İndirgenmiş grafen oksit katkılı nikel esaslı süperkapasitör elektrot malzemelerinin üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of nickel-based supercapacitor electrode materials doped with reduced graphene oxide
Yazar: EROL KAYA
Danışman: DOÇ. DR. BARIŞ AVAR
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Mobil elektrikli araçların kullanımındaki artış, artan dünya nüfusu ve modern yaşam standartlarına bağlı yüksek enerji tüketimi nedeniyle alternatif enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesi, şüphesiz 21. yüzyılın en önemli zorunluluklarından biridir. Süperkapasitörler, enerji depolama sistemlerinin en hayati parçalarıdır, ancak üretimleri maliyetlidir. Uygun maliyetli ve yüksek kapasiteli süperkapasitörler üretilebilmesi daha verimli enerji depolama sistemlerinin tasarlanabilmesine olanak sağlayacaktır. Dolayısıyla bu tez çalışmasında, bilyeli öğütme işlemi ile tek basamakta, indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve bor (B) katkılı Ni-esaslı nanokompoit malzemelerin (Ni/NiO/Ni3S2) üretilmesi ve süperkapasitör özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda öncelikle modifiye Hummer yöntemiyle rGO sentezlenerek daha sonra Ni/NiO/Ni3S2, Ni/NiO/Ni3S2-rGO, Ni/NiO/Ni3S2-B ve Ni/NiO/Ni3S2-B-rGO nanokompozit tozları, 10:1 bilya:toz oranında 40 Hz titreşim frekansında 3 saat süresince bilyalı öğütme işlemiyle üretildi.
Elde edilen süperkapasitör elektrot malzemelerinin yapısal incelemeleri X-ışını difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu/enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (SEM/EDX) ile gerçekleştirildi. Elektrokimyasal performansları, 1 M KOH çözeltisi kullanılarak üç elektrotlu bir sistemde döngüsel voltammetri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile analiz edildi. Elde edilen sonuçlardan, B ve rGO katıkılamanın kompozitlerin süperkapasitör özelliklerini geliştirtirdiği anlaşılmıştır.

Abstract:
The development of alternative energy storage systems is undoubtedly one of the most important imperatives of the 21st century due to the increase in the use of mobile electric vehicles, the growing world population and the high energy consumption associated with modern living standards. Supercapacitors are the most vital parts of energy storage systems, but their production is costly. The production of cost-effective and high capacity supercapacitors will enable the design of more efficient energy storage systems. Therefore, this thesis aims to produce reduced graphene oxide (rGO) and boron (B) doped Ni-based nanocomposite materials (Ni/NiO/Ni3S2) in a single step by ball milling process and to investigate their supercapacitor properties. In this respect, rGO was first synthesized by modified Hummer method and then Ni/NiO/Ni3S2, Ni/NiO/Ni3S2-rGO, Ni/NiO/Ni3S2-B and Ni/NiO/Ni3S2-B-rGO nanocomposite powders were produced by ball milling at 40 Hz vibration frequency for 3 hours at a ball:powder ratio of 10:1.
Structural investigations of the obtained supercapacitor electrode materials were carried out by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy/energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDX). Their electrochemical performances were analyzed by cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in a three-electrode system using 1 M KOH solution. From the results obtained, it was found that B and rGO doping improved the supercapacitor properties of the composites.