Piroliz yakıt yağından karbon esaslı malzemelerin üretilmesi ve süperkapasitör uygulamalarının incelenmesi
Production of carbon-based materials from pyrolysis fuel oil and investigation of supercapacitor applications
- Tez No: 967604
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN GENÇTEN, DOÇ. DR. GAMZENUR ÖZSİN ÖZDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering
- 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: Malzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Pillerin icadından bu yana enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesine yönelik çok sayıda çalışma yürütülmüş; günümüzde ise enerji verimliliği ve güç-enerji dengesi açısından süperkapasitörler öne çıkan teknolojiler arasında yerini almıştır. Bu doğrultuda, süperkapasitörlerin daha düşük maliyetli ve yüksek verimli hale getirilmesi amacıyla karbon bazlı çeşitli elektrot malzemeleri üzerine odaklanan araştırmalar yapılmıştır. Yapmış olduğumuz çalışmada da aromatik hidrokarbonca zengin bir petrol atık ürünü olan PFO (Pirolize Fuel Oil) kullanılmıştır. Kullanılan PFO tozları bromlama/debromlama, azot ortamında karbonizasyon ve CO2 aktivasyonu gibi farklı proseslere sahiptirler. Bu tozların kimyasal karakterizasyonu yapıldıktan sonra PFO'lardan üretilen elektrotlar ile H2SO4 ve KOH elektrolitleri kullanılarak düğme tipi süperkapasitörler üretilmiştir. Süperkapasitörler CV (Döngüsel Voltametri), GCD (Galvanostatic Şarj-Deşarj), EIS (Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi) ve uzun döngü elektrokimyasal testlerine tabi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre en iyi alansal kapasitans %20 bromlama ve CO2 aktivasyonuna sahip elektrot ile H2SO4 elektroliti kullanılarak üretilen süperkapasitörde elde edilmiştir. 10 mV·s⁻¹ tarama hızında 83 mF·cm⁻², 0,5 mA·cm⁻² akım yoğunluğunda ise 133,5 mF·cm⁻² kapasitans değerlerine ulaşılmıştır. Bununla birlikte uzun döngü performanslarının belirlenmesi için 2 mA·cm⁻² akım yoğunluğunda 5000 döngü şarj-deşarj uygulanmıştır. En yüksek enerji yoğunluğu olarak 47,4 µWh·cm⁻², en yüksek güç yoğunluğu olarak da 1483,3 µW·cm⁻² değerlerine ulaşılmıştır. 5000 döngü sonunda ilk döngüye göre herhangi bir kapasitans kaybı yaşanmadığı görülmüştür. Elde edilen yüksek kapasitans değerleri ve kapasitans korunumu dikkate alındığında, atık petrol yan ürünlerinin süperkapasitörlerde enerji depolama sistemi olarak değerlendirilebileceği ve bu bulguların gelecekteki araştırmalar için yol gösterici olabileceği anlaşılmaktadır.
Özet (Çeviri)
Since the invention of batteries, numerous studies have been conducted to improve energy storage systems; today, supercapacitors have emerged as a prominent technology due to their advantages in energy efficiency and power-energy balance. In this context, research has focused on various carbon-based electrode materials to enhance the cost-effectiveness and performance of supercapacitors. In our study, pyrolysis fuel oil (PFO), an aromatic hydrocarbon-rich petroleum by-product, was utilized. The PFO powders used underwent different processes such as bromination/debromination, carbonization under nitrogen atmosphere, and CO2 activation. After chemical characterization of these powders, electrodes fabricated from PFO were employed to produce button-type supercapacitors using H2SO4 and KOH electrolytes. The supercapacitors were subjected to electrochemical tests including cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and long-term cycling. According to the results, the highest areal capacitance was achieved with electrodes possessing 20% bromination and CO2 activation, combined with H2SO4 electrolyte. Capacitance values reached 83 mF·cm⁻² at a scan rate of 10 mV·s⁻¹ and 133,5 mF·cm⁻² at a current density of 0,5 mA·cm⁻². Additionally, to evaluate long-term cycling performance, 5000 charge-discharge cycles were performed at 2 mA·cm⁻². The maximum energy density attained was 47,4 µWh·cm⁻², and the maximum power density was 1483,3 µW·cm⁻². No capacitance loss was observed after 5000 cycles compared to the initial cycle. Considering the high capacitance values and capacitance retention, it is evident that petroleum waste by-products can be effectively utilized as energy storage materials in supercapacitors, and these findings may provide guidance for future research in this field.
Benzer Tezler
- Electromagnetic shielding and acoustic properties of recycled carbon black enhanced polyurethane
Geri dönüştürülmüş karbon siyahı takviyeli poliüretanın elektromanyetik kalkanlama ve akustik özellikleri
ETHEM GÖKHAN ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜNYAMİN KARAGÖZ
- Atık şanzıman yağından piroliz yöntemi ile dizel yakıt üretimi ve bir dizel jeneratör motorunda kullanımının araştırılması
Diesel fuel production from waste transmission oil with pyrolysis and investigation of its use in a diesel generator engine
SERKAN DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBatman ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ZERRAKKİ IŞIK
- Fındık kabuklarının gazlaştırılması ile hidrojence zengin sentez gazı üretiminin ekserji analizi
Exergy analysis of hydrogen-rich syngas production from gasification of hazelnut shells
EMİRHAN KARAGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR YAMAN
- Zeytin ve mermer işleme atıkları simbiyozu ile ileri dönüşüm yaklaşımları
Upcycling approaches with olive and marble processing wastes symbiosis
GAMZE GÖKTEPELİ
Doktora
Türkçe
2023
Çevre MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA YEL
- Atık ayçiçeği yağından biyodizel üretimi ve ön ısıtma uygulaması
Sunflower waste butter biodiesel production and aplication of pre-heating
ENGİN MESUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
BiyokimyaKarabük ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SELAMİ SAĞIROĞLU