Basit öğe kaydını göster

dc.contributor.advisorÖzçiçek, Nuran
dc.contributor.authorKaraca, Erhan
dc.date.accessioned2019-10-21T12:21:22Z
dc.date.issued2019-06-19
dc.date.submitted2019-06-19
dc.identifier.citationKARACA, E., SÜPERKAPASİTÖR ENERJİ DEPOLAMA UYGULAMALARI İÇİN NANO-BOYUTLU METAL OKSİT İÇEREN POLİPİROL ESASLI KOMPOZİT MALZEMELERİN ELEKTROKİMYASAL SENTEZİ, Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Bölümü, Ankara, Haziran 2019tr_TR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/9333
dc.description.abstractThere is an increasing demand for the development of high performance, clean and sustainable energy systems and energy storage due to the rapid depletion of fossil fuels, and their environmental issues. One of the important candidates among energy storage system is the supercapacitors due to their high power density, efficiency and cycle life. This dissertation aims to investigate the galvanostatic synthesis of polypyrrole (PPy) composites with nano-structured VOx, PbOx, Ag-Ag2O, MnOx, CoOx, NiOx, and FeOx on their own metal (M)-intercalated graphite surfaces. PPy and metal oxides were simultaneously synthesized by using galvanostatic method in acetonitrile solution containing pyrrole, MBF4 salts, tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF4), HBF4, H2O, and sodium carboxymethyl cellulose (CMC). The effects of additives and graphite intercalation on the capacitive behaviors of PPy/MOx/CMC composites (4.0 mg/cm2, 0.0244 cm2) were studied in 100 mM H2SO4 solution by using cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. XRD, TEM, XPS, SEM-EDX, and BET techniques were used for the composite characterization. It was determined that nano-sized (3-100 nm) metal oxides homogeneously dispersed in PPy, and the coating surface areas increased, compared to homopolymer. The capacitive properties of the composite coatings were examined by means of the galvanostatic charge-discharge test. The highest specific capacitance value was recorded for PPy/PbOx/CMC coating, whereas the lowest was for PPy/FeOx/CMC coating. For applications, the capacitive behaviors of composites (10.0 mg cm-2, 0.2 cm2) were examined in split test cell with two electrodes (symmetric and asymmetric) containing polyvinyl alcohol-H2SO4 gel electrolyte. PPy composites with PbOx, VOx and MnOx were also tested with higher electrode area (1.0 cm2 and 6.25 cm2). The highest specific capacitance (165 F g-1), energy density (22.9 Wh kg-1), and power density (0.36 kW kg-1) at 2.0 A g-1 were determined for asymmetric supercapacitor based on PPy/PbOx/CMC composite (10.0 mg cm-2, 1.0 cm2) on Pb-intercalated graphite sheet. The asymmetric cell in a potential range of 1.0 V maintained 91% of its capacity after 1000 cycles. Lastly, a three asymmetric cell stack with the nano-sized PbOx dispersed PPy composite electrode yielded 3.0 V potential. The findings in the study, demonstrate the viability of asymmetric supercapacitor, are promising for the possible future applications.tr_TR
dc.description.sponsorshipBu tez çalışması ve ilgili yayınlar TÜBİTAK ARDEB 1001 – Bilimsel Ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı “KBAG 117Z340” numaralı “Enerji Depolanması için Elektrokimyasal Olarak Elde Edilen İletken Polimer-Metal Oksit Kompozit Elektrot Malzemeleri Kullanılarak Süperkapasitör Hazırlanması” isimli projeyle desteklenmiştir.tr_TR
