Structure-performance correlation in rock-salt and spinel high entropy oxides for oxygen electrocatalysis and pseudocapacitive energy storage
Oksijen elektrokatalizi ve kapasitör-benzeri enerji depolama süreçleri için kaya tuzu ve spinel grubu yüksek entropili oksitlerin kristal yapı-performans ilişkisi
- Tez No: 975479
- Danışmanlar: DOÇ. ÇİĞDEM TOPARLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Kimya, Energy, Metallurgical Engineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektrokimyasal enerji malzemeleri, temiz enerji dönüşümü ve depolanmasını sağlamak için giderek daha önemli hale gelmektedir. Süreç mekanizmasına bağlı olarak, bu malzemeler hem elektrokatalizör hem de elektrot olarak işlev görebilir. Elektrokimyasal davranışı uyarlamak ve yüksek performanslı cihazlar elde etmek için yapısal özelliklerin net bir şekilde anlaşılması kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, yüksek entropili oksitlerin (HEO) oksijen elektrokatalizi ve kapasitif elektrot performansı üzerindeki kristal yapı etkisi araştırılmıştır. Kaya-tuzu (HRS) ve spinel kübik (HSP) kristal yapıya sahip iki farklı HEO sentezlenmiştir. Oksijen gelişim reaksiyonu (OER) için 10 mA cm-2 akım yoğunluğundaki aşırı potansiyeller HRS için 311 mV, HSP için ise 357 mV olarak belirlenmiştir. Çinko–hava pili (ZnAB) testlerinde HRS tabanlı hücre yaklaşık 180 saat boyunca kararlı çalışmasını sürdürürken, HSP tabanlı hücre yaklaşık 60 saat sonra kararlılığını kaybetmiştir. Bu kararlılık farkının, konfigürasyonel entropinin yanında, HRS'de daha yüksek olduğu düşünülen kafes gerilmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Williamson–Hall analizi, katyonik bölgelerin Ni, Co, Cr, Cu ve Al ile doldurulduğu durumda, HRS'nin kristal yapısındaki farklılıklar nedeniyle HSP'ye kıyasla belirgin derecede daha yüksek oranda heterojen kafes gerilmesi gösterebileceği yorumu yapılmıştır. Kapasitif performans testlerinde, 0.5 A g-1 akım yoğunluğunda özgül kapasiteler HRS için 307 F g-1, HSP için ise 166 F g-1 olarak hesaplanmıştır. Elektrokimyasal analizler, HRS'nin psödokapasitif bir elektrot gibi davrandığını, HSP'nin ise pil tipi elektrot özellikleri sergilediğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Electrochemical energy materials are increasingly important for enabling clean energy conversion and storage. Depending on the process mechanism, these materials can function as either electrocatalysts or electrodes. A clear understanding of their structural characteristics is essential for tailoring electrochemical behavior and achieving high-performance devices. In this study, the influence of crystal structure on the oxygen electrocatalysis and capacitive electrode performance of high-entropy oxides (HEOs) was investigated. Two HEOs with distinct crystal structures, rock-salt (HRS) and spinel cubic (HSP), were synthesized. For the oxygen evolution reaction (OER), the overpotentials at a current density of 10 mA cm⁻² were 311 mV for HRS and 357 mV for HSP. In zinc–air battery (ZnAB) testing, the HRS-based cell sustained stable operation for nearly 180 h, while the HSP-based cell lost stability after about 60 h. This stability difference is likely related to the microstrain in addition to the configurational entropy, which is expected to be higher in HRS. Williamson–Hall analysis confirmed that HRS likely exhibits significantly greater inhomogeneous lattice strain than HSP when cationic sites are occupied by Ni, Co, Cr, Cu, and Al, reflecting structural differences. In capacitive performance tests, specific capacities at 0.5 A g⁻¹ were 307 F g⁻¹ for HRS and 166 F g⁻¹ for HSP. Electrochemical analysis further revealed that HRS behaves as a pseudocapacitive electrode, whereas HSP displays characteristics of a battery-type electrode.
Benzer Tezler
- Patlatma kaynaklı yer sarsıntısı tahmininde uyarlamalı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS), destek vektör makineleri (SVM) ve gauss süreç regresyonu (GPR) tekniklerinin kullanımı
Application of adaptive-network based fuzzy inference system (ANFIS), support vector machines (SVM) and gaussian process regression (GPR) techniques for prediction of blast-induced ground vibrations
YAŞAR AĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÜRKER HÜDAVERDİ
- Physical, mechanical and abrasivity properties of dykes and their surrounding rocks in İstanbul
İstanbul'daki dayklar ve yan kayaçlarının fiziksel, mekanik ve aşındırıcılık özellikleri
ZEYAD FARIS MOHAMMED ALI TORSSON
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER ÜNDÜL
- Zigana Karayolu Tünelinde şaft açma işleminde, kayaç özelliklerinin pilot delgi verimlilik parametrelerine etkisinin incelenmesi
Investigation of rock properties affecting pilot drilling efficiency in Zigana Highway Tunnel shaft openning
PELİN KOÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMÜR ACAROĞLU ERGÜN
- Güneydoğu anadolu bölgesi sıkı kumtaşı konvansiyonel olmayan rezervuar kayası örneğinde fracman yazılımı kullanarak hidrolik çatlak gelişiminin analizi
Analysis of hydraulic fracture development using fracman in the example of tight sandstone unconventional reservoir rock of southeastern anatolia region
MEHMET TOLGA SİPAHİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KAYHAN DEVELİ
- Kalem uçlu keskilerle kayaç kesme mekanizmasının üç boyutlu sayısal modellenmesi
Three-dimensional numerical modelling of rock cutting mechnanism with conical bits
OKAN SU
Doktora
Türkçe
2010
Maden Mühendisliği ve MadencilikZonguldak Karaelmas ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİ ALİ AKÇIN