Nanoyapılı malzemeler ile kompozit elektrot üretimi ve süperkapasitör özelliklerinin incelenmesi
Production of composite electrodes with nanostructured materials and investigation of supercapacitor properties
Yazar: AGHASAN AGHAZADA
Danışman: PROF. DR. MUSA ŞAHİN ; DOÇ. DR. MELİH BEŞİR ARVAS
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında, enerji depolama sistemlerinden biri olan süperkapasitörler için indirgenmiş Grafen Oksit (rGO) ve Grafitik Karbon Nitrür (g-C3N4) esaslı malzemelerle kompozit elektrotlar üretilmiştir. Hidrotermal yöntemle üretilen çiçek benzeri morfolojiye sahip metal oksit katkılı indirgenmiş Grafen Oksit ve Grafitik Karbon Nitrür esaslı malzemelerin elektrot olarak kullanılmasıyla geniş potansiyel çalışma aralığına, yüksek enerji ve güç yoğunluğuna sahip simetrik süperkapasitörler geliştirilmiştir. Karbonla kaplı Manganez Dioksit (MnO2) katkılı indirgenmiş Grafen Oksit/Polianilin (PANI) ve Bakır(II)Oksit (CuO) katkılı Grafitik Karbon Nitrür/Poli(3,4-Etilendioksitiyofen) (PEDOT) elektrotlarının asimetrik konfigürasyonuyla hazırlanan asimetrik süperkapasitörler geliştirilmiştir. Toplamda 14 farklı malzeme sentezlenmiş ve bu malzemelerden CR2032 düğme şeklinde simetrik ve asimetrik süperkapasitör hazırlanmıştır. Sentezlenen indirgenmiş Grafen Oksit ve Grafitik Karbon Nitrür esaslı elektrot ve tozların karakterizasyonları için elektrokimyasal (dönüşümlü voltametri, elektrokimyasal empedans spektroskopisi ve dönüşümlü şarj deşarj testleri), spektroskopik ve mikroskobik yöntemler kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında, üretilen indirgenmiş Grafen Oksit esaslı en yüksek kapasitans değeri (1075 mF/cm2) karbonla kaplı %12 MnO2 katkılı indirgenmiş Grafen Oksit simetrik süperkapasitöründe (179.13 F/g) ve karbonla kaplı %12 MnO2 katkılı indirgenmiş Grafen Oksit ve Polianilin asimetrik süperkapasitöründe(639 mF/cm2 ve 208.4 F/g )elde edilmiştir. Tez kapsamında çiçek benzeri morfolojiye sahip metal oksitlerin katkılanması ile spesifik kapasitans değerleri, deşarj süreleri, enerji ve güç yoğunluğu değerleri artırılmıştır.

Abstract:
This thesis presents the production of composite electrodes comprising reduced graphene oxide (rGO) and graphitic carbon nitride (g-C3N4) based materials for supercapacitors, a type of energy storage system. Symmetric supercapacitors with a wide potential working range, high energy and power density were developed by using metal oxide-doped reduced graphene oxide and graphitic carbon nitride-based materials with flower-like morphology produced by the hydrothermal method as electrodes. Asymmetric supercapacitors were prepared with an asymmetric configuration of reduced graphene oxide doped with manganese dioxide (MnO₂) coated with carbon/Polyaniline (PANI) and graphitic carbon nitride doped with copper(II) oxide (CuO)/Poly(3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) electrodes. A total of 14 materials were synthesized, and a CR2032 coin cell symmetric and asymmetric supercapacitor was prepared from these materials. To characterize the synthesized reduced graphene oxide and graphitic carbon nitride-based electrodes and powders, electrochemical (cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, and cyclic charge-discharge tests), spectroscopic, and microscopic methods were employed. In this thesis, the highest capacitance value (1075 mF/cm²) based on reduced graphene oxide was obtained in a carbon-coated 12% MnO₂-doped reduced graphene oxide symmetric supercapacitor (179. The carbon-coated 12% MnO₂-doped reduced graphene oxide and polyaniline asymmetric supercapacitor exhibited a specific capacitance of 639 mF/cm² and 208.4 F/g, respectively. The doping of metal oxides with flower-like morphology resulted in enhanced specific capacitance values, discharge times, energy, and power density values within the scope of this thesis.