Farklı biyokütle kaynaklarından hard karbon eldesi ile enerji depolamada uygulanabilirliği
Applicability of energy storage by obtaining hard carbon from different biomass precursors
- Tez No: 933038
- Danışmanlar: PROF. DR. TOLGA DEPCİ, DOÇ. DR. YUNUS ÖNAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İskenderun Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 156
Özet
Bu tez çalışması kapsamında doğada hazır şekilde bulunan biyokütle kaynakları olarak nar kabuğu ve nar çekirdeği ile birlikte doğada doğal, hazır olarak bulunmayan sentetik biyokütle kaynağı olarak atık itfaiye elbisesi baz alınarak iki farklı kategoride olan ilgili biyokütle kaynaklarının enerji depolama uygulamalarında kullanımı çalışılmıştır. Bu kapsamda nar kabuğu, nar çekirdeği ve atık itfaiye elbisesinden öncelikle son yıllarda oldukça güncel olan ve araştırmacıların yoğun ilgisini çeken bir konu olan hard karbon direkt karbonizasyon, çift aşamalı karbonizasyon ve hidrotermal karbonizasyon metodları ile sentezlenmiş ve karakterizasyonları yapılmıştır. Akabinde nar çekirdeği ve nar kabuğundan ürtilen hard karbonlar süper kapasitörde uygulanır iken atık itfaiye elbisesinden üretilen hard karbonlar ise ve Na-iyon bataryada elektrot malzemesi olarak çalışılarak elektrokimyasal performansları incelenmiştir. Üretilen hard karbonların uygulanan fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), X-ışını difraksiyonu (XRD), raman spektropisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Enerji Dağıtıcı X-Işını Analizi (EDX) ve Brunauer-Emmett-Teller (BET) karakterizasyon işlemleri neticesinde sentezlenen ürünlerin karbon temelli, düzensiz bir yapıya sahip olduğu görülmekle birlikte sentezlenen ürünlerin hard karbon olduğu teyit edilmiştir. Nar kabuğu ve nar çekirdeğinden üretilen hard karbonların süper kapasitör uygulamasında CV sonuçları üretilen elektrotların şarj ve deşarj kabiliyetinin olduğunu göstermekle birlikte en yüksek spesifik kapasite nar çekirdeğinden 5 mV/s tarama hızında 5,8 F/g, nar kabuğundan da yine 5 mV/s tarama hızında 11,4 F/g olarak elde edilmiştir. Na-iyon batarya uygulamasında ise öncelikle üretilen hard karbonların anot olarak kullanıldığı yarım hücre batarya oluşturulmuştur. Bu uygulamada birinci ve ikinci döngüde sırasıyla 410 ve 233 mAh g-1 kapasite değerleri edinen en yüksek kapasiteler olmuştur. Farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilen galvonastatik döngü testleri sıcaklığın yarım hücre batarya kapasitesine doğrudan etki ettiğini göstermiştir. Ayrıca yarım hücre batarya işleminde katı elektrolit ara yüzü (SEI)'nün oluşması esnasında büyük miktarda sodyum iyonunun tüketildiği gözlenmiştir. Bu sodyum iyon kaybını telafi etmek için yarım hücre sonuçlarından en iyi performans gösteren iki hard karbon numunesi seçilerek elektrokimyasal işlemle ön sodyumlama tekniği uygulandıktan sonra Na0.67Mn0.5Fe0.45Ti0.07O2 katot olmak ve ön-sodyumlaştırılmış hard karbon numuneleri birleştirilerek tam hücreler üretilmiştir. Tam hücre testleri sonucunda en yüksek kapasite 2–4 V voltaj aralığı ve C/10 koşulları altında 114,9 mAh g-1 olarak elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Within the scope of this thesis study, use of two different categories of related biomass resources in energy storage applications was studied based on pomegranate peel and pomegranate seed as biomass sources readily available in nature, and waste firefighting clothing as synthetic biomass source not readily available in nature. In this context, hard carbon, which has been a current issue in recent years and has attracted great interest from researchers, was synthesized and characterized from pomegranate peel, pomegranate seed and waste firefighter suit using direct carbonization, double-stage carbonization and hydrothermal carbonization methods. Subsequently, hard carbons produced from pomegranate seed and pomegranate peel were applied in supercapacitors, while hard carbons produced from waste firefighter suit were used as electrode materials in Na-ion batteries and their electrochemical performances were investigated. As a result of the applied fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), raman spectroscopy, scanning electron microscope (SEM), energy dispersive x-ray analysis (EDX) and brunauer-emmett-teller (BET) characterization processes of the produced hard carbons, it was observed that the synthesized products had a carbon-based, irregular structure, and it was confirmed that the synthesized products were hard carbons. In the supercapacitor application of the hard carbons produced from pomegranate peel and pomegranate seed, CV results showed that the produced electrodes had charge and discharge capacity, and the highest specific capacity was obtained as 5.8 F/g from pomegranate seed at a scan rate of 5 mV/s and 11.4 F/g from pomegranate peel at a scan rate of 5 mV/s. In the Na-ion battery application, initially, a half-cell battery was formed in which the produced hard carbons were used as anodes. In this application, the highest capacities were obtained in the first and second cycles as 410 and 233 mAh g-1, respectively. Galvanostatic cycle tests performed at different temperatures showed that the temperature directly affects the half-cell battery capacity. In addition, it was observed that a large amount of sodium ions were consumed during the formation of the solid electrolyte interface (SEI) in the half-cell battery process. In order to compensate for this sodium ion loss, the two hard carbon samples with the best performance from the half-cell results were selected and after applying the pre-sodiumification technique with electrochemical process, full cells were produced by combining the pre-sodiumified hard carbon samples with Na0.67Mn0.5Fe0.45Ti0.07O2 as the cathode. As a result of the full-cell tests, the highest capacity was obtained as 114,9 mAh g-1 under 2–4 V voltage range and C/10 conditions
Benzer Tezler
- Biyoatıklardan karbon sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Carbon synthesis from bioatic and investigation of electrochemical properties
GÜLBİKE YALDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Electrochemical deposition and crystal quality enhancement of copper indium diselenide
Elektroki̇myasal yöntemle bakır i̇ndi̇yum di̇selenür sentezi̇ ve kri̇stal kali̇tesi̇ni̇n artırılması
SERKAN GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
- Farklı biyokütle kaynaklarından hemiselüloz, selüloz ve ligninin ayrıştırılması ve karakterizasyonu
Separation and characterization of hemicellulose, cellulose and lignin from various waste biomass sources
ZEYNEP CEYLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiFırat ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ÖZER
- Farklı biyokütle kaynaklarının biyokimyasal metan potansiyellerinin saptanması üzerine bir araştırma
A research on the determination of biochemical methane potential of different biomass resources
MELİS İNCİ GİRAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyomühendislikTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiBiyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİROL KAYİŞOĞLU
- Farklı biyokütle kaynaklarının biyokompozit malzeme üretimde kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the usability of different biomass sources in biocomposite material production
SEVİM ÖZGÜL