Yüksek performanslı hibrit enerji depolama platformları için akıllı elektrot malzemelerin geliştirilmesi
Development of smart electrode materials for high performance hybrid energy storage platforms
Yazar: TAHANE ALOMEARE
Danışman: DOÇ. DR. SİNEM ORTABOY SEZER
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fiziksel Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Akıllı tekstil = Smart textile ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Kondansatör = Capacitor ; Kükürt = Sulfur ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Süper kapasitörler, hızlı şarj kabiliyetleri, uzun çevrim ömürleri ve çevre dostu olmaları ile karakterize edilen alternatif enerji depolama sistemleridir. Bu enerji sistemlerini tasarlamak için verimli, ucuz, hedeflenen amaca yönelik, yüksek yüzey alanına sahip, ölçeklenebilir elektrotların geliştirilmesi, içinde bulunduğumuz dönemin en dikkat çekici konuları arasında yer almaktadır.
Bu tezde, lityum iyon piller, elektrokimyasal kapasitörler ve fotovoltaik piller gibi enerji depolama ve dönüştürme sistemlerinde kullanılabilecek esnek, bükülebilir, yüksek elektrokimyasal performans gösteren, hafif elektrotlar sentezlenmiştir.
Tez kapsamında, tek aşamalı hidrotermal ve kimyasal biriktirme teknikleri ile sekiz farklı nanokompozit temelli tekstil elektrot üretilmiştir. Üretilen elektrotlar, her bir bileşenin sinerjik etkisi sayesinde, maksimum verim sağlamak için farklı katkılama ajanları içeren MoS2, PANI, rGO üçlü kompozitler kullanılarak geliştirilmiştir.
Üretilen elektrotlar, yüzey morfolojileri, kimyasal yapıları ve bileşimleri aydınlatmak için XRD, DRIFT ve SEM teknikleri ile incelenmiştir. Üretilen elektrotların alansal ve spesifik kapasitansları, şarj-deşarj profilleri, döngüsel kararlılıkları ve empedans özellikleri elektrokimyasal tekniklerle analiz edilmiştir. 
Hazırlanan süperkapasitörler, yüksek bir çalışma potansiyel aralığı (1.85 V - 2.35 V), dikkate değer bir enerji yoğunluğu (367 Whkg-1 ile 74 Whkg-1 arasında) ve son derece yüksek güç yoğunluğu (136 kWkg-1 ve 5 kWkg-1) sergilemiştir.
Ayrıca, her bir süper kapasitör 0,5 M Na2SO4 elektroliti içinde,  2 Vs-1 tarama hızında alınan 10000 çevrim sonrasında %95'ten daha yüksek, mükemmel bir şarj/deşarj çevrim performansı göstermiştir.
Elektrokimyasal sonuçlar, üretilen elektrotların, yeni nesil giyilebilir elektronik teknolojisi için büyük uygulama potansiyeli sağlayan, yüksek çalışma potansiyeline ve mükemmel döngüsel kararlılığa sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Supercapacitors are alternative energy storage systems that are characterized by fast charging ability, long cycle life, and environmental friendliness.  To design these energy systems, the development of efficient, inexpensive, scalable electrodes with high surface area for the targeted purpose is among the most striking issues in the current period.
This thesis aims to synthesize flexible, bendable, light-weight electrodes, showing high electrochemical performances, that can be used in energy storage and conversion systems such as lithium-ion batteries, electrochemical capacitors, and photovoltaic batteries. 
Within the scope of the thesis, eight different nanocomposite-based textile electrodes were produced by one-pot hydrothermal and electroless deposition techniques. The fabricated electrodes have been developed using MoS2, PANI, rGO ternary composites containing different doping agents to obtain maximum benefits thanks to the synergistic effect of individual components. 
The produced electrodes have been investigated by XRD, DRIFT, and SEM techniques to clarify the surface morphology, chemical structure, and composition. Areal and specific capacitances, charge-discharge profiles, cyclic stability, and impedance characteristics of produced electrodes have been analyzed by electrochemical techniques. 
The prepared supercapacitors exhibit a high operational potential window (1.85 V -  2.35 V) remarkable energy density (between 367 Whkg-1 and 74 Whkg-1 ) and extremely high power density (136 kWkg-1 and 5 kWkg-1).
Furthermore, each supercapacitor showed an excellent charge/discharge cycling performance in 0.5 M Na2SO4 electrolyte at a scan rate of 2 Vs−1, with capacitance retention higher than 95% after 10000 cycles. 
The electrochemical results have shown that the produced electrodes have high operational potential and excellent cyclic stability which enable the great application potential for next-generation wearable electronics technology.