Novel architectures for high-performance supercapacitors based on 2D materials
2B malzemelere dayalı yüksek performanslı süperkapasitörler için yenilikçi mimariler
- Tez No: 919398
- Danışmanlar: PROF. DR. NİHAN KOSKU PERKGÖZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Energy, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yenilenebilir enerji ve taşınabilir elektronikte verimli enerji depolama sistemlerine yönelik artan talep, ileri teknolojilere olan ihtiyacı vurgulamaktadır. Olağanüstü güç yoğunlukları, hızlı şarj-deşarj yetenekleri ve üstün çevrim kararlılıkları ile süper kapasitörler, umut verici bir çözüm sunar, ancak düşük enerji yoğunluğu ile sınırlıdır. Bu zorluk, grafen ve MXene'ler gibi 2B malzemelerin bu boşluğu doldurmadaki dönüştürücü potansiyelini vurguluyor. Bu tez, 2B malzemeler kullanarak yüksek performanslı süper kapasitörleri araştırıyor. Kimyasal buhar biriktirme (KBB) yoluyla sentezlenen rotasyonel olarak yığılmış çift katmanlı grafen ile üretilen grafen bazlı süper kapasitörler, Na₂SO₄ elektrolitte 10.000 döngüden sonra %100 tutma ile 316 F g⁻¹'ye kadar özgül bir gravimetrik kapasitans (ÖGK) elde etti. Ek olarak, KBB yoluyla sentezlenen işlevselleştirilmemiş MXene'ler, hem sulu hem de iyonik sıvı (İS) elektrolitlerle incelenmiştir. [BMIM]BF₄ İS elektroliti ile eşleştirilen MXene'ler, sulu elektrolitlerde elde edilen 144 Wh kg⁻¹'nin iki katından fazla olan 391 Wh kg⁻¹'lik bir özgül enerji yoğunluğuna ulaştı. LiTFSI-VC elektroliti kullanılarak 5160 F g⁻¹'lik bir rekor ÖGK elde edildi, bu da son teknoloji süper kapasitörlerin çoğunu önemli ölçüde geride bıraktı, ancak kararlılık zorluklarıyla sınırlandı. Separatör çalışmaları, filtre kağıdının kapasitansı artırdığını, Celgard'ın ise döngü stabilitesini iyileştirdiğini ortaya koyarak cihaz konfigürasyonunun performans üzerindeki önemini vurguladı. Karşılaştırmalı analiz, grafenin taşınabilir elektroniklerde uzun vadeli stabilite potansiyeline sahip olduğunu, MXene'lerin ise yenilenebilir enerji stabilizasyonu ve ulaşımda hızlı şarj sistemleri gibi yüksek enerjili uygulamalar için umut vaat ettiğini gösteriyor. Bu çalışma, 2B malzemelerin gelişmiş süper kapasitör teknolojilerindeki muazzam potansiyelini vurgulayarak, malzeme stabilitesi ve elektrolit uyumluluğu konusunda daha fazla araştırmaya duyulan ihtiyacı ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The growing demand for efficient energy storage systems in renewable energy and portable electronics highlights the need for advanced technologies. Supercapacitors, with their exceptional power density, rapid charge-discharge capabilities, and superior cycle stability, offer a promising solution but are limited by low energy density. This challenge underscores the transformative potential of 2D materials, such as graphene and MXenes, in bridging this gap. This dissertation investigates high-performance supercapacitors using 2D materials. Graphene-based supercapacitors, fabricated with rotationally stacked bilayer graphene synthesized via CVD, achieved a specific gravimetric capacitance (SGC) of up to 316 F g⁻¹ with 100% retention after 10,000 cycles in Na₂SO₄ electrolyte. In addition, nonfunctionalized MXenes synthesized via CVD were studied with both aqueous and ionic liquid (IL) electrolytes. MXenes paired with [BMIM]BF₄ IL electrolyte achieved a specific energy density of 391 Wh kg⁻¹, more than twice the 144 Wh kg⁻¹ achieved in aqueous electrolytes. A record SGC of 5160 F g⁻¹ was also obtained using the LiTFSI-VC electrolyte, significantly surpassing most state-of-the-art supercapacitors but limited by stability challenges. Separator studies revealed that filter paper enhanced capacitance while Celgard improved cycle stability, emphasizing the importance of device configuration on performance. The comparative analysis suggests that graphene holds potential for long-term stability in portable electronics, while MXenes show promise for high-energy applications like renewable energy stabilization and rapid-charging systems in transportation. This work highlights the immense potential of 2D materials in advancing supercapacitor technologies, emphasizing the need for further research into material stability and electrolyte compatibility.
Benzer Tezler
- Ebubekir Hazım Tepeyran'ın hikayeleri ve romanları
Başlık çevirisi yok
SERPİL HAYBER
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Türk Dili ve EdebiyatıGazi ÜniversitesiTürk Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BİLGE ERCİLASUN
- Yakup Kadri'nin romanlarında Anadolu
Başlık çevirisi yok
ABDÜLKADİR HAYBER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Türk Dili ve EdebiyatıGazi ÜniversitesiTürk Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLGE ERCİLASUN
- Platin halkalı atomik absorpsiyon tekniğinde pnomatik, elektronik, otomik taşıyıcı sisteminin yapımı ve (Cd, Pb, Zn) standart çözeltileri kullanılarak sistemin optimizasyonu
Başlık çevirisi yok
AHMET AVİNÇ
Doktora
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MEHMET AYDIN
- Le Non-naturalisme dans la Faute de I'Abbe Mouret d'Emile Zola
Başlık çevirisi yok
GÜRBÜZ SEZGİN
Yüksek Lisans
Fransızca
1986
Fransız Dili ve EdebiyatıCumhuriyet ÜniversitesiBatı Dilleri ve Edebiyatları Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TUNA ERTEM
- Structures discursives dans“la grande peur dans la montagne”de Charles-Ferdinand Ramuz
Başlık çevirisi yok
NİLGÜN SÖKMEN
Yüksek Lisans
Fransızca
1985
Fransız Dili ve EdebiyatıCumhuriyet ÜniversitesiBatı Dilleri ve Edebiyatları Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TUNA ERTEM