Yeşil sentez ile üretilen zno nanopartikül, kapukargun termal çamuru ve poliakrilonitril nanofiberi kullanılarak süperkapasitörlerin geliştirilmesi
Development of supercapacitors using zno nanoparticle, kapukargun thermal sludge and polyacrylonitrile nanofiber produced by green synthesis
Yazar: HAKİME ÇOTAK
Danışman: DOÇ. DR. SEMA ASLAN
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Enerjiye her geçen gün daha fazla ihtiyaç duyduğumuz bir zaman diliminde fosil kaynaklardan uzaklaşıp temiz enerji kaynaklarına yönelmek dünyamız için oldukça önemlidir. Yenilenebilir enerji üretiminin büyük önem kazandığı günümüzde üretilen enerjinin depolanması da bir o kadar önem arz etmektedir. Elektrokimyasal enerji depolama sistemlerinden olan süperkapasitör çalışmaları da bu doğrultuda hız kazanmıştır. Süperkapasitörler hızlı enerji üretimi ve yüksek depolama kapasiteleri nedeniyle enerji depolama sistemleri arasında önemli bir yer tutmaktadır. Bu çalışmada önce indirgeyici reaktif olarak Valencia cinsi portakal (Citrus sinensis L.) kısımları (Muğla/Dalaman ilçesinde yetişen endemik bir meyve) kullanılarak yeşil sentez yoluyla ZnO nanopartiküller (ZnO NP) sentezlenmiştir. Ayrıca, Kapukargun/Muğla bölgesinden edinilen mineral içeriği yönünden zengin aktif çamur (MUD) ikincil modifiye edici ajan olarak kullanılmıştır. Bu iki modifiye ajanı kullanılarak, hem camımsı karbon pasta elektrot (GCPE) ile hem de "self standing electrode" yani kendisi ölçülebilen elektrot olarak poliakrilonitril (PAN) nanolifler ile ZnO NP ve MUD içeren kompozit elektrotlar geliştirilmiştir. Geliştirilen elektrokimyasal çift katman (EDLC)/pseudo superkapasitör uygulamaları için yüzey alanı arttırılmış ve süperkapasitör olarak performansları izlenmiştir ZnO NP/GCPE için en iyi Csp ve Esp değerleri 3524,32 F/g ve 489,48 Wh/kg, MUD/GCPE için bu değerler 866,84 F/g ve 120,3953 Wh/kg iken bu değer ZnO NP+MUD/GCPE elektrot yapısında sinerjetik etki ile 852,77 F/g ve 118,44 Wh/kg değerine yükselmiştir. Son olarak ZnO NP+MUD/PAN elektrottan elde edilen Csp ve Esp değerleri 445,00 F/g ve 36,39 Wh/kg şeklinde elde edilmiş ve böylece bu tez kapsamında yüksek performanslı, self standing bir nanolif süperkapasitör de geliştirilmiştir.

Abstract:
In a period when we need energy more and more each passing day, moving away from fossil resources and towards clean energy resources is very important for our world. In today's world where renewable energy production has gained great importance, the storage of the produced energy is equally important. Supercapacitor studies, which are electrochemical energy storage systems, have also gained momentum in this direction. Supercapacitors have an important place among energy storage systems due to their fast energy production and high storage capacities. In this study, ZnO nanoparticles (ZnO NP) were first synthesized by green synthesis using Valencia type orange (Citrus sinensis L.) parts (an endemic fruit grown in Muğla/Dalaman district) as a reducing reagent. In addition, activated sludge (MUD) rich in mineral content obtained from Kapukargun/Muğla region was used as a secondary modifying agent. By using these two modifying agents, composite electrodes containing ZnO NP and MUD were developed both as glassy carbon paste electrode (GCPE) and as "self standing electrode", i.e. polyacrylonitrile (PAN) nanofibers as a measurable electrode. The surface area was increased for the developed electrochemical double layer (EDLC)/pseudo supercapacitor applications and their performances as supercapacitors were monitored. The best Csp and Esp values for ZnO NP/GCPE were 3524.32 F/g and 489.48 Wh/kg, for MUD/GCPE these values were 866.84 F/g and 120.3953 Wh/kg, while these values increased to 852.77 F/g and 118.44 Wh/kg with the synergetic effect in the ZnO NP+MUD/GCPE electrode structure. Finally, the Csp and Esp values obtained from the ZnO NP+MUD/PAN electrode were obtained as 445.00 F/g and 36.39 Wh/kg, and thus a high-performance, self-standing nanofiber supercapacitor was developed within the scope of this thesis.