Organik atıklardan karbon esaslı malzemelerin üretimi ve esnek tip süperkapasitör uygulamalarında kullanımlarının incelenmesi
Production of carbon-based materials from organic wastes and investigation of their use in flexible supercapacitor applications
- Tez No: 960703
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN GENÇTEN, DOÇ. DR. BURAK BİROL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Chemistry, Chemical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Fonksiyonelleştirilmiş aktif karbon (FAK), elektroforetik biriktirme (EFB), geri dönüştürülmüş malzemeler, süperkapasitör, esnek elektrot
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Bu tez çalışması kapsamında, yenilenebilir biyokütle kaynaklarının enerji depolama sistemlerindeki potansiyel kullanımını ortaya koymak amacıyla, kahve posasından elde edilen ve fonksiyonel gruplarla zenginleştirilmiş aktif karbon (FAK) kullanılmıştır. Elde edilen bu aktif karbon, bağlayıcı maddeye ihtiyaç duyulmaksızın, literatürde ilk kez esnek ve gözenekli keçe yüzeylere elektroforetik biriktirme (EFB) yöntemi ile başarıyla biriktirilmiştir. Böylece hem çevre dostu hem de yüksek performanslı bir elektrot üretimi sağlanmıştır. Fonksiyonelleştirilmiş aktif karbonlar fonksiyonelleştirildiği asite göre isimlendirilmiştir. Fosforik asit ile fonksiyonelleştirilmiş aktif karbon PFAK, sitrik asit ile fonksiyonelleştirilmiş aktif karbon SFAK, fosforik ve sitrik asit karışımı ile fonksiyonelleştirilmiş aktif karbon SPFAK olarak isimlendirilmiştir. Ayrıca çevresel atıkların değerlendirilmesine yönelik bir yaklaşım olarak, doğada çözünmesi oldukça uzun süren düşük yoğunluklu polietilen (DYPE) poşet atıkları, süperkapasitör cihazının dış katmanında yapısal destek malzemesi olarak xvi değerlendirilmiştir. Bu doğrultuda, silikonla sabitlenen FAK kaplı keçe elektrotlar arasına cam fiber süzgeç kâğıdı separatör olarak yerleştirilmiş, ardından 1 M sodyum sülfat (Na₂SO₄) çözeltisi elektrolit olarak eklenerek cihaz sandviç tipi bir yapı şeklinde tamamlanmıştır. Geliştirilen bu süperkapasitör sistemi hem mekanik dayanıklılık hem de elektrokimyasal performans açısından detaylı şekilde değerlendirilmiştir. Elektrokimyasal karakterizasyon çalışmaları kapsamında dönüşümlü voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) yöntemleri kullanılmıştır. Bu analizler sayesinde sistemin kapasitif davranışının farklı döngü sayıları altındaki değişimi gözlemlenmiş ve elektrot yapısının kararlılığı belirlenmiştir. Optimum üretim koşullarında SPFAK için 10 mV.s-1 'de 27.43 F.g-1 , 1 A.g-1 de ise 29.77 F.g-1 spesifik kapasitans ölçülmüştür. SPFAK elektrot için 10 A.g-1 'da yapılan uzun döngü testinde ise 10000 döngü sonunda başlangıç kapasitansının %120 oranında korunduğu görülmüştür. Bu sonuçlar, hem çevresel sürdürülebilirlik hem de enerji verimliliği açısından geliştirilen sistemin umut vadeden bir enerji depolama çözümü sunduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the potential application of renewable biomass sources in energy storage systems is explored by utilizing functionalized activated carbon (FAC) derived from coffee grounds. This activated carbon was innovatively applied to flexible and porous felt surfaces using the electrophoretic deposition (EPD) technique, marking the first instance in literature where this was achieved without a binder. This method facilitated the creation of an eco-friendly and high performance electrode. The functionalized activated carbons are designated based on the acid used for functionalization: phosphoric acid results in P-FAC, citric acid in C-FAC, and a combination of phosphoric and citric acids in PC-FAC. Furthermore, addressing environmental waste, low-density polyethylene (LDPE) bag waste, known for its prolonged decomposition time in nature, was employed as a structural support material in the supercapacitor device's outer layer. In this setup, glass fiber filter paper served as a separator between the FAC-coated felt electrodes secured with silicone, and a 1 M sodium sulfate (Na₂SO₄) solution was added as the electrolyte, forming a sandwich-type structure. The developed supercapacitor system underwentcomprehensive evaluation for mechanical durability and electrochemical performance. Electrochemical characterization involved cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and galvanostatic charge-discharge (GCD) methods. These analyses monitored changes in the system's capacitive behavior across different cycle numbers and assessed the stability of the electrode structure. Under optimal production conditions, PC-FAC exhibited a specific capacitance of 27.43 F.g⁻¹ at 10 mV.s⁻¹ and 29.77 F.g⁻¹ at 1 A.g⁻¹. In a long-cycle test at 10 A.g⁻¹ for the PC-FAC electrode, it was found that 120% of the initial capacitance was maintained after 10,000 cycles. These findings indicate that the developed system presents a promising energy storage solution, balancing environmental sustainability with energy efficiency.
Benzer Tezler
- Design and production of biomass-derived anode active materials for lithium ion batteries
Lityum iyon bataryalar için organik atıklardan anot aktif malzeme tasarımı ve üretimi
İPEK TUNÇ
Doktora
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Pirinç kabuğu ve pirinç kabuğu silikası adsorbanları ile parlak yeşil boyarmaddesinin adsorpsiyonu: karakterizasyon ve kinetik çalışmalar
Brilliant green adsorption on rice husk and rice husk silica adsorbents: characterization and kinetic studies
ÖZGE SALİHOĞLU
- Farklı organik atıklardan zift esaslı karbon fiber üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterisation of pitch based carbon fiber from different organic wastes
GAMZENUR ÖZSİN
Doktora
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE EREN PÜTÜN
- Combined effect of water hyacinth and trichocladium canadense on biogas production during anaerobic treatment of wastewater with antibiotics mixture
Antibiyotik karışımı içeren atıksuyun havasız arıtımı sırasında biyogaz üretimi üzerinde su sümbülü ve trichocladium canadense'ın birleşik etkisi
ISMI KHAIRUNNISA ARIANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİĞDEM GÖMEÇ
DOÇ. DR. SEVCAN AYDIN
- Farklı organik atıklardan elde edilen aktif karbonlarla hazırlanmış bitümlü bağlayıcıların fiziksel, kimyasal ve reolojik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the physical, chemical, and rheological properties of bituminous binders prepared with activated carbons obtained from different organic wastes
MERVE POLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
UlaşımFırat Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKUT YALÇIN