Farklı aktivasyon ajanları kullanılarak üretilen aktif karbonların karakterizasyonu ve süperkapasitör uygulamaları
Characterization of activated carbons prepared using different activation agents and supercapacitor applications
Yazar: ZEHRA ÖZÇİFÇİ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA EMİRİK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞRUL YUMAK
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Elektrokimya = Electrochemistry ; Enerji depolama = Energy storage

Özet:
Bu tez çalışmasında elektrik depolama sistemlerinde elektrot olarak kullanılma potansiyeli bulunan aktif karbonlar sentezlenmiş ve elektrokimyasal özellikleri araştırılmıştır. Hazırlanan aktif karbonlar ile üretilen elektrotlar kullanılarak CR2032 kapları içerisinde fabrike edilen süperekapasitörlerin kapasitif performansları ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Bu bağlamda farklı Co(NO3)2 konsantrasyonlarında, farklı karbonizasyon sıcaklıklarında ve farklı aktivasyon araçları kullanılarak aktif karbon örnekleri üretilmiş ve yapıları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Raman spektroskopisi, X-Işını Fotoelektron Spektroskopi (XPS) ve X-ışını difraktometresi (XRD) ile karakterize edilmiştir. Örneklerin elektrokimyasal performansı üç hücreli elektrot sisteminde dönüşümlü voltametri (CV), sabit akım şarj-deşarj (GCD) ve empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri ile incelenmiştir. Yapılan çalışmalarda K2CO3, H3PO4,ZnCl2, H2SO4 ve KOH aktivasyonu ile 800°C'de üretilen aktif karbon örneklerinin yüzey alanları ve 250 mA/g sabit akım yoğunluğunda spesifik kapasitans değerleri sırasıyla 918 m2/g ve 1,4 F/g; 1833 m2/g ve 222,4 F/g; 1597 m2/g ve 149,9 F/g; 691 m2/g ve 8,4 F/g; 1125 m2/g ve 162.2 F/g olarak hesaplanmıştır. En uygun sonucu %10 Co(NO3)2 kullanılarak üretilen karbon köpüğün H3PO4 aktivasyonu ile 800°C'de aktifleştirilmesi ile elde edilen aktif karbon örneğinin verdiği görülmüştür.

Abstract:
In this thesis study, activated carbons that have the potential to be used as electrodes in electricity storage systems were synthesized and their electrochemical properties were investigated. The capacitive performances and electrochemical properties of supercapacitors fabricated in CR2032 containers using electrodes produced with prepared activated carbons were examined. In this context, activated carbon samples were produced at different Co(NO3)2 concentrations, at different carbonization temperatures and using different activation tools, and their structures were examined by Scanning Electron Microscopy (SEM), Raman spectroscopy, X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and X-ray diffractometer (XRD). It is characterized. The electrochemical performance of the samples was examined using cyclic voltammetry (CV), constant current charge-discharge (GCD) and impedance spectroscopy (EIS) techniques in a three-cell electrode system. In the studies conducted, the surface areas and specific capacitance values of activated carbon samples produced at 800°C with the activation of K2CO3, H3PO4, ZnCl2, H2SO4 and KOH at a constant current density of 250 mA/g were 918 m2/g and 1.4 F/g, 1833 m2/g and 222.4 F/g; 1597 m2/g and 149.9 F/g; 691 m2/g and 8.4 F/g; It was calculated as 1125 m2/g and 162.2 F/g, respectively. It has been observed that the activated carbon
sample obtained by activating the carbon foam produced using 10% Co(NO3)2 with H3PO4 activation at 800°C gave the best results.