Giyilebilir elektronikler için MXene ve grafen esaslı mikro süperkapasitörlerin geliştirilmesi
Development of MXene and graphene based micro-supercapacitors for wearable electronics
- Tez No: 879538
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Energy, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Günümüzde hızla büyümekte olan giyilebilir teknoloji ürünlerinin çeşit ve sayısı gün geçtikçe artmakta, sağlık takibi ve sportif faaliyet izleyicileri gibi giyilebilir cihazların gelecekte günlük hayatta daha çok yer bulması beklenmektedir. Tekstil ürünleriyle entegre edilen elektronik cihazlar esnek ve yüksek performanslı güç kaynaklarına ihtiyaç duymaktadırlar. Bu amaca yönelik olarak süperkapasitörler ve mikro süperkapasitörler son yıllarda bataryalarla birlikte veya onlara alternatif güç kaynakları olarak kullanılabilmektedir. Bu çalışmada tekstil endüstrisinde oldukça yaygın bir kullanım alanına sahip olan pamuk esaslı kumaşlar kullanılarak MXene ve grafen esaslı elektrotlara sahip mikro süperkapasitörler geliştirilmiştir. İki boyutlu tabakalı yapılar olan MXene ve indirgenmiş grafen oksit malzemelerin sentez ve optimizasyonu gerçekleştirilmiş ve iki malzemenin elektrokimyasal performans açısından oluşturdukları sinerjik etki incelenmiştir. İndirgenmiş grafen oksitin dispersiyon kabiliyetini artırmak ve kumaş yüzeyleri ile daha iyi bir etkileşim sağlamak amacıyla selüloz nanokristal yapıların varlığında indirgenmiş grafen oksit yapılar elde edilmiştir. Mikro süperkapasitör elektrotları başlıca MXene ve indirgenmiş grafen oksit/selüloz nanokristal olmak üzere bu iki bileşenin belirli oranlarda karıştırılmasıyla elde edilen hibrit dispersiyonların kumaş yüzeyine uygulanmasıyla elde edilmiştir. Mikro süperkapasitör cihazlarında polivinil alkol/H2SO4 esaslı jel elektrolit kullanılmış ve esnek cihazlar geliştirilmiştir. MXene dispersiyonunda ağırlıça %15'e kadar indirgenmiş grafen oksit varlığının 2 mVs-1 tarama hızında 324,7 Fg-1'e kadar yüksek bir spesifik kapasitans ve çevrim performansını sağladığı belirlenmiştir. Ayrıca hazırlanan indirgenmiş grafen oksit dispersiyonlarında MXene varlığının, spesifik kapasitans değerlerini yükselttiği de belirlenmiştir. Kumaş üzerine hibrit elektrot yapısının uygulanmasıyla elde edilen mikrosüperkapasitör cihazının MXene ve indirgenmiş grafen oksit/selüloz nanokristal yapının sinerjik etkisi sayesinde 0.04 mA cm-2 akım yoğunluğunda 24,4 mF cm-2 gibi yüksek bir alansal spesifik kapasitansa ulaştığı ayrıca cihaz enerji yoğunluğu değerinin 1,22 mWh cm-2 ve güç yoğunluğunun ise 12,2 mW cm-2 seviyesine ulaştığı belirlenmiştir. Farklı eğme açılarında performansını büyük oranda koruyan mikro süperkapasitörün 180°'lik eğme altında 200 çevrim sonunda spesifik kapasitans değerini %97,2 oranında koruduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Nowadays, the variety and number of rapidly growing wearable technology products are increasing day by day, and wearable devices such as health monitoring and sports activity trackers are expected to find a significant place in daily life in the future. Electronic devices integrated with textile products need flexible and high-performance power supplies. For this purpose, supercapacitors and micro supercapacitors have been used together with batteries or as alternative power sources to them in recent years. In this study, micro supercapacitors with MXene and graphene-based electrodes were developed using cotton-based fabrics, which are widely used in the textile industry. The synthesis and optimization of MXene and reduced graphene oxide materials, which are two-dimensional layered structures, were carried out and the synergistic effect of the two materials in terms of electrochemical performance was examined. In order to increase the dispersion ability of reduced graphene oxide and provide a better interaction with fabric surfaces, reduced graphene oxide structures were obtained in the presence of cellulose nanocrystal structures. Micro supercapacitor electrodes were obtained by applying hybrid dispersions obtained by mixing these two components, mainly MXene and reduced graphene oxide/cellulose nanocrystal, in certain proportions, to the fabric surface. Polyvinyl alcohol/H2SO4 based gel electrolyte was used in micro supercapacitor devices and flexible devices were developed. It has been determined that the presence of graphene oxide reduced to 15% by weight in the MXene dispersion provides a high specific capacitance and cycling performance of up to 324.7 Fg-1 at a scanning rate of 2 mVs-1. It was also determined that the presence of MXene in the prepared reduced graphene oxide dispersions increased the specific capacitance values. The microsupercapacitor device obtained by applying the hybrid electrode structure on the fabric reached a high areal specific capacitance of 24.4 mF cm-2 at a current density of 0.04 mA cm-2, thanks to the synergistic effect of MXene and reduced graphene oxide/cellulose nanocrystal structure. The device energy density value was determined as 22 mWh cm-2 and the power density reached 12.2 mW cm-2. It was determined that the micro supercapacitor, which largely preserved its performance at different bending angles, maintained its specific capacitance by 97.2% after 200 cycles under 180° bending.
Benzer Tezler
- Development of textile based temperature sensor for wearable electronics
Giyilebilir elektronikler için tekstil tabanlı sıcaklık sensörü geliştirilmesi
BURCU ARMAN KUZUBAŞOĞLU
Doktora
İngilizce
2021
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SENEM KURŞUN BAHADIR
- Giyilebilir elektronikler için nanolif esaslı esnek ve hibrit nanojeneratörlerin geliştirilmesi
Development of nanofiber-based flexible and hybrid nanogenerators for wearable electronics
ÖMER FARUK ÜNSAL
Doktora
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiBursa Teknik ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU
- Laser induced graphene based flexible gas sensor for wearable electronics
Giyilebilir elektronikler için lazer kaynaklı grafen bazlı esnek gaz sensörü
MEHMET MERT BÜYÜKTURGAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK
- Giyilebilir elektronikler için iletken iplik ve kumaş üretimi üzerine bir araştırma
A study on production of conductive yarn and fabric for wearable electronics
ÖZGÜ ÖZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMET YILMAZ
- Karbon dolgulu esnek iletken polimer kompozitlerin direnç-gerinim hassasiyetinin ve elektromanyetik dalga kalkanlama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of resistivity-strain sensitivity and electromagnetic wave shielding properties of carbon-filled flexible conductor polymer composites
KÜBRA GÜLEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER KAŞGÖZ