Yağı alınmış kayısı iç çekirdeği atıklarından elde edilmiş aktif karbonun süper kapasitör olarak kullanımı
Use of activated carbon from oiled apricot seed waste as a super capacitor
Yazar: ELİF ÖNYILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. YUNUS ÖNAL
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Dünyamızda fosil yakıt tüketimini azaltmak ve artan enerji ihtiyacını karşılamak için farklı enerji depolama sistemleri  ve yöntemlerine ihtiyaç duyulmuştur. Bu yöntemlerin başında gelen  aktif karbon bazlı süperkapasitörler; son yıllarda oldukça dikkatleri çekmektedir. Süperkapasitörler, enerjiyi hızlı depolamak ve aktarmak amacıyla tasarlanmış,  elektrokimyasal  enerji depolamada  kullanılan en önemli sistemlerden biridir. Yüksek yüzey alanları ve gözenekli yapılarıyla karbon bazlı malzemelerin süperkapasitör elektrotlarında kullanımı gittikçe yaygınlaşmaktadır.  Süperkapasitörlü enerji depolama sistemlerinin daha da yaygınlaşması ve geliştirilmesi, elektrotlarda aktif malzeme kullanımı olarak uygun ve düşük maliyetli, çevre dostu ve bol miktarda malzemeye ihtiyaç vardır. Bunu da doğada bol miktarda bulunan, heran ulaşılması mümkün olan ve çevre dostu biyokütleden elde edilebilir. Bu çalışmada 500°C' de karbonize edilmiş ASE1 numunesinin KOH (1:3 oranı) ile impregnasyon edilerek 800°C sıcaklıkta aktive edilmesi sonucu elde edilen ASE3 aktif karbon yapısı ve 400°C' de karbonize edilmiş ASE4 numunesinin KOH (1:3 oranı) ile impregnasyon edilerek 800°C sıcaklıkta aktive edilmesi sonucu elde edilen ASE5-T aktif karbon yapısı elde edildi. Elde edilen aktif yapılar için yapısal karakterizasyonu için XRD, FTIR, Raman, SEM-EDX, BET, element analizleri ve kül analizleri yapıldı. Sentezlenen aktif karbonların XRD sonuçları incelendiğinde hazırlanan yapılarda kristal fazın olmadığı ve yapıların amorf olduğu belirlendi. FT-IR analizinde 4 farklı aktif bölge, Raman analizinde ise 3 farklı aktif bölge tespit edildi. SEM görüntülerinde  karbonizasyon sıcaklıkları arttıkça yapıda oluşan kanal, çatlak ve gözeneklerin boyutlarının değiştiği gözlemlenmiştir. Aktif karbonların döngüsel voltametri (CV), şarj-deşarj eğrileri ve kapasitans davranışları gibi elektrokimyasal davranışları incelenerek süperkapasitör yapısına uygunluğu incelendi. Bu çalışmada ASE3 ve ASE5-T malzemelerinde yer alan verilerin CV ölçümleri sonucunda elde edilen grafiklerin eğrileri, süperkapasitör tipi cihazların oluşumunu desteklemektedir. Kapasitör haline getirilen katot malzemelerinin farklı tarama hızlarında 500 devirlik kapasite değeri ölçülerek; 5mVs-1'deki kapasite değerleri incelendiğinde ASE3 numunesinin kapasite değeri 136 F/g olarak elde edilmiş ve en yüksek değer olarak kaydedilmiştir. ASE5-T numune asidi olan bu değer 75,5 F/g olarak belirlendi.

Abstract:
Different energy storage systems and methods have been needed to reduce fossil fuel consumption and meet the increasing energy demand in our world. Activated carbon-based supercapacitors, one of the most important of these methods, have attracted considerable attention in recent years. Supercapacitors are one of the most important systems used in electrochemical energy storage, designed to store and transfer energy rapidly. The use of carbon-based materials with their high surface areas and porous structures in supercapacitor electrodes is becoming increasingly common.  For the further expansion and development of supercapacitor energy storage systems, there is a need for suitable, low-cost, environmentally friendly and abundant materials as active materials for electrodes. This can be obtained from biomass, which is abundant in nature, readily available and environmentally friendly. In this study, ASE3 activated carbon structure obtained by impregnating ASE1 sample carbonized at 500°C with KOH (1:3 ratio) and activated at 800°C and ASE5-T activated carbon structure obtained by impregnating ASE4 sample carbonized at 400°C with KOH (1:3 ratio) and activated at 800°C were obtained. XRD, FTIR, Raman, SEM-EDX, BET, elemental analysis and ash analysis were performed for the structural characterization of the obtained active structures. When the XRD results of the synthesized activated carbons were examined, it was determined that there was no crystalline phase in the prepared structures and the structures were amorphous. FT-IR analysis revealed 4 different active sites and Raman analysis revealed 3 different active sites. In SEM images, it was observed that the dimensions of the channels, cracks and pores formed in the structure changed as the carbonization temperatures increased. Elemental analysis showed that the increase in temperature caused an increase in carbon content. The electrochemical behaviors of activated carbons such as cyclic voltammetry (CV), charge-discharge curves and capacitance behaviors were investigated and their suitability for supercapacitor structure was examined. In this study, the curves of the graphs obtained as a result of CV measurements of the data in ASE3 and ASE5-T materials support the formation of supercapacitor type devices. By measuring the capacity value of 500 cycles at different scan rates of the cathode materials turned into capacitors; When the capacity values at 5mV/s were examined, the capacity value of the ASE3 sample was obtained as 136 F/g and recorded as the highest value. In ASE5-T sample, this value was determined as 75.5 F/g.