Çok katlı ve yay destekli triboelektrik nanogenerator tasarımı
Multi-layer and spring-assisted triboelectric nanogenerator design
Yazar: ZEYNEP KINAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ABDULKERİM KARABİBER
Bingöl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı / Yenilenebilir Enerji Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Alüminyum = Aluminum ; Elektrik enerjisi = Electrical energy ; Elektrik üretimi = Electricity generation ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Titanyum = Titanium ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Teknolojinin çok hızlı geliştiği günümüzde elektronik cihazlar her alana yayılmıştır. Bu cihazların kullanımı her an her yerde enerjiye gereksinimi beraberinde getirmiştir. Bu nedenle her an enerji üretebilen yeni teknolojiler aranmaktır. Bu arayışlar sonucunda bulunan Triboelektrik Nanogeneratör (TENG) enerji dönüşüm teknolojisi keşfedilmiştir. Dünyanın hemen her yerinde farklı türlerde ve küçük boyutlarda olan mekanik enerji türleri boşa harcanmaktadır. TENG boşa harcanan ortamdaki çeşitli ve küçük boyutlardaki mekanik enerjiyi toplayıp elektrik enerjisine dönüştüren bir teknolojidir. TENG iki farklı malzemenin temas etmesi sonucu elektrik enerjisi üretmeyi hedeflemektedir. Her malzeme farklı elektron ilgisine sahip olduğundan iki farklı malzeme kullanıldığı sürece elektrik enerjisi elde etmek mümkündür. Hafifliği, maliyet bakımından uygun olması, basit mekanizması, küçük boyutlarda olması, yüksek güç çıkışı gibi birçok avantaja sahiptir. Sahip olduğu bu özellikleri sayesinde TENG'ler taşınabilir elektronik cihazları beslemek için oldukça önemli enerji dönüşüm cihazlarıdır. 

Bu çalışmada, TENG'lerin çıkış performansını geliştirmek için silikon içerisine Al veya Ti iletken parçacıkları eklenmiş ve maksimum güç çıkışı için optimum kalınlık ve optimum katkı oranı belirlenmiştir. TENG üretiminde tribo-pozitif malzeme olarak cam fiber, tribo-negatif malzeme olarak silikon kullanılmıştır. İlk olarak, silikon içerisine ağırlıkça %2,5 oranında Al veya Ti iletken parçacıkları eklenerek elde edilen güç değerlerine göre katkılı silikonlar için kalınlık optimizasyonu yapılmıştır. Al veya Ti katkılı silikondan üretilen TENG'ler için en yüksek güç yoğunluğu 0,85 mm kalınlığında elde edilmiştir. Kalınlık optimizasyonu yapıldıktan sonra, ağırlıkça farklı oranlarda Al veya Ti iletken parçacıkları eklenerek, katkı oranının TENG'in çıktı performansına etkisi gözlemlenmiştir. Al katkılı TENG'ler için en iyi elektriksel sonuçlar ağırlıkça %2,5 oranında alınır iken, Ti katkılı TENG'ler için en iyi elektriksel sonuçlar ağırlıkça %5 oranında alınmıştır. Son olarak, en iyi elektriksel sonuçlara sahip Al veya Ti katkılı silikonların çok katlı ölçümleri yapılarak TENG'in çıkış gücü artırmak hedeflenmiştir. Yapılan çok katlı TENG ölçümlerinde, akımın katman sayısı ile orantılı bir şekilde arttığını ve paralel bağlantının doğası gereği çıkış gerilimin sabit kaldığını göstermiştir.

Abstract:
In this age where technology is developing very fast, electronic devices have spread to every field. The use of these devices has brought the need for energy everywhere at any time. For this reason, new technologies that can produce energy at any time are sought. As a result of these searches, Triboelectric Nanogenerator (TENG) energy conversion technology was discovered. Different types of mechanical energy are wasted in almost every part of the world. TENG is a technology that collects various and small amounts of wasted mechanical energy and converts it into electrical energy. TENG aims to produce electrical energy as a result of the contact of two different materials. Since each material has different electron affinity, it is possible to obtain electrical energy as long as two different materials are used. It has many advantages such as light weight, low cost, simple mechanism, small dimensions, high power output. Thanks to these features, TENGs are very important energy conversion devices for feeding portable electronic devices.

In this study, Al or Ti conductive particles were added to silicon to improve the output performance of TENGs and the optimum additive ratio for maximum power output was determined. Glass fiber was used as tribo-positive material and silicon was used as tribo-negative material in TENG production. First, 2.5% by weight Al or Ti conductive particles were added to the silicon and thickness optimization was made for the doped silicones according to the obtained power values. For TENGs produced from Al or Ti doped silicon, the highest power density was obtained at 0.85 mm thickness. After the thickness optimization, Al or Ti conductive particles were added in different weight ratios, and the effect of the additive ratio on the output performance of TENG was observed. While the best electrical results were obtained at the rate of 2.5% by weight for Al doped TENGs, the best electrical results were obtained at 5% by weight for Ti doped TENGs. Finally, it is aimed to increase the output power of TENG by making multiple measurements of Al or Ti doped silicons with the best electrical results. Multi-layer TENG measurements showed that the current increased proportionally with the number of layers and the output voltage remained constant due to the nature of the parallel connection.