Geniş sıcaklık aralığında (-40 °c ve 80 °c) yüksek performans gösteren süperkapasitör için uygun aktif karbon ve elektrolitin belirlenmesi ve ölçek büyütme çalışmaları
Determination of appropriate activated carbon and electrolyte for supercapacitors with high performance in wide temperature range (-40 °c and 80 °c) and scale up studies
- Tez No: 980771
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YAVUZ GÖKÇE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aktif karbon, Düşük sıcaklık, Süperkapasitör, Yüksek sıcaklık, İyonik sıvılar, Activated carbon, Low temprature, Supercapacitor, High temperature, Ionic liquids
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son yıllarda değişen ve gelişen ihtiyaçlar doğrultusunda uzay-havacılık-savunma uygulamaları için yüksek enerji/güç depolama sistemlerinin geliştirilmesi, aşırı sıcaklık koşullarında çalıştırılabilmesi ve performansı etkileyen parametrelerin belirlenmesi önem kazanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında süperkapasitör hücrelerinde kullanılmak üzere; elektrot malzemesi olarak atık kumaştan, fiğ çekirdeğinden ve Mengen Linyiti'nden farklı özelliklere sahip aktif karbonlar, elektrolit olarak ise Et3NHBF4, Et3NHPF6 ve Et3NHTFSI protik iyonik sıvılar üretilmiştir. Üretilen elektrotların ve elektrolitlerin performanslarını karşılaştırabilmek adına ticari aktif karbon ve ticari elektrolit (Et4NBF4) ile de hücreler hazırlanmıştır. Hücrelerin elektrokimyasal performansa etkileri 4 cm2 süperkapasitör hücreleriyle ortaya koyulmuştur. Ayrıca, hücreleri temsil eden en uygun devre modellerinin belirlenmesi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir ve modelini kullanılan aktif malzemenin, elektrolitin ve sıcaklığın etkilediği belirlenmiştir. Elektrokimyasal analiz sonuçları hücrelerin enerji depolama performanslarının; elektrot malzemesi yüzey özelikleri, elektrolit türü, elektrot – elektrolit ilişkisi ve sıcaklıktan önemli derecede etkilendiğini ortaya koymuştur. Fiğ çekirdeğinden üretilen aktif karbon ile; 25 °C'de 1 M Et4NBF4/PC elektrolit kullanılan hücre en yüksek spesifik kapasitans ve % döngü kararlılığı (51.02 F/g, % 93.94) sergilerken, -40 °C'de en iyi performansı 1 M Et3NHBF4/PC elektrolit kullanılan hücre sergilemiştir (18 F/g, % 100), 80 °C'de ise 1 M Et4NBF4/PC elektrolit kullanılan hücre yüksek performans göstermiştir (52.89 F/g, % 87.28). Mengen linyitinden üretilen aktif karbon ile; 25 °C'de (60.23 F/g, % 93.44) ve -40 °C'de (12 F/g, %100), 1 M Et4NBF4/PC elektrolit kullanılan hücre en yüksek performansları sergilerken, 80 °C'de uzun döngü verisi alınamamıştır. Atık kumaştan üretilen aktif karbon ile 25 °C'de 1 M Et4NBF4/PC ve 1 M Et3NHBF4/PC elektrolitler aynı performansı göstermiştir (10 F/g, % 100). 80 °C'de de benzer kapasitanslara sahip olsalar da 1M Et4NBF4/PC elektrolit kullanılan hücre yüksek döngü kararlılığı göstermiştir (12 F/g, % 99). Kumaş örneği ile -40 °C'de uzun döngü verisi herhangi bir elektrolit ile alınamamıştır. Fiğ çekirdeğinden üretilen aktif karbona hidrotermal yöntemle N ve S katkılaması ile elde edilen aktif karbon ile hücrelerin yüksek dirençleri nedeniyle aynı koşullarda benzer performans elde edilmiştir. Fiğ çekirdeğinden üretilen aktif karbonla 4 cm2'den 16 cm2'ye ölçek büyütülmüş ve 1 M Et3NHBF4/PC elektrolit ile 25 °C'de 1.9 F kapasitans elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
In recent years, the development of high-energy and high-power storage systems for aerospace, aviation, and defense applications has become increasingly important, particularly regarding their operation under extreme temperature conditions and the identification of parameters influencing performance. In this thesis, various activated carbons with distinct properties were synthesized from waste fabric, vetch kernel, and Mengen lignite for use as electrode materials, while Et₃NHBF₄, Et₃NHPF₆, and Et₃NHTFSI protic ionic liquids were employed as electrolytes in supercapacitor cells. For performance comparison, additional cells were assembled using commercial activated carbon and a commercial electrolyte (Et₄NBF₄). The electrochemical performance of all cells was evaluated using 4 cm² supercapacitor assemblies. Moreover, equivalent circuit modeling was conducted to determine the most suitable models representing the cells, revealing that the active material, electrolyte, and temperature significantly influenced the circuit parameters. Electrochemical analyses demonstrated that the energy storage performance of the cells strongly depended on the surface characteristics of the electrode materials, the type of electrolyte, the electrode–electrolyte interface behavior, and the operating temperature. Activated carbon derived from vetch kernels exhibited the highest specific capacitance and cycle stability at 25 °C with a 1 M Et₄NBF₄/PC electrolyte (51.02 F/g, 93.94%). At −40 °C, the 1 M Et₃NHBF₄/PC electrolyte showed the best performance (18 F/g, 100%), while at 80 °C, the 1 M Et₄NBF₄/PC electrolyte again yielded the highest values (52.89 F/g, 87.28%). Activated carbon from Mengen lignite performed best with the 1 M Et₄NBF₄/PC electrolyte at both 25 °C (60.23 F/g, 93.44%) and −40 °C (12 F/g, 100%), though long-cycle data were not obtained at 80 °C. For fabric-derived activated carbon, both electrolytes exhibited identical performance at 25 °C (10 F/g, 100%), while at 80 °C, the 1 M Et₄NBF₄/PC electrolyte provided higher stability (12 F/g, 99%). Long-cycle data at −40 °C were unavailable. Activated carbon synthesized from vetch kernels via hydrothermal N and S doping showed similar results due to high internal resistance. Scaling the vetch kernel–based electrode from 4 cm² to 16 cm² yielded 1.9 F at 25 °C with 1 M Et₃NHBF₄/PC.
Benzer Tezler
- Effects of Cu and K on the performance of Fe/γ-Al2O3 catalysts used in the light olefins production
Cu ve K'un hafif olefin sentezınde kullanılan Fe/γ-Al2O3 katalizörlerinin performansına etkisi
HADI RAHNAMAEI ZONOUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Tekstil boyahane atıksularının nanofiltrasyon membranları ile geri kazanımı ve renk giderimi
Recovery and color removal of texile dyehouse effluents by nanofiltration membranes
EBRU KURAL
- Synthesis and applications of new polyaniline-based polymers and its composites
Yeni polianilin esaslı polimer ve kompozitlerinin sentezlenmesi ve uygulamaları
FATMA TUBA ÇOĞALMIŞ
Doktora
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Fischer Tropsch sentezi için zeolit destekli demir katalizörlerin geliştirilmesi
Development of zeolite supported iron based catalysts for Fischer Tropsch synthesis
BETÜL GÜRÜNLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Mo-N kaplamaların ark fiziksel buhar biriktirme yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterisation of Mo-N coatings by arc physical vapour deposition technique
M. KÜRŞAT KAZMANLI