Biyokütleden elektrokimyasal kapasitörler için gözenekli karbon elektrot üretimi
Production of porous carbon electrodes from biomass for electrochemical capacitors
Yazar: CEREN DOĞAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN DEMİRAL ; DOÇ. DR. UĞUR MORALI
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik ve Temel İşlemler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Son dönemde enerji depolamaya duyulan ihtiyaç kapsamından kaynaklı süperkapasitörlere elektrot malzemesi üretiminde araştırmalar yoğunlaşmıştır. Elektrot malzemesinin biyokütleden seçilmesi büyük avantajdır. Bu yüksek lisans tez çalışmasında enerji depolama sistemlerinden kapasitörler için karbon elektrot malzemeleri olarak limon kabuğundan aktif karbon üretilmiştir ve elektrokimyasal analizleri yapılmıştır. Limon kabuğundan kimyasal aktivasyon ile farklı sıcaklıklarda ve farklı emdirme oranlarında aktif karbonlar üretilmiştir. Yüzey alanı yüksek olan aktif karbondan demir modifikasyonu ile manyetik aktif karbon üretilmiştir. Aktif karbon ve manyetik aktif karbonların karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Elektrot üretimi için 8:1:1 (%80 aktif karbon, %10 bağlayıcı, %10 iletken ajan) oranında ve 8:0,5:1,5 (%80 aktif karbon, %5 bağlayıcı, %15 iletken ajan) oranında elektrot çözeltileri hazırlanmıştır. Hazırlanan elektrotların elektrokimyasal analizleri elektrokimyasal empedans spektroskopisi, döngüsel voltametri ve galvanostatik şarj-deşarj analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Döngüsel voltametri ve galvanostatik şarj-deşarj analizleri sonucu spesifik kapasitans değerleri hesaplanmıştır. Farklı kimyasal ajan aktivasyonu ile üretilen aktif karbon ve manyetik aktif karbon, farklı bağlayıcı, farklı iletken ajan ve farklı elektrot çözelti oranları spesifik kapasitans için karşılaştırılma yapılmıştır. Sonuçlar değerlendirildiğinde manyetik H3PO4 ile üretilmiş aktif karbon ve bağlayıcı olarak PVDF, iletken ajan olarak karbon siyahı kullanılan elektrodun GCD analizi sonucunda 8:1:1 oranında kapasitans değeri 183 F g-1, 8:0,5:1,5 oranında ise 195,80 F g-1 olarak hesaplanmıştır. ZnCl2 ile üretilmiş aktif karbon ve bağlayıcı olarak PTFE, iletken ajan olarak karbon siyahı kullanılan elektrodun galvanostatik şarj-deşarj analizi sonucunda 8:1:1 oranında kapasitans değeri 179,67 F g-1, 8:0,5:1,5 oranında iletken ajan olarak asetilen siyahı kullanıldığında ise 194,62 F g-1 olarak hesaplanmıştır. H-MAC/PVDF-KS elektrotu %83 kapasite ile 10000 şarj – deşarj döngüsünü tamamlamıştır.

Abstract:
Recently, due to need for energy storage, research has intensified in production of electrode material for supercapacitors. Choosing electrode material from biomass is significant advantage. In this thesis study, activated carbon was produced from lemon peel as carbon electrode materials for capacitors, one of energy storage systems, and electrochemical analysis was carried out. Activated carbons were produced from lemon peel by chemical activation different temperatures and different impregnation rates. Characterization studies of activated carbon and magnetic activated carbons were carried out. For electrode production, electrode solutions were prepared in ratios of 8:1:1 (80% activated carbon,10% binder,10% conductive agent) and 8:0,5:1,5 (80% activated carbon,5% binder,15% conductive agent). Electrochemical analysis of prepared electrodes was carried out by electrochemical impedance spectroscopy,cyclic voltammetry,galvanostatic charge-discharge analysis. Specific capacitance values were calculated by means of cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge analysis. Activated carbon and magnetic activated carbon produced by different chemical agent activation, different binder, different conductive agent and different electrode solution ratios were compared for specific capacitance. Capacitance value was calculated 183 F g-1 ratio of 8:1:1 and 195,80 F g-1 ratio of 8:0,5:1,5 when results GCD analysis electrode using activated carbon produced with magnetic H3PO4,PVDF binder and carbon black conductive agent were evaluated. As result galvanostatic charge-discharge analysis electrode using activated carbon produced with ZnCl2, PTFE binder,carbon black conductive agent,capacitance value was calculated 179,67 F g-1 at ratio of 8:1:1, 194,62 F g-1 when acetylene black was used conductive agent ratio of 8:0,5:1,5. H-MAC/PVDF-KS electrode has completed 10000 charge-discharge cycles with 83% capacity.