Biyokütleden elde edilen aktif karbonların yüksek performanslı süperkapasitör uygulamaları
High performance supercapacitor applications of activated carbons derived from biomass
Yazar: MERYEM BERİL MAŞLAK
Danışman: PROF. DR. FUNDA ATEŞ
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Biyokütle = Biomass ; Elektrotlar = Electrodes ; Nar = Pomegranate ; Süperkapasitör = Supercapacitor

Özet:
Günümüzde artan enerji talebi, fosil yakıtların hızla tükenmesi ve çevresel sorunlar, toplumu yeni enerji üretim yolları bulmaya ve üretilen enerjiyi verimli bir şekilde depolamaya yöneltmiştir. Umut veren enerji depolama cihazları arasında yerini alan süperkapasitörler hızlı şarj/deşarj kabiliyeti, yüksek güç yoğunluğu ve uzun çevrim ömrü gibi ilgi çeken özelliklere sahiptir. Yüksek gözeneklilik ve yüzey alanı, iyi elektrik iletkenliği gibi özellikleri nedeniyle karbon temelli malzemeler süperkapasitör uygulamalarında büyük ilgi görmektedir. 
Bu çalışma kapsamında süperkapasitörlerde elektrot malzemesi olarak kullanılmak üzere nar posasından aktif karbonlar üretilmiştir. Üretilen farklı özellikteki aktif karbonların elektrokimyasal performansları incelenmiştir. Farklı gözenek yapıları ve yüzey alanlarına sahip aktif karbonlar elde etmek için KOH ve ZnCl2 aktivasyon araçları ile farklı doyurma oranları ve sıcaklıklarda kimyasal aktivasyon yöntemiyle üretim yapılmıştır. Üretilen aktif karbonların yapısal ve morfolojik özellikleri, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon izotermi (BET yüzey analizi), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Fourier transform kızılötesi (FTIR) spektroskopisi kullanılarak araştırılmıştır. Hazırlanan elektrotların ise elektrokimyasal analizleri döngüsel voltametri (CV), empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 
Yapılan analizler sonucunda 500 °C'de 1:1 (ZnCl2/Nar posası, w/w) oranında üretilen aktif karbon 1384 m2/g ile en yüksek yüzey alanını göstermiştir. Elektrokimyasal testler sonucunda, yüksek mikro gözenekli alana sahip elektrot malzemesi ile, iletkenlik arttırıcı olarak Süper P Karbon siyahı kullanarak 6 M KOH elektrolitte 0.1 A/g'de 201 Fg-1'lik mükemmel spesifik kapasitans değerine ulaşılmıştır. Bu sonuçlar, nar posasından üretilen aktif karbonların süper kapasitör uygulaması için umut verici bir malzeme olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Nowadays, increasing energy demand, rapid depletion of fossil fuels and environmental problems have led the society to find new energy production ways and to store the produced energy efficiently. Supercapacitors, as promising energy storage devices, which are of great interest in the field of energy storage improvement, have interesting features such as fast charge/discharge capability, high power density and long cycle life. Carbon-based materials are of great interest in supercapacitor applications due to their properties such as high porosity and surface area, good electrical conductivity. 
In this study, activated carbons were produced from pomegranate marcs to be used as electrode material in supercapacitors. The electrochemical performances of the produced activated carbons with different surface properties were investigated. Production was carried out by chemical activation method with KOH and ZnCl2 activation tools at different impregnate rates and temperatures. The structural and morphological properties of the produced activated carbons were investigated using N2 adsorption-desorption isotherm (BET surface analysis), scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. The electrochemical properties of electrodes were perfomed using cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge discharge (GCD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. 
As a result of the analyses, the produced activated carbon at 500 °C at a ratio of 1:1 (ZnCl2/Pomegranate pulp, w/w) showed the highest surface area with 1384 m2/g. The electrochemical test results show that an excellent specific capacitance value of 201 Fg-1 at 0.1 A/g in 6 M KOH electrolyte was achieved by using Super P Carbon black as a conductivity enhancer, with electrode material with high microporous area. In conclusion, the results confirm that pomegranate-based carbon has the potential to be a promising electrode material for supercapacitors.