Organik atık temelli süperkapasitör tasarımı ve elektrokimyasal performansının değerlendirilmesi
Design of an organic waste based supercapacitor and evaluation of its electrochemical performance
Yazar: ALİ TUFAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT AKDEMİR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ TÜLİN AVCI HANSU
Siirt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Biyokütle = Biomass ; Enerji depolama = Energy storage ; Muz = Bananas

Özet:
Enerji depolama amacıyla kullanılan bataryalara ve geleneksel kondansatörlere nazaran bazı avantajlara sahip olan süper kapasitörler üzerine son zamanlarda yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Özellikle yüksek karbon içerikleri, gözenekli yapıları, iyi elektronik iletkenlikleri ve yüksek kararlılıkları nedeniyle biyokütle öncüleri, süper kapasitör elektrot üretiminde en çok kullanılan malzemelerdir. Bu çalışmada, yayla muzu kabuğu (YMK), karbonizasyon ve farklı aktivasyon yöntemleri kullanılarak ilk kez aktif karbona dönüştürülmüş ve bu malzemeler kullanılarak üç süperkapasitör hücresi hazırlanmıştır. Elde edilen elektrot malzemelerinin yüzey karakterizasyonları, enerji dağılımlı X-ışını (EDX) ile taramalı elektron mikroskobu (SEM), Brunauer-Emmett Teller (BET) ve X-ışını kırınım (XRD) analiz yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. En iyi spesifik kapasitans değeri, YMK-saf elektrot için elde edildi ve 1 A/g akım yoğunluğunda 70.82 F g-1 idi. Elektrotların döngüsel voltametri eğrileri mükemmel bir şekilde elde edildi ve ideal süperkapasitör eğrilerine son derece benzer bulundu. YMK-saf elektrot, 618,86 W kg-1 güç yoğunluğunda 6,78 Wh kg-1 maksimum enerji yoğunluğuna sahiptir ve iyi bir stabilite sergilemiştir. Hazırlanan elektrotlar için elektrot malzemeleri ile elektrolit arasındaki iyon alışverişi iyi düzeyde ve elektrotların eşdeğer seri direnç değerlerinin düşük olması enerji iletiminde olumlu bir avantaj sağlamıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında; bu çalışmada üretilen elektrotların ucuz, çevre dostu, verimli, yüksek kapasiteli ve kararlı olması, onları enerji depolama alanında geleneksel yöntemlere mükemmel bir alternatif haline getireceği düşünülmektedir.

Abstract:
Recently, intensive studies have been carried out on supercapacitors, which have some advantages over batteries used for energy storage and traditional capacitors. Especially because of their high carbon content, porous structure, good electronic conductivity and high stability, biomass precursors are the most used materials in the production of supercapacitor electrodes. In this study, Rheum ribes peel was converted to activated carbon for the first-time using carbonization and different activation methods, and three supercapacitor cells were prepared using these materials. The surface characterizations of the obtained electrode materials were performed using scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray, Brunauer–Emmett–Teller and X-ray diffraction analysis methods. The best specific capacitance value was obtained for the RRP-pure electrode and was 70.82 F g-1 at a current density of 1 A g-1. The cyclic voltammetry curves of electrodes were perfectly obtained and found extremely similar to the ideal supercapacitor curves. The RRP-pure electrode has a maximum energy density of 6.78 Wh kg-1 at a power density of 618.86 W kg-1 and exhibited good stability. For the all-prepared electrodes, the ion exchange between the electrode materials and the electrolyte was at a good level and equivalent series resistance values of the electrodes were low, leading to a positive advantage in energy transmission. In the light of the results obtained; It is thought that the cheap, environmentally friendly, efficient, high-capacity and stable electrodes produced in this study will make them an excellent alternative to traditional methods in the field of energy storage.