Atık kumaştan üretilen heteroatom katkılı aktif karbonun süperkapasitör performansı
The supercapacitor performance of heteroatom doped activated carbon produced from waste fabric
Yazar: SEVGİ NİLAY ÇABUK
Danışman: PROF. DR. ZEKİ AKTAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Teknolojik gelişmelerle birlikte artan enerji talebinin karşılanmasında yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji üretimi ve ihtiyaç halinde kullanılmak üzere üretilen enerjinin depolanması dünya çapında önemli bir sorundur. Bu tezde elektriksel enerji depolama sistemlerinden süperkapasitörle ilgili çalışmalar yapılmış ve süperkapasitörlerde enerji depolamak için tekstil atıklarından üretilen aktif karbon kullanılmıştır. İlk aşamada, atık beyaz pamuklu (WFAC) ve % 100 pamuklu kullanılmış kot kumaşından (WDAC)  süperkapasitör performansına bağlı olarak en uygun koşullarda yüksek miktarda aktif karbon üretimi (toplu üretim) yapılması amaçlanmıştır. WFAC örneklerinden süperkapasitör hazırlamada yaşanan sorunlar nedeniyle heteroatom katkılama çalışmalarına WDAC örnekleriyle devam edilmiştir. Karakterizasyon işlemleri ve süperkapasitör performans analizleri sonucunda WDAC toplu üretim koşulları; ısıl işlem sıcaklığı 500 ˚C ve aktivasyon kimyasalının emdirme oranı 1:1.5 (AC: ZnCl2) olarak belirlenmiştir. Tezin ikinci aşamasında, katkısız WDAC örneğinin kapasitif özelliklerini iyileştirmek için emdirme yöntemi ile heteroatom (kükürt, azot ve/veya fosfor) katkılamaları yapılmıştır. Katkılama kimyasalının cinsi, katkı oranı ve elektrolit cinsi gibi parametreler değiştirilerek katkılı örneklerin süperkapasitör performansları incelenmiştir. En yüksek spesifik kapasitansa sahip azot katkılı NAC5,  katkısız WDAC'a göre kapasitansı, asidik elektrolitte (1 M H2SO4, 181 F.g-1) %40, bazik elektrolitte (6 M KOH, 162 F.g-1) % 35 oranında artırmıştır. En iyi süperkapasitör performansı gösteren katkılı AC örneklerinin spesifik kapasitans değerleri her iki elektrolit için incelendiğinde asidik elektrolitte daha iyi sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
The production of energy from renewable energy sources and the storage of energy produced for use in case of need is an important problem worldwide for meeting the increasing demand for energy with technological developments. In this thesis, studies are conducted on supercapacitors, one of the energy storage systems and activated carbon produced from textile wastes is used to store energy in supercapacitors. In the first stage, production of activated carbon in high amount (mass production) under the most favorable conditions depending on the performance of supercapacitor from waste white cotton (WFAC) and 100% cotton used denim fabric (WDAC) was aimed. Heteroatom doping studies were continued with WDAC samples due to the problems faced in the preparation of supercapacitor from WFAC samples. As a result of characterisation processes and supercapacitor performance analyses, bulk production conditions for WDAC, namely the heat treatment temperature and the impregnation ratio of the activation chemical were speficied as 500 ˚C and 1: 1.5 (AC: ZnCl2), respectively. In the second step of the thesis, doping of heteroatom (sulfur, nitrogen and/or phosphorus) were realised by impregnation method to improve the capacitive properties of the pure WDAC sample. Supercapacitor performances of the doped samples were investigated by changing parameters such as type of doping agent, doping ratio and electrolyte type. Capacitance of Nitrogen-doped NAC5 which has the highest specific capacitance was increased by 40% in acidic electrolyte (1 M H2SO4, 181 F.g-1) and 35% in basic electrolyte (6 M KOH, 162 F.g-1) compared to that of not doped WDAC. Specific capacitance values of the doped AC samples which show the best supercapacitor performance were examined for both electrolytes and better results were obtained in acidic electrolyte.