Geri Dön

Nikel sülfür tabanlı hibrit süperkapasitör aygıt geliştirilmesi

Development of hybrid nickel sulfide-based supercapacitor device

  1. Tez No: 863881
  2. Yazar: OZAN ÖZTÜRK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. EMRE GÜR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Mühendislik Bilimleri, Electrical and Electronics Engineering, Energy, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Atatürk Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 148

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

  1. Tez No

    752152

    Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems

    Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi

    MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

    PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN

  2. Tez No

    467087

    Molibden konsantrelerinin döner fırında kavurma prosesinin optimizasyonu

    Roasting process optimization of molybdenite concentrates in rotary kiln

    SELÇUK KAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ONURALP YÜCEL

  3. Tez No

    386991

    Nikel sülfür ateş analizi metodu ile katalitik konvertörlerdeki platin, paladyum ve rodyum metallerinin tayini ve metodun optimizasyonu

    Determination of platinum, palladium and rhodium by nickel sulphide fire assay method and optimization of the method

    MEHMET HAKAN MORCALI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SÜLEYMAN AKMAN

    PROF. DR. ONURALP YÜCEL

  4. Tez No

    39257

    Topuk-Göynükbelen (Orhaneli-Bursa) yöresi nikel oluşumlarının kökensel incelenmesi

    Genetical investigation of nickel occurrences in the vicinity of Topuk-Göynükbelen, Orhaneli-Bursa

    YÜKSEL ÖRGÜN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1993

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. ATİLLA AYKOL

  5. Tez No

    166947

    Synthesis of Ti,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn sulfides by solid-gas reactions, investigation of structural and conducting properties

    Katı-gas tepkimeleri ile Ti,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn sülfür bileşiklerinin sentezi, yapısı ve iletkenlik özelliklerinin incelenmesi

    MUSTAFA FATİH GENİŞEL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2005

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. AYŞEN YILMAZ

Geri Dön