dc.description.tableofcontentsİÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET i ABSTRACT iii TEŞEKKÜRLER v İÇİNDEKİLER vi ŞEKİLLER DİZİNİ ix ÇİZELGELER DİZİNİ xiii SİMGELER VE KISALTMALAR xv 1. GİRİŞ 1 2. GENEL BİLGİLER 3 2.1. SÜPERKAPASİTÖRLER 3 2.1.1. Elektrolitler 6 2.1.1.1. Sulu Elektrolitler; 7 2.1.1.2. Organik Elektrolitler; 7 2.1.1.3. İyonik Sıvılar; 7 2.1.2. Elektrotlar 8 2.1.2.1. Metal Oksitler 8 2.1.2.2. İletken Polimerler 8 Polipirol 11 2.1.2.3. İletken Polimerlerin Kompozitleri 13 Metal Oksitler ile Kompozitler 13 Karboksimetil Selüloz ile Kompozitler 14 Triton X-100 ile Kompozitler 15 2.1.3. Süperkapasitör Üretimi 15 2.1.4. Süperkapasitörlerle İlgili Çalışmalar 16 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 21 3.1. Kimyasallar 21 3.2. Elektrokimyasal Biriktirme ve Testler 22 3.3. Kaplamaların karakterizasyonu 24 3.4. İki Elektrotlu Konfigurasyonlar 24 3.5. KULLANILAN YÖNTEMLER 26 3.5.1. Raman Spektroskopisi 26 3.5.2. X Işınları Kırınımı (XRD) 26 3.5.3. X Işınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) 27 3.5.4. Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) 28 3.5.5. BET (Brunauer Emmett–Teller) Yüzey Alanı Ölçümü 28 3.5.6. Taramalı elektron mikroskobu SEM, EDX ve EDX Haritalama 28 3.5.7. Dönüşümlü Voltametri (CV) 29 3.5.8. Kronopotansiyometri 30 3.5.9. Galvanostatik Şarj-Deşarj 30 3.5.10. Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) 31 4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 34 4.1. Polipirol/metal (V, Pb, Ag, Mn, Co, Ni, Fe) oksit kompozitlerinin Asetonitril Ortamında Grafit Yüzeyine Elektrokimyasal Sentezi 34 4.1.1. PPy/VOx Kompozitinin sentezi 35 4.1.1.1. PPy/VOx Kompozitinin Potansiyodinamik yöntemle Sentezi 35 4.1.1.1. PPy/VOx Kompozitinin Galvanostatik Sentezi 38 4.1.1.1. PPy/VOx Kompozit Sentezine Katkıların Etkisi 40 4.1.1.2. Grafit Elektrodun Vanadyum ile İnterkalasyonu 43 4.1.1.3. V-int. KG Yüzeyine PPy/VOx/CMC Kompozitinin Galvanostatik Sentezi ………………………………………………………………………….45 4.1.1.4. PPy/VOx/CMC Sentezine Katkıların ve İnterkalasyonun Etkisinin Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi ile İncelenmesi 48 4.1.2. Diğer PPy/Metal Oksit Kompozitlerinin Galvanostatik Sentezi 49 4.2. Elektrotların Karakterizasyonu 51 4.2.1. Metal-interkale elektrodun karakterizasyonu 51 4.2.2. PPy/Metal Oksit Kaplı Elektrotların Karakterizasyonu 53 4.2.2.1. XRD 53 4.2.2.2. XPS 55 4.2.2.3. TEM 56 4.2.2.4. BET 58 4.2.2.5. SEM-EDX 58 4.3. Kompozitlerin Galvanostatik Şarj Deşarj Testleri 60 4.3.1. Üç Elektrotlu Sistem 60 4.3.2. İki Elektrotlu Sistem 68 4.4. Büyük Ölçekte Hazırlanan Bazı Kompozitlerin İki Elektrotlu Simetrik ve Asimetrik Hücre Davranışlarının İncelenmesi 81 4.4.1. Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi 82 4.4.2. Dönüşümlü Voltamogram 86 4.4.3. Galvanostatik Şarj-Deşarj Testi 89 4.5. Elektrokimyasal Üç Hücreli Asimetrik Yığın (Stack) Testi 94 5. YORUM 98 6. KAYNAKLAR 101 7. EKLER 117 EK 1 117 EK 1.1. KOMPOZİTLERİN SENTEZİ 117 EK 1.2. ELEKTROTLARIN KARAKTERİZASYONU 132 EK 2 – TEZDEN TÜRETİLMİŞ YAYINLAR 150 EK 3 – TEZDEN TÜRETİLMİŞ BİLDİRİLER 151 EK 4 – TEZ ÇALIŞMASI ORJİNALLİK RAPORU 152 ÖZGEÇMİŞ 153tr_TR
dc.language.isoturtr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.subjectPolipiroltr_TR
dc.subjectNano-buyutlu metal oksittr_TR
dc.subjectKompozittr_TR
dc.subjectElektrokimyasal senteztr_TR
dc.subjectSüperkapasitörtr_TR
dc.subjectEnerji depolamatr_TR
dc.subject.lcshKonu Başlıkları Listesi::Bilimtr_TR
dc.titleSüperkapasitör Enerji Depolama Uygulamaları İçin Nano-Boyutlu Metal Oksit İçeren Polipirol Esaslı Kompozit Malzemelerin Elektrokimyasal Sentezitr_TR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesistr_TR
dc.description.ozetFosil yakıtların tükenmesi ve çevresel sorunlar, yüksek performanslı, temiz ve sürdürülebilir enerji sistemlerinin geliştirilmesini ve enerji depolanmasını önemli hale getirmiştir. Enerji depolama sistemleri arasında en önemli adaylardan biri olan süper kapasitörler yüksek güç yoğunluğuna, verime ve döngü ömrüne sahiptirler. Bu tez çalışması metal (M) interkale grafit yüzeylerine VOx, PbOx, Ag-Ag2O, MnOx, CoOx, NiOx ve FeOx içeren polipirol (PPy) kompozitlerinin galvanostatik sentezini araştırmayı amaçlamaktadır. PPy ve metal oksitler, pirol, MBF4 tuzları, tetrabütilamonyum tetrafloroborat (TBABF4), HBF4, H2O ve sodyumkarboksimetil selüloz (CMC) içeren asetonitril çözeltilerinde eş zamanlı sentezlenmesiyle kompozit kaplı elektrotlar hazırlandı. Katkıların ve grafit interkalasyonunun PPy/MOx/CMC kompozitin (4.0 mg/cm2, 0.0244 cm2) kapasitif davranışı üzerine etkisi sulu H2SO4 çözeltisi (100 mM) içinde, dönüşümlü voltametri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemleri kullanılarak araştırıldı. Kompozit kaplamaları karakterize etmek için XRD, TEM, XPS, SEM-EDX, BET ve RAMAN teknikleri kulanıldı. PPy içinde homojen olarak dağılmış metal oksitlerin nano-boyutta (3-100 nm) olduğu ve homopolimerinkine göre kaplama yüzey alanının arttığı belirlendi. Kompozit kaplamaların kapasitif özellikleri galvanostatik şarj-deşarj testleri ile incelendi. En yüksek kapasitans değerini PPy/PbOx/CMC kaplama, en düşük değeri de PPy/FeOx/CMC kaplama sağladı. Uygulamaya dönük çalışmalar için kompozitin (10.0 mg cm-2, 0.2 cm2) kapasitif davranışları iki elektrotlu split test hücresinin simetrik ve asimetrik konfigürasyonları kullanılarak polivinilalkol-H2SO4 jel elektrolitinde incelendi. PbOx, VOx ve MnOx içeren PPy kompozitleri daha büyük alanlı elektrotlar (1.0 cm2 ve 6.25 cm2) ile kurulan test hücrelerinde de denendi ve Pb-interkale grafit kağıt yüzeyindeki PPy/PbOx/CMC kompozitinden (10.0 mg cm-2, 1.0 cm2) hazırlanmış asimetrik süperkapasitörde 2.0 A g-1’da spesifik kapasitansı 165 F g-1, enerji yoğunluğu 22.9 Wh kg-1 ve güç yoğunluğu 0.36 kW kg-1 olarak bulundu. Bu elektrodun 1.0 V potansiyel aralığında 1000 döngü sonunda kapasitesinin % 91 ini koruduğu belirlendi. Son olarak, nano-boyutlu PbOx içeren kompozit elektrodu ile hazırlanmış üç hücreli asimetrik yığının %70 kulombik verim ile 3.0 V potansiyel sergilediği gözlendi. Bu sonuçlar asimetrik konfigurasyonlu süperkapasitörün uygulanabilirliğini göstermekte ve gelecekteki olası uygulamalar için umut vadetmektedir.tr_TR
dc.contributor.departmentKimyatr_TR
dc.embargo.terms6 aytr_TR
dc.embargo.lift2020-04-24T12:21:22Z


Bu öğenin dosyaları:

Bu öğe aşağıdaki koleksiyon(lar)da görünmektedir.

Basit öğe kaydını göster