Demir katkılı spinel lityum titanat yapılarının hazırlanması ve süperkapasitör uygulamaları
Preparation of iron doped spinal lithium titanate structures and supercapacitor applications
Yazar: SEDA GÜRGEN
Danışman: PROF. DR. KASIM OCAKOĞLU
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı / Nanoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Süperkapasitörler, sanayi ve teknolojinin odağı haline gelmiş enerji depolama aygıtlarıdır. Güç kesintileri sırasında yedek jeneratörün çalıştırılması ve elektrikli otomobiller için enerji gereksinimleri gibi modern enerji uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu cihazların, çok hızlı şarj/deşarj döngüleri yapma ve geleneksel kapasitörlerden 10 ila 100 kat daha fazla enerji saklama kabiliyeti gibi avantajları mevcuttur. Genellikle süperkapasitör çalışmalarında aktif karbon, katot malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında, hibrit süperkapasitörlerde yüksek verim elde etmek amacıyla, elektrot malzemesi olarak aktif karbon yerine, daha geniş yüzey alanına sahip indirgenmiş grafen oksit (rGO) kullanılmıştır. Buna ek olarak, rGO tabakalarının yüksek yüzey alanı avantajını korumak, grafite yeniden dönüşmesini engellemek ve aynı zamanda çıkış voltajı, kapasite ve iyonik iletkenliğini arttırmak için, spinel lityum titanat (sLTO) nanoparçacıkları (NP), rGO yüzeyine entegre edilmiştir. Ayrıca, sLTO'nun düşük iletkenlik değerlerini arttırmak için Fe+3 katkılanmış ve değerler büyük ölçüde artırılmıştır. sLTO'nun yeterli Fe+3 katkısı, bir süperkapasitör performansı için gerekli olan iyonik iletkenliği sağlarken interkalasyon kapasitesini de arttırmıştır. Hazırlanan sLTO/rGO kompozitlerin şarj/deşarj döngüsü ve kapasitenin stabilitesini belirlemek için, elektrokimyasal olarak kronopotansiyometri ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) analizleri yapılmıştır. Sonuçlar, sLTO/rGO ve saf rGO elektrotlarına kıyasla daha yüksek kapasite ile birlikte Fe:sLTO/rGO kompozitlerinde daha başarılı çevrim (döngü) performansı göstermiştir.

Abstract:
Supercapacitors are energy storage devices that have become the focus of industry and technology. They are commonly used in modern energy applications such as starting backup generator during power outages and providing sufficient energy supply for electric cars. The supercapacitors have the advantage of high-speed fast charge/discharge cycles and they can store 10 to 100 times more energy than conventional capacitors. Activated carbon is often used as cathode material in supercapacitor studies. In this thesis study, reduced graphene oxide (rGO) was used instead of active carbon as electrode material since it has a larger surface area than activated carbon and in order to obtain high efficiency in hybrid supercapacitors. In addition, spinel lithium titanate (sLTO) nanoparticles (NP) are integrated into the rGO surface to maintain the high surface area advantage of the rGO layers, inhibit graphite recrystallization, and at the same time, to increase the output voltage, capacity, and ionic conductivity. Furthermore, the low conductivity values of sLTO were significantly increased by doping Fe+3. Fe+3 contribution of sLTO has increased the intercalation capacity while providing the ionic conductivity required for a supercapacitor performance at the same time. Electrochemical chronopotentiometry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analyzes were performed to determine the charge/discharge cycles and the stability of the prepared sLTO/rGO composites. The results showed better cycle performances in Fe: LTO/rGO composites with higher capacities compared to sLTO/rGO and pure rGO electrodes.