Süperkapasitörler için CuFe2O4, g-C3N4 ve GNPs  katkılı hibrit nano kompozitlerin üretimi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Production of CuFe2O4, g-C3N4 ve GNPs  dopoed hybrid nano composites for supercapacitors and investigation of their electrochemical properties
Yazar: DANA FARIS
Danışman: DOÇ. DR. SAFA POLAT
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Elektrokimyasal özellikler = Electrochemical properties ; Grafen = Graphene ; Süperkapasitör = Supercapacitor

Özet:
Süperkapasitörler günümüzde enerji depolama amacıyla yaygın olarak kullanılan cihazlardır. Bu cihazların performansını etkileyen en önemli parametrelerden biri anot malzemesidir. Metal oksitler, yükseltgenme indirgenme mekanizmaları ile şarj depolayabildiklerinden anot malzemesi olarak tercih edilmektedir. Ancak, metal oksitlerin düşük iletkenliği önemli bir dezavantajdır. Bu sorunu gidermek için iletken bileşenlerin takviye edilmesi önemli ölçüde çözüm sağlamaktadır. Bu çalışmada, literatürdeki bilgilerden faydalanarak, nikel köpük yüzeyinde hidrotermal yöntemle doğrudan sentezlenmiş CuFe2O4 anot malzemesinin iletkenliğini artırmak için grafitik karbon nitrür (g-C3N4) ve grafen nanoplakalarının (GNPs) takviye edilmesi amaçlanmıştır. Üretilen elektrotların karakterizasyonları XRD, FTIR, SEM ve TEM analizleri ile gerçekleştirilmiş ve elektrokimyasal performansları ise CV, GCD ve EIS ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir.  Karakterizasyon sonuçlarına göre, elektrotların nano sünger benzeri bir yapıda sentezlendiği ve g-C3N4 ile GNP'lerin varlığının doğrulandığı anlaşılmıştır. Elektrokimyasal ölçümlere göre, en yüksek performansın üçlü kombinasyon ile 2 mA/cm2 akım yoğunluğunda 989 mF/cm² olarak elde edildiği gözlenmiştir. Grafen ve grafitik karbon nitrür ilavesi ile spesifik kapasitans sırasıyla %87 ve %152 oranında artış sağlamıştır. Çevrim ömrü performansı ise 1500 döngüden sonra %73 olarak ölçülmüştür. Ayrıca enerji ve güç yoğunluğu performansları ise sırasıyla 27,8 mWh/cm² enerji ve 300 mW/cm² olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçlara göre literatürdeki CuFe2O4 bazlı bu elektrotun literatürdeki benzerlerine göre spesifik kapasitans bakımından daha yüksek performans sergilediği ancak çevrim ömrü bakımından geliştirilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Supercapacitors are widely used devices for energy storage nowadays. One of the most critical parameters affecting the performance of these devices is the anode material. Metal oxides are preferred as anode materials because they can store charge through redox mechanisms. However, the low conductivity of metal oxides is a significant disadvantage. To address this issue, reinforcing conductive components has been found to be a highly effective solution. In this study, it is aimed to enhance the conductivity of CuFe2O4 anode material, which was directly synthesized on a nickel foam surface using a hydrothermal method, by reinforcing it with graphitic carbon nitride (g-C3N4) and graphene nanoplatelets (GNPs) based on the information available in the literature. The characterization of the produced electrodes was conducted using XRD, FTIR, SEM and TEM analyses, and their electrochemical performance was evaluated through CV, GCD, and EIS measurements. According to the charac-terization results, it was understood that the electrodes were synthesized in