Çok işlevli, yapısal süperkapasitörlerde potansiyel uygulamalar için modifiye karbon fiberlerin geliştirilmesi
Development of modified carbon fibers for potential applications in multifunctional structural supercapacitors
- Tez No: 871740
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İFFET IŞIL GÜRTEN İNAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Enerji, Kimya Mühendisliği, Science and Technology, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Bu tez çalışmasında, çok işlevli yapısal süperkapasitörlerde potansiyel malzeme olarak kullanılmak üzere, enerji depolama kapasiteleri iyileştirilmiş ve mekanik dayanımlarını koruyan modifiye karbon fiber kumaşlar geliştirilmiştir. Bu amaçla, atık biber posasından (salça fabrikası atığı) farklı kimyasal aktivasyon araçları (ZnCl2, K2CO3, H3PO4) kullanılarak gözenekli karbon malzemeler üretilmiş, yüzey özellikleri, yüzey alanı, gözenek boyut ve parçacık boyut dağılımı, elementel analiz, FTIR, Raman, SEM-EDS, XPS; enerji depolama kapasiteleri ise döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri ile karakterize edilmiştir. Karbon fiber kumaşların yüzeyi, en iyi enerji depolama performansı gösteren aktif karbon örnekleri (BP/K2CO3 1:1 ve BP/ZnCl2 1:1.5) ile farklı kütle oranlarında kaplanmıştır (%0, %2, %5, %10). Karşılaştırma amacıyla, karbon fiber kumaşlara doğrudan kimyasal aktivasyon işlemi de uygulanmıştır. Modifiye edilen tüm karbon fiber kumaşların, elektrokimyasal testleri de aynı koşullarda gerçekleştirilmiştir. Karbon fiber kumaş yüzeyindeki aktif karbon miktarının artmasıyla elektrokimyasal performansın arttığı gözlenmiştir. Kütlece %10 aktif karbon ile modifiye edilmiş karbon fiberlerin spesifik kapasitansında orijinal fibere göre 19 kat artış elde edilmiştir. Orijinal karbon fiber ve aktif karbon ile modifiye edilen kumaşlardan epoksi reçine kullanılarak, vakum infüzyon yöntemiyle kompozit malzemeler hazırlanıp oda sıcaklığında çekme testleri gerçekleştirilmiş ve çekme dayanımlarında orijinal fibere göre önemli bir düşüş elde edilmemiştir. %0, %2, %5, %10 aktif karbon kaplı kompozitlerin çekme dayanımları sırasıyla; 513.41, 493.42, 502.76, ve 474.55 MPa olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, atık biyokütle temelli aktif karbonlar ile modifiye edilerek hazırlanan karbon fiber kompozitlerin yapısal süperkapasitör elektrotu olarak kullanılma potansiyelinin yüksek olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, modified carbon fiber fabrics have been developed to be used as potential materials in multifunctional structural supercapacitors, with improved energy storage capacities and retained mechanical strengths. For this purpose, porous carbon materials were produced using different chemical activation agents (ZnCl2, K2CO3, H3PO4) from red pepper waste (factory waste), and their surface properties were characterized by conducting surface area, pore size and particle size distribution, elemental analysis, FTIR, Raman, SEM-EDS, XPS techniques; while energy storage capacities were characterized by conducting cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and impedance spectroscopy (EIS) techniques. The surface of the carbon fiber fabrics was coated with activated carbon samples showing the best energy storage performance (BP/K2CO3 1:1 and BP/ZnCl2 1:1.5) at different mass ratios (0%, 2%, 5%, 10%). For comparison, direct chemical activation process was also applied to carbon fiber fabrics. The electrochemical tests of all modified carbon fiber fabrics were conducted under the same conditions. An increase in the amount of activated carbon on the surface of carbon fiber fabrics was observed to enhance the electrochemical performance. A 19-fold increase in specific capacitance was obtained for carbon fibers modified with activated carbon at 10% mass ratio, compared to the original fiber. Composite materials were prepared using original carbon fiber and carbon fiber modified with activated carbon by using epoxy resin by vacuum infusion method, and tensile tests were performed at room temperature, showing no significant decrease in tensile strength compared to the original fiber. The tensile strengths of composites coated with activated carbon at 0%, 2%, 5%, and 10% mass ratios were determined to be 513.41, 493.42, 502.76, and 474.55 MPa, respectively. As a result, it was observed that carbon fiber composites prepared by modifying with waste biomass-based activated carbons have high potential to be used as structural supercapacitor electrodes.
Benzer Tezler
- Utilizing some forest biomass as supercapacitor electrode material
Orman biyokütlelerinin süperkapasitör elektrot malzemesi olarak kullanımı
YAREN BUMİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
- Preparation and characterization of carbon quantum dot- based composite thin films
Karbon kuantum nokta esaslı kompozit ince filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
RAMAZAN FERHAT ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDEN BEYHAN
- Development and applıcatıon of multıfunctıonal structural supercapacıtor composıtes for aırcraft
Hava taşıtları için çok işlevli yapısal süperkapasitor kompozitlerin geliştirilmesi ve uygulanması
AHMET ÇETAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL ÇELİK
DOÇ. DR. ABDULHAMİT KÜÇÜKASLAN
- Çok işlevli kompozit malzemeler kullanılarak yapısal enerji depolama bataryalarının geliştirilmesi
Developing structural energy storage batteries using multi functional composite materials
OĞUZHAN BARTUĞ KURUKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYSUN EĞRİSÖĞÜT TİRYAKİ
- Eklemeli üretim teknolojileri için çok işlevli grafen katkılı nanokompozit malzemelerin üretilmesi ve geliştirilmesi
Production and development of multi functional nanocomposites with graphene for additive manufacturing technologies
MUSTAFA ÖZYEŞİLDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM KARTERİ