyla desteklenerek süperkapasitör elektrot malzemelerinin önemi öne çıkarılmıştır. Yöntem: Bu çalışmada, RF manyetik saçtırma yöntemiyle üretilen nikel sülfür elektrotlarının optimize edilmiş parametrelerle büyütmeleri tekrarlanarak çeşitli metotlarla karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon yöntemlerinde; morfolojik, yapısal ve elementel analizlerde taramalı elektron mikroskobu ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi yöntemleri kullanılırken, elektrokimyasal ölçümlerde ise, döngüsel voltametri ve galvanostatik şarj-deşarj metotlarından faydalanılmıştır. Nikel sülfür ve grafen tabanlı elektrotlar ile hazırlanan HSC aygıtı, bu karakterizasyon metotlarına ek olarak bu çalışmaya özgü olan ve tez kapsamında yapılmış olan kapasitans ölçüm sistemiyle de test edilmiştir. Bulgular: Bu çalışmada, yeni nesil HSC için preslenmiş nikel köpük üzerine hazırlanan NiS tabanlı ve grafen tabanlı elektrotların her ikisi de literatürde bulunmayan ve ilk kez kullanılan yöntemlerle üretilmiş, bu elektrotların elementel, yapısal, morfolojik karakteristikleri ve elektrokimyasal performansları incelenmiştir. Optimize edilen ve aygıt yapımında da kullanılan en iyi NiS elektrodun CV ölçümü ile oksitlenme sonrası spesifik kapasitansı 1 mA cm-2 akım yoğunluğunda 590 mF cm-2 iken, grafen tabanlı elektrodun spesifik kapasitansı ise 3 mA cm-2 akım yoğunluğunda 1100 mF cm-2 olarak belirlenmiştir. Bu iki elektrot kullanılarak hazırlanan HSC aygıtı, 1 mA cm-2 akım yoğunluğunda 204,2 mF cm-2 spesifik kapasitans göstermiş ve 5000 şarj-deşarj döngüsü sonrasında %14,8'lik kapasitans artışı sağlayarak, spesifik kapasitansını 224,3 mF cm-2 değerine yükseltmiştir. Üretilen aygıt 8 mm çapında ve 2 cm boyunda silindirik bir yapıdadır. Bu aygıt, 1 mA cm-2 akım yoğunluğunda 0,5 mW cm-2 güç yoğunluğuna karşılık gelen 0,03 mWh cm-2'lik bir spesifik enerji yoğunluğu ile de yüksek performansını doğrulamıştır. Sonuç: RF manyetik saçtırma yöntemi ve özel bir presleme tekniği kullanılarak üretilen HSC elektrot malzemelerinin, oldukça iyi elektrokimyasal performans gösterdikleri ve sinerjik etkiler sayesinde, faradayik ve kapasitif etkilerin avantajlarını bir arada kullanarak uyumlu çalıştıkları gözlemlenmiştir. Üretilen HSC aygıtı ile alınan sonuçlar, bu yöntemle üretilen malzemelerin süperkapasitör elektrodu olarak iyi bir tercih olabileceğini kanıtlar niteliktedir.
Özet (Çeviri)
Purpose: The purpose of this thesis study is to determine the performance of a hybrid supercapacitor (HSC) consisting of a nickel sulfide-based electrode grown by RF magnetic sputtering and a graphene-based counter electrode prepared by a special pressing method for the first time in the literature. The production and characterization of the electrodes that comprise these new generation HSC devices are supported by literature reviews, emphasizing the significance of supercapacitor electrode materials. Method: In this study, the growth of nickel sulfide electrodes produced by RF magnetic sputtering was repeated with optimized parameters, and their characterization was performed using a variety of techniques. In characterization methods, morphological, structural, and elemental analyses were performed using scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, while electrochemical measurements were performed using cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge methods. In addition to these characterization methods, the HSC device constructed with nickel sulfide and graphene-based electrodes was also tested with the capacitance measurement system specific to this study and made within the scope of the thesis. Findings: In this study, both NiS-based and graphene-based electrodes prepared on pressed nickel foam for the new generation HSC were produced using methods not previously available in the literature and used for the first time, and the elemental, structural, morphological, and electrochemical properties of these electrodes were investigated. The specific capacitance of the best NiS electrode, which was optimized and used in device construction, after oxidation by CV measurement was 590 mF cm-2 at a current density of 1 mA cm-2, whereas the specific capacitance of the graphene-based electrode was determined to be 1100 mF cm-2 at a current density of 3 mA cm-2. The HSC device had a specific capacitance of 204,2 mF cm-2 at a current density of 1 mA cm-2 which increased to 224,3 mF cm-2 after 5000 charge-discharge cycles, representing a 14,8% increase in capacitance. The device produced has a cylindrical structure with a diameter of 8 mm and a length of 2 cm. This device also demonstrated its high performance with a specific energy density of 0,03 mWh cm-2, which equates to a power density of 0,5 mW cm-2 at a current density of 1 mA cm-2. Results: It has been observed that HSC electrode materials produced using the RF magnetron sputtering method and a special pressing technique have excellent electrochemical performance and, due to synergistic effects, work harmoniously by combining the benefits of faradaic and capacitive effects. The results obtained with the HSC device demonstrate that the materials produced by this method can be suitable as supercapacitor electrodes.
Benzer Tezler
- Hibrit süperkapasitörler için pil tipi elektrot olarak elektrokimyasal yolla nikel kobalt sülfür sentezi
Electrochemical synthesis of nickel cobalt sulfide as a battery-type electrode for hybrid supercapacitors
SEDA YILMAZ
- Güney Ege ve Batı Akdeniz bölgelerinde meydana gelen orman yangınlarının hava kalitesiyle olan ilişkisinin araştırılması
Investigation of the relationship between forest fires and air quality in the Southern Aegean and Western Mediterranean regions
CANSU AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRAH TUNCAY ÖZDEMİR
- Biyokütle tabanlı karbon eldesi ve yüksek performanslı lityum-sülfür bataryaları için ZnNi2S4/C katot tasarımı
ZnNi2S4/C cathode design for biomass-based carbon session and high performance lithium-sulfur batteries
EBRU KÖROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyoteknolojiBartın ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RECEP TAŞ
- Mezo karbon destekli nikel, kobalt ve seryum sülfür-borofen bazlı elektrokatalizörlerin geliştirilmesi ve hidrojen evrim reaksiyonu performanslarının incelenmesi
Development of mesocarbon-supported nickel, cobalt, and cerium sulfide-borophene based electrocatalysts and investigation of their hydrogen evolution reaction performance
BİLGE ASLAN TANRIVERDİ
Doktora
Türkçe
2026
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAY ŞAHİN
- Enerji depolamaya yönelik gelişmiş elektrokimyasal özelliklerdeki yenilikçi malzemelerin üretimi ve uygulamaları
Production and applications of innovative materials with advanced electrochemical properties for energy storage
BUSE SERT
Doktora
Türkçe
2025
EnerjiTarsus ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERSAN HARPUTLU