İndirgenmiş grafen oksit/polipirol elektrodunun elektrokimyasal enerji depolama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of elektrochemical energy storage properties of reduced graphene oxide/polypyrrole electrode
Yazar: TÜLİN KOSUKOĞLU
Danışman: PROF. DR. AHMET PEKSÖZ
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, polipirol (PPy) ve polipirol/indirgenmiş grafen oksit (PPy/rGO) kompozit materyalleri elektrokimyasal depozisyon yöntemiyle paslanmaz çelik alttaşlar üzerine sentezlendi. PPy/rGO kompozit malzemesinin üretiminde kullanılan rGO, Hummer's metodu kullanılarak sentezlendi. Yapısal karakterizasyonlar taramalı elektron mikroskopisi (SEM), enerji dağılımlı X-ışınları (EDX) spektroskopisi, Fourier-transformasyon infrared (FTIR) spektroskopisi ile çalışılmıştır. Elektrotların elektrokimyasal enerji depolama özelliklerini belirlemek ve kapasitans değerlerini hesaplamak için dönüşümlü voltametri (CV), galvanostatik şarj/deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemleri kullanılmıştır.
En yüksek spesifik kapasitans PPy filmi için 10 mV/s tarama hızında 104,22 F/g, 6 A/g akım yoğunluğunda 171,99 F/g olarak elde edilmiştir.  PPy filmi için maksimum spesifik enerji 6 A/g' da yapılan ölçüm için 116,67 Wh/kg ve maksimum spesifik güç 15 A/g' da yapılan ölçüm için 8888,89 W/kg olarak elde edilmiştir. PPy elektrodunun 4000 şarj-deşarj döngüsünden sonra kapasitans değerinin %59,5'ini koruduğu tespit edilmiştir. En yüksek spesifik kapasitans PPy/rGO kompozit filmi için 10 mV/s tarama hızında 122,53 F/g, 6 A/g akım yoğunluğunda 313,26 F/g olarak elde edilmiştir. PPy/rGO kompozit filmi için maksimum spesifik enerji 6 A/g' da yapılan ölçüm için 212,5 Wh/kg  ve maksimum spesifik güç 15 A/g' da yapılan ölçüm için 13026,32 W/kg olarak elde edilmiştir. PPy/rGO elektrodunun, 4000 şarj-deşarj döngüsünden sonra kapasitans değerinin %97,6'sını koruduğu tespit edilmiştir. Alıcı yoğunluğu PPy için 8,75x1015 cm-3 ve PPy/rGO için 1,98x1016 cm-3 olarak hesaplanmıştır. Empedans ölçümleri sonucunda elde edilen grafikler kullanılarak sistem için uygun eşdeğer devre önerilmiştir. Sonuçlar, üretilen PPy/rGO elektrotlarının süperkapasitör uygulamaları için umut verici materyaller olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this study, PPy and PPY/rGO composite materials were synthesized via the electrochemical deposition method on stainless steel surfaces. Graphene oxide (GO) was synthesized by using the Hummer's method. Structural characterizations were worked with scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and Fourier-transformation infrared (FTIR) spectroscopy. The cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods were used to determine electrochemical energy storage properties and to calculate capacitance values of electrodes.
The highest specific capacitances of 104.22 F/g at 10 mV/s and 171.99 F/g at 6 A/g are determined for the PPy film. The maximum specific energy was obtained 116.67 Wh/kg at 6 A/g and the maximum specific power was obtained 8888.89 W/kg at 15 A/g for the PPy film. It was determined that the PPy electrode retained 59.5% of its capacitance value after 4000 cycles. The highest specific capacitances of 122.53 F/g at 10 mV/s and 313.26 F/g at 6 A/g are determined for the PPy/rGO film. The maximum specific energy was obtained at 212.5 Wh/kg at 6 A/g and the maximum specific power was obtained at 13026.32 W/kg at 15 A/g for the PPy/rGO film. It was determined that the PPy/rGO electrode retained 97.6% of its capacitance value after 4000 cycles. The acceptor densities of the films were found as 8.75x1015 cm-3 and 1.98x1016 cm-3 for the PPy and PPy/rGO films, respectively. The appropriate equivalent circuits for electrodes were suggested from impedance measurements. The results showed that the produced PPy/rGO electrodes are promising materials for supercapacitor applications.