Bağlayıcı kullanmadan üretilen molibden disülfür kaplı heteroatom katkılı grafen oksit elektrodların süperkapasitör malzemesi olarak kullanımı
Production of molybdenum disulfide-coated heteroatom-doped graphene oxide electrodes without binder and investigation of their use as supercapacitor material
- Tez No: 942678
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN GENÇTEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 177
Özet
Bu tez çalışması, süperkapasitörlerde kullanılmak üzere geleneksel enerji depolama sistemlerine potansiyel alternatifler olarak molibden disülfür (MoS₂) ve heteroatom katkılı (kükürt, klor ve fosfor) grafen oksit bazlı malzemelerin geliştirilmesini sunmaktadır. Çalışmada, oda sıcaklığında elektrokimyasal yöntemle sentezlenen 2H-MoS₂ bazlı malzemelerin süperkapasitörlerde bağlayıcı içermeyen elektrot malzemeleri olarak ilk kullanımı rapor edilmektedir. MoS₂'nin sentezi dönüşümlü voltametri (CV) ile gerçekleştirilirken, kükürt katkılı grafen oksit (S-GO), klor katkılı grafen oksit (Cl-GO) ve fosfor katkılı grafen oksit (P-GO) ise kronoamperometri (CA) yöntemiyle sentezlenmiştir. Malzemeler, kimyasal yapıları hakkında bilgi edinmek amacıyla Raman spektroskopisi, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve X-ışını kırınımı (XRD) teknikleri kullanılarak kapsamlı bir şekilde karakterize edilmiştir. Ayrıca, kompozitlerin yüzey morfolojisi, Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDX) ile birleştirilmiş xvii Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ve FESEM kullanılarak incelenmiştir. Elektrokimyasal performans değerlendirmeleri kapsamında, kapasitif davranış değişiklikleri dönüşümlü voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve dönüşümlü şarj/deşarj (GCD) testleri ile analiz edilmiştir. Elde edilen en yüksek özgül kapasitans değerleri, 2H-MoS₂-S-GO elektrodu için 10 mA cm⁻² akım yoğunluğunda 532,8 mF cm⁻² (0,5 A g⁻¹ akım yoğunluğunda 266,4 F g⁻¹), S-GO-10 elektrodu için ise aynı koşullarda 247,4 mF cm⁻² (190,31 F g⁻¹) olarak belirlenmiştir. Her iki elektrotun kapasitif davranışı 5000 döngü boyunca değerlendirilmiş olup, döngü sonunda kapasitans tutma oranları %99,2'nin üzerinde kalmıştır. 1 M H₂SO₄ elektroliti ortamında test edilen 2H-MoS₂-Cl-GO elektrodu, Cl-GO elektrota kıyasla (414,4 mF cm⁻²) daha üstün bir performans sergileyerek 915,6 mF cm⁻² özgül kapasitans değerine ulaşmıştır. Ayrıca bu elektrot, 5000 şarj-deşarj döngüsü sonunda kapasitesinin %90,2'sini koruyarak yüksek döngü kararlılığı göstermiştir. Benzer şekilde, 2H-MoS₂-P-GO elektrodu da uzun vadeli döngü testlerine tabi tutulmuş ve 855,8 mF cm⁻² özgül kapasitans değeri ile 10.000 döngü sonunda kapasitesinin %83,9'unu muhafaza ederek dikkat çekici bir döngü stabilitesi ortaya koymuştur. Karşılaştırma amacıyla test edilen P GO elektrodu ise yaklaşık 305,4 mF cm⁻² kapasitans değeri göstermiş ve döngü sonunda kapasitesinin yalnızca %64,6'sını koruyabilmiştir. Bu sonuçlar, 2H-MoS₂ katkısının elektrot performansını belirgin şekilde iyileştirerek yüksek kapasitif özellikler ve üstün döngü kararlılığı sağladığını açıkça ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the development of molybdenum disulfide (MoS₂) and heteroatom-doped (sulfur, chlorine, and phosphorus) graphene oxide-based materials as potential alternatives to conventional energy storage systems for supercapacitor applications. The study reports, for the first time, the use of electrochemically synthesized 2H-MoS₂-based materials at room temperature as binder-free electrode materials in supercapacitors. While MoS₂ was synthesized via cyclic voltammetry (CV), the heteroatom-doped graphene oxides—namely sulfur doped (S-GO), chlorine-doped (Cl-GO), and phosphorus-doped (P-GO)—were synthesized using chronoamperometry (CA). The structural and chemical properties of the materials were comprehensively characterized using Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and X-ray diffraction (XRD). Additionally, the surface morphology of the composites was examined using scanning electron microscopy (SEM) and field-emission scanning electron microscopy (FESEM), combined with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Electrochemical performance evaluations were carried out through cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to analyze the capacitive behavior of the electrodes. The highest specific capacitance values were obtained for the 2H-MoS₂-S-GO electrode, reaching 532.8 mF cm⁻² at a current density of 10 mA cm⁻² (corresponding to 266.4 F g⁻¹ at 0.5 A g⁻¹), while the S-GO-10 electrode delivered 247.4 mF cm⁻² (190.31 F g⁻¹) under the same conditions. The capacitive behavior of both electrodes was evaluated over 5000 charge–discharge cycles, maintaining capacitance retention rates above 99.2%. In 1 M H₂SO₄ electrolyte, the 2H-MoS₂ Cl-GO electrode demonstrated a significantly enhanced performance compared to the Cl-GO electrode (414.4 mF cm⁻²), achieving a specific capacitance of 915.6 mF cm⁻². Furthermore, it exhibited excellent cycling stability by retaining 90.2% of its initial capacitance after 5000 cycles. Similarly, the 2H-MoS₂-P-GO electrode underwent long-term cycling tests and delivered a high specific capacitance of 855.8 mF cm⁻², retaining 83.9% of its initial value after 10,000 cycles. In contrast, the P-GO electrode achieved a capacitance of approximately 305.4 mF cm⁻², maintaining only 64.6% of its original capacity after cycling. These results clearly indicate that the incorporation of 2H-MoS₂ significantly enhances the electrochemical performance of the electrodes, providing superior capacitive properties and remarkable cycling stability.
Benzer Tezler
- Lineer aktüatör motor dişlilerinde kullanılmak üzere kendi kendini yağlayıcı polimerik malzemelerin geliştirilmesi
Development of self-lubricating polymeric materials for use in linear actuator motor gears
FATİH GÖKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERVE MOCAN
- Demir esaslı intermetalik malzemelerin mikrodalga sinterleme ile üretimi ve difüzyon kaynağı ile birleştirilmesi
The production of Fe-based intermetallics by microwave sintering and their diffusion bonding
MEHMET ÇAKMAKKAYA
Doktora
Türkçe
2010
Metalurji MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞÜKRÜ TALAŞ
- Strength and durability characteristics of pumice based geopolymer paste
Pomza ile üretılen jeopolimer betonların dayanım ve dayanıklılık özellikleri
ZRAR SAFARI MAHMOOD MAHMOOD
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
İnşaat MühendisliğiVan Yüzüncü Yıl Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜCİP TAPAN
- Farklı bağlayıcı miktarlarına sahip yüksek fırın cürufu ikameli uçucu küllü geopolimer betonların durabilitesi
Başlık çevirisi yok
NURSENA ÖZBEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Gelişim Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ANIL NİŞ
- Farklı Tür Atık Malzemeler Kullanılarak Üretilen Geopolimer Harçların Mekanik ve Kalıcılık Özelliklerinin İncelenmesi
Investigation of the mechanical and durability properties of geopolymer mortars produced using different waste materials
TANSEL TONYALI
Doktora
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGAY ÇOŞGUN
DOÇ. DR. ORHAN CANPOLAT