Redoks akış desalinasyon bataryaları için grafen temelli elektrot malzemelerinin geliştirilmesi
Development of graphene-based electrode materials for redox flow desalination batteries
- Tez No: 960092
- Danışmanlar: PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Çevre Mühendisliği, Energy, Chemistry, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Analitik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 156
Özet
Bu tez kapsamında, literatürde ilk kez heteroatom katkılı grafen temelli elektrotlar redoks akış desalinasyon batarya (RFDB) sisteminde elektrot olarak kullanılmıştır. Ayrıca, bu tez ulusal tez merkezinde yer alan redoks akış desalinasyon bataryası alanındaki ilk tez olma özelliği taşımaktadır. Farklı sentez sürelerine sahip heteroatom katkılı grafen temelli elektrotlar elektrokimyasal olarak dönüşümlü voltametri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi ile metil viyolojen ve TEMPO elektrolitleri içerisinde optimize edilmiştir. Bu elektrotların karakterizasyonları FT-IR, XPS, RAMAN ve SEM yöntemleri ile yapılmıştır. RFDB literatüründe ilk kez DES (kolinklorür/etilen glikol) çözücüsü içerisinde metil viyolojen ve TEMPO redoks aktif malzemeleri kullanılarak anolit ve katolit çözeltileri hazırlanmıştır. Heteroatom katkılı grafen temelli elektrolar metil viyolojen ve TEMPO elektrolitleri içerisinde kararlılık testlerini gerçekleştirmek ve difüzyon aktarım türlerini belirlemek için dönüşümlü voltametri yöntemi kullanılmıştır. Hazırlanan bu elektrot-elektrolit sistemleri için şarj-deşarj testleri yapılarak bu sistemlerin hücre potansiyelleri ve deşarj kapasite değerleri belirlenmiştir. Azot (-N) katkılı grafen temelli elektrotlar ve kükürt (-S) katkılı grafen temelli elektrotlar ile 48,78 mAh/L ve 48,49 mAh/L kapasite değerlerine ulaşılmıştır. -S katkılı grafen temelli elektrot ile ayrıca 100 döngülük kararlılık testi sonrası % 87,66 değerine ulaşılmıştır. RFB olarak optimizasyonu yapılan elektrot elektrolit bileşenleri 0,06 mA/cm2 akım yoğunluğunda RFDB olarak kullanılmıştır. 0,3 M 50 mL NaCl çözeltisinin 2 saatlik desalinasyon işlemi sonucunda 21 mg/L'lik tuzdan arındırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Yine aynı sistem bir (1) saatlik desalinasyon işlemi sonucunda 100 ppm derişime sahip 50 mL NaCl çözeltisinin tuz derişimi % 9 azaltılmış ve bu işlem sırasında 104 kJ/mol enerji harcanmıştır.
Özet (Çeviri)
Within the scope of this Master's thesis, heteroatom doped graphene based electrodes were used as electrodes in redox flow desalination battery (RFDB) for the first time in the literature. Additionally, this thesis is the first in the field of redox flow desalination batteries at the National Thesis Center. In this context, heteroatom doped graphene based electrodes with different synthesis times were electrochemically optimised by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy in methyl viologen and TEMPO electrolytes. These electrodes were characterised by FT-IR, XPS, RAMAN and SEM methods. For the first time in RFDB literature, anolyte and catholyte solutions were prepared using methyl viologen and TEMPO redox active materials in DES (choline chloride/ethylene glycol) solvent. Heteroatom doped graphene based electrodes were used for stability testing and determination of diffusion transfer type in methyl viologen and TEMPO electrolytes by cyclic voltammetry method. Charge-discharge tests were performed for these electrode-electrolyte systems and the cell potentials and discharge capacity values of these systems were determined. The capacity values of 48.78 mAh/L and 48.49 mAh/L were obtained with -N doped graphene based electrodes and -S doped graphene based electrodes. With -S doped graphene based electrode, 87.66 % value was reached after 100 cycles of stability test. The electrode electrolyte components optimised as RFB were used as RFDB at a current density of 0.06 mA/cm2. As a result of 2 hours desalination process of 0.3 M 50 mL NaCl solution, 21 mg/L desalination process was performed. As a result of one (1) hour desalination process, the salt concentration of 50 mL NaCl solution with 100 ppm concentration was reduced by 9 % and 104 kJ/mol energy was consumed during this process.
Benzer Tezler
- Elektrik enerjisi depolama sistemi olarak tüm krom ve demir-krom redoks akış bataryaları için elektrolit ve elektrot geliştirilmesi
Electrolyte and electrode development for all chromium and iron-chromium redox flow batteries as an electrical energy storage system
AHMET ALTINAY
- Vanadyum Redoks Akış Bataryasında akış kanallarının ve kanal geometrilerinin batarya içerisinde gerçekleşen ısı transferi üzerine etkileri
The effects of flow channels and channel geometries on the heat transfer in the battery in vanadium redox flow battery
İLKER KAYALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞAH ELDEN
- Vanadyum redoks akış bataryaları için membran geliştirilmesi ve test edilmesi
Membrane development and testing for vanadium redox flow batteries
KENAN KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Polimer Bilim ve TeknolojisiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SANKIR
- Karbon bazlı elektrotlar yüzeyinde vanadyum (III) / vanadyum (II) redoks çiftleri için bakır, bizmut, kalay ve antimon nanopartikül yapısında elektrokatalizör biriktirilmesi
Electrocatalyst deposition in copper, bismuth, tin antimony nanoparticles structure for vanadium (III) / vanadium (II) redox couple on the surface of carbon based electrode
NİYAZİ ÖZÇELİK
- Vanadyum redoks akış bataryalarda termal ve yapısal analiz
Thermal and structural analysis of vanadium redox flow batteries
PHIL JACQUES ALPHONSE
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiErciyes ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLŞAH ELDEN