İletken polimer tabanlı kompozit süperkapasitör elektrotfabrikasyonu ve elektrokimyasal performansının incelenmesi
Fabrication of conductive polymer composite supercapacitorelectrode and investigation of its electrochemical performance
Yazar: MÜGE ÖZBAKIŞ
Danışman: PROF. DR. MUZAFFER BALBAŞI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada elektrot olarak aktive edilmiş karbon ve iletken polimer katkılı aktive edilmiş karbon kullanılarak simetrik bir süperkapasitörün enerji depolama performansı karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İletken polimer kimyasal yöntemle sentezlemiş ve süperkapasitör, çevrim ömrü, yük depolama kapasitesi, enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğu gibi performans kriterlerine göre karşılaştırılmıştır. Çalışmada döngüsel voltametri, galvanik
şarj-deşarj ve self deşarjtekniklerinden faydalanılmıştır. Jelatinize 1,0 M H2SO4 elektroliti içinde aktif karbon/polianilin (PANI) kompozit süperkapasitör elektrotların elektrokimyasal performansları incelenmiştir. Ham PANI-HCl tuzu kimyasal polimerizasyon yöntemiyle hazırlanmış ve sırasıyla 0,1 M triflorometan sülfonik asit (TFA) ve %25 amonyak ile muamele edilmiştir. PANI-HCl, PANI-TFA ve PANI-NH3 katkılı aktif karbon kompozit elektrotların kapasitans değerleri sırasıyla 101 F/g, 131 F/g ve 171 F/g olarak bulunmuştur. Aktif karbon/PANI-HCl kompozit elektrot 56 F/g kapasite değerindeki referans aktif karbon elektroda göre en az iki kat daha iyi performans sergilemiştir. Zahiri kapasitif etkinin bir sonucu olarak, aktif karbon/PANI-NH3 kompozit elektrot referans aktif karbon elektroda göre yaklaşık 3 kat daha iyi kapasitans gösterdi. Enerji ve güç yoğunluğu arasındaki ilişkiyi
gösteren Ragon grafiği zahiri kapasitif katkıyı belirgin bir şekilde açıklamaktadır. Ayrıca en iyi performans gösteren PANI-NH3 katkılı aktif karbon kompozit elektrotların içerdiği yüzde katkı değiştirilerek çalışılmıştır. Aktif karbon, %10 PANI- NH3 katkılı, %30 PANI- NH3 katkılı ve %50 PANI- NH3 katkılı elektrotların kapasitans değerleri sırasıyla, 44,47 F/g, 85,69 F/g, 208,24 F/g ve 376,67 F/g olarak bulunmuştur. Böylece %50 PANI-NH3 spesifik kapasitans bakımdan aktif karbon elektrodundan yaklaşık 8 kat, spesifik güç açısından 50 kat, spesifik enerji değeri açısından 8,5 kat daha fazla performans sergilemiştir.

Abstract:
In this study, the energy storage performance of a symmetrical supercapacitor is compared by using activated carbon as electrode and activated carbon with conductive polymer doping. The conductive polymer was synthesized by chemical method and the supercapacitor compared with performance criteria such as cycle life, load storage capacity, energy density and power density. In this study, cyclic voltammetry, galvanic charge-discharge and selfdischarge techniques were utilized. Electrochemical performance of activated carbon / polyaniline (PANI) composite supercapacitor electrodes were investigated in gelatinised 1.0 M H2SO4 electrolyte. The crude PANI-HCl salt was prepared by the chemical polymerization method and treated with 0.1 M trifluoromethanesulfonic acid (TFA) and 25% ammonia, respectively. The capacitance values of PANI-HCl, PANI-TFA and PANINH3 doped activated carbon composite electrodes were found to be 101 F/g, 131 F/g and 171 F/g, respectively. The activated carbon / PANI-HCl composite electrode performed at least two times better than the reference active carbon electrode with a capacity of 56 F / g. As a result of the apparent capacitive effect, the activated carbon / PANI-NH3 composite electrode showed about 3 times better capacitance than the reference activated carbon electrode. The Ragon graph showing the relationship between energy and power density clearly explains the apparent capacitive contribution. In addition, the best performing PANINH3 doped activated carbon composite electrodes were studied by changing the percentage of additives. Capacitance values of activated carbon, 10% PANI-NH3 doped, 30% PANINH3 doped and 50% PANI-NH3 doped electrodes were 44,47 F/g, 85,69 F/g, 208,24 F/g and 376 F/g Was found to be 67 F/g. Thus, 50% PANI-NH3 exhibited a specific capacitance of approximately 8 times the active carbon electrode, 50 times the specific power, and 8.5 times the specific energy value.