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: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Electrical and Electronics Engineering, Energy
- 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: 140
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
- Graphene-based fast saturable absorber devices and their application to mode locking of solid-state lasers
Grafen-tabanlı hızlı doyabilen soğurucular ve katıhal lazerlerinin kip-kilitlenmesindeki uygulamaları
IŞINSU BAYLAM
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Karbon tabanlı yeni hibrit nano-yapıların modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of carbon based new hybrid nano-structures
ÜNAL DEĞİRMENCİ
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Design and implementation of a multi-source energy harvesting system for smart agriculture applications
Başlık çevirisi yok
BURÇ ARDA ALTUĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve TeknolojiPolitecnico di TorinoPROF. DANİLO DEMARCHI
DR. UMBERTO GARLANDO
- Parallel and pipelined architectures for high speed ip packet forwarding
Yüksek hızlı internet paketi yönlendirmesi için paralel ve boru hattı davranışlı mimariler
OĞUZHAN ERDEM
Doktora
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. CÜNEYT BAZLAMAÇCI
- Lityum iyon piller için yazdırılabilir teknolojilere uygun yeni nesil anotların geliştirilmesi
Development of new generation anodes for lithium ion batteries suitable for printable technologies
AHMET TALHA SEVİNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUD TOKUR