Epr-guided defect engineering of fe-doped zno, cigarette-butt–derived activated carbon, and mxene for supercapacitors
Elektron paramanyetık rezonans rehberlığınde fe-katkılı zno, sıgara fıltresı kaynaklı aktif karbon ve mxeneler ıçın kusur mühendıslığı ve süperkapasıtör uygulamaları
- Tez No: 967850
- Danışmanlar: PROF. DR. EMRE ERDEM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Enerji, Engineering Sciences, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, yüksek enerji ve güç yoğunluğu sağlayarak süperkapasitörlerin elektrokimyasal performansını artıracak yeni malzemelerin sentezlenmesi amaçlanmaktadır. Burada odak noktası, hibrit süperkapasitör üretimi için EDLC, sözde kapasitif ve hibrit yük depolama mekanizmalarını sunabilecek üç farklı malzemenin sentezine verilmiştir. Bu kapsamda, demir katkılı ZnO nanopartikülleri, Ti₃C₂Tₓ MXene'ler ve sigara izmaritlerinden türetilmiş aktif karbonlar olmak üzere üç farklı malzeme sentezlenmiş ve paramanyetik kusur merkezleri EPR spektroskopisi ile incelenmiştir. Paramanyetik kusur merkezlerinin elektrokimyasal performans üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. İlk olarak, demir katkılı ZnO, kalsinasyon sıcaklığının ve katkı maddesi konsantrasyonunun etkisini araştırmak amacıyla katı-hal reaksiyonu yöntemi ile sentezlenmiştir. İkinci olarak, Ti₃C₂Tₓ MXene'ler, Ti₃AlC₂'nin yoğun HF, HF/HCl ve HF/H₂SO₄ karışımlarında seçici olarak aşındırılması ve ardından LiCl ile delaminasyonu ile sentezlenmiştir. Son olarak, atık sigara izmaritleri, inert atmosfer altında karbonizasyon ve ardından KOH aktivasyonu yoluyla hiyerarşik gözenekli karbonlara dönüştürülmüştür. Malzemeler, XRD, Raman spektroskopisi, SEM, TGA analizi, BET analizi, PL spektroskopisi ve EPR spektroskopisi ile kapsamlı bir şekilde karakterize edilmiştir. İki elektrotlu kurulum kullanılarak simetrik ve asimetrik süperkapasitörler oluşturulmuştur. Elektrokimyasal analizler, tüm numuneler arasında, sigara izmaritlerinden türetilmiş aktif karbona kıyasla bilyeli öğütmeye tabi tutulmuş numune ile tasarlanan süperkapasitörün en yüksek performansı gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu tasarım, aynı koşullar altında test edilen diğer tüm tasarımları geride bırakarak 416 F/g spesifik kapasitansa, 74 Wh/kg enerji yoğunluğuna ve 1123 W/kg güç yoğunluğuna ulaşmıştır. Bu iyileşme, bilyeli öğütme işleminin sonucudur ve öğütülmemiş numunelere kıyasla daha üstün sonuçlar vermektedir. Simetrik süperkapasitörlerde ise en iyi sonucu ZnO: Fe3 göstermiştir (323 F/g, 58 Wh/kg, 1049 W/kg). Bulgularımız, atık malzemelerin yüksek performanslı enerji depolama malzemelerine dönüştürülmesinde sürdürülebilir bir yol sunduğunu vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
In this work, we aim to synthesize new materials that achieve high energy density and power density, thereby enhancing the electrochemical performance of supercapacitors. Herein, the focus is given on synthesizing three different materials that will offer EDLC, pseudocapacitive, and hybrid charge storage mechanisms to produce hybrid supercapacitors. Thus, three distinct materials, which are Fe-doped ZnO nanoparticles, Ti₃C₂Tₓ MXenes, and activated carbons derived from cigarette butts, were synthesized, and paramagnetic defect centers were investigated using EPR spectroscopy. The effect of paramagnetic defect centers on electrochemical performance was analyzed. Firstly, Fe-doped ZnO was synthesized via solid-state reaction to investigate the effect of calcination temperature and dopant concentration. Secondly, Ti₃C₂Tₓ MXene were synthesized by selectively etching Ti₃AlC₂ in either concentrated HF, HF/HCl and HF/H2SO4 mixtures, followed by delamination using LiCl. Finally, waste cigarette-butt were transformed into hierarchically porous carbons through inert-atmosphere carbonization and subsequent KOH activation. Comprehensive characterization, including XRD, Raman spectroscopy, SEM, TGA analysis, BET analysis, PL spectroscopy, and EPR spectroscopy. Symmetric and asymmetric supercapacitors were assembled using two-electrode setup. Electrochemical analyses showed that among all samples, The supercapacitor assembly designed with ball-milled sample oppose to activated carbon derived by cigarette-butts exhibits the highest performance, reaching 416 F/g, 74 Wh/kg, and 1123 W/kg, surpassing every other design tested under the same conditions. This improvement is attributable to the ball-milling process, as evidenced by the superior results of the ball-milled sample compared to the undoped samples. In symmetric supercapacitors, ZnO:Fe3 delivered the best results (323 F/g, 58 Wh/kg, 1,049 W/kg). Our findings highlight a sustainable pathway for converting waste into high-performance energy storage materials.
Benzer Tezler
- Meme kanseri moleküler alt tiplerinin belirlenmesinde shear-wave elastografi rehberliğinde kesici ı̇ğne biyopsisi
Shear-wave elastography guided core needle biopsy for the determination of breast cancer molecular subtypes
AHMET PEKER
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2019
Radyoloji ve Nükleer TıpDokuz Eylül ÜniversitesiRadyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR BALCI
- Oswestry bel özürlülük anketi (ODI)değerlendirilmesinde çok dilde veritabanı tasarımı
Oswestry disability index (ODI) assesment database design in multi languages.
RAFET IRMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Fiziksel Tıp ve RehabilitasyonHacettepe ÜniversitesiSpor Fizyoterapistliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN ERGUN
- Sürdürülebilirlik endeksine dahil olmanın finansal performansa etkileri üzerine bir araştırma
A research on the effects of inclusion in the sustainability index on financial performance
FURKAN KAYHAN
Doktora
Türkçe
2024
BankacılıkAnkara Hacı Bayram Veli ÜniversitesiBankacılık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GANİTE KURT
- Otomotiv yedek parça tedarik zincirinde orijinallik denetlemesi ve yeniden kullanım/geri dönüşüm süreçleri için blok zincir tabanlı takip sistemi
Blockchain-based tracking system for originality verification and recycling processes in the automotive spare parts supply chain
TUĞBA BEKMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENVER ÖZDEMİR
- Acil servise koah akut alevlenmesi ile başvuran hastalarda entegre pulmoner index (IPI) değerlerinin şiddet skorlamaları ile karşılaştırılması
Comparison of integrated pulmonary index (IPI) values with severity scores in patients admitted to the emergency department with acute copd exacerbations
MELİKE NUR UÇAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2025
Acil TıpSağlık Bilimleri ÜniversitesiAcil Tıp Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAZİM ONUR CAN