V, Co, Cr, Ce, Fe, Mn ve Sn içeren yeni nesil redoks akışkan batarya sistemlerinin araştırılması
Investigation of new generation redox flow battery systems containing V, Co, Cr, Ce, Fe, Mn and Sn
Yazar: NİLÜFER KOÇYİĞİT
Danışman: PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN ; DOÇ. DR. METİN GENÇTEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Analitik kimya = Analytical chemistry ; Elektrokimya = Electrochemistry ; Elektrokimyasal davranış = Electrochemical behavior ; Elektrokimyasal yöntem = Electrochemical method ; Elektrokimyasal özellikler = Electrochemical properties

Özet:
Bu tez çalışması ile yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin depolanmasına olanak sağlayacak, mevcut olarak kullanılan kurşun-asit aküler, lityum-iyon piller gibi enerji depolama sistemlerine alternatif olabilecek yeni nesil enerji depolama sistemleri geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, vanadyum redoks akışkan bataryalardaki gibi çökme sorunu olmayan ve yüksek hücre potansiyeline sahip V/Co, Cr/Co, Cr/Ce, Fe/Co, Mn/Co ve Sn/Co redoks çiftlerini içeren akışkan redoks batarya sistemleri oluşturulmuş ve literatüre kazandırılmıştır. Bu kapsamda, çalışma elektrotu olarak grafit esaslı kalem ucu elektrot, referans elektrot olarak Ag/AgCl ve karşıt elektrot olarak ise Pt tel kullanılmıştır. Sülfürik ve hidroklorik asit çözeltilerinde, farklı yükseltgenme basamağına sahip vanadyum, kobalt, krom, seryum, demir, mangan ve kalay iyonlarının elektrokimyasal davranışları diferansiyel puls voltametri (DPV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) yöntemleri kullanılarak incelenerek asit ve etkin iyon derişim optimizasyonları yapılmıştır. Her bir elektrolit bileşeni için kütle aktarım türleri dönüşümlü voltametri (CV) yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Çalışma elektrotunun 200 voltametrik döngü boyunca kararlılıkları incelenmiş ve elektrotların yüzey morfolojilerinde meydana gelen değişimler ise taramalı elektron mikroskop (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Karbon keçe elektrot kullanılarak dönüşümlü şarj/deşarj testleri ile oluşturulan bataryanın şarj/deşarj potansiyelleri, kapasiteleri, enerji/kulomb/voltaj verimleri hesaplanmıştır 
Bu çalışma sonunda, her bir redoks çifti için elde edilen hücre potansiyeli ve deşarj kapasitesi değerleri; V/Co için 2.35 V ve 430.1 mAh, Cr/Co için 1.40 V ve 682.5 mAh, Cr/Ce için 1.60 V ve 421 µAh, Fe/Co için 1.5 V ve 180.6 mAh, Mn/Co için 2.10 V ve 9.890 mAh, ve Sn/Co için 1.80 V ve 4.096 mAh'dir.

Abstract:
With this thesis, new generation energy storage systems have been developed that will allow the storage of energy obtained from renewable energy sources and that can be an alternative to currently used energy storage systems such as lead-acid batteries and lithium-ion batteries. In this thesis, flow redox battery systems containing V/Co, Cr/Co, Cr/Ce, Fe/Co, Mn/Co and Sn/Co redox couples with high cell potential without any risk of collapse (as it is the case in vanadium redox flow batteries) have been developed and added to the literature. Within this scope was graphite-based pencil electrode used as the working electrode, Ag/AgCl as the reference electrode and Pt wire as the counter electrode. Electrochemical behavior of vanadium, cobalt, chromium, cerium, iron, manganese and tin ions in sulfuric and hydrochloric acid solutions were analyzed using differential pulse voltammetry (DPV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods, and acid and effective ion concentration optimizations were made. The mass transfer types for each electrolyte component were determined using the cyclic voltammetry (CV) method. The stability of the working electrode over 200 voltammetric cycles were subject to analysis, and the changes in the surface morphology of the electrodes were examined using a scanning electron microscope (SEM). The charge/discharge potentials, capacities, energy/coulomb/voltage efficiencies of the battery made up by using carbon felt electrodes and alternating charge/discharge tests were calculated. 
At the end of this study, the cell potential and discharge capacity values obtained for each redox pair were 2.35 V and 430.1 mAh for V/Co, 1.40 V and 682.5 mAh for Cr/Co, 1.60 V and 421 µAh for Cr/Ce, 1.5 V and 180.6 mAh for Fe/Co, 2.10 V and 9.890 mAh for Mn/Co, and 1.80 V and 4,096 mAh for Sn/Co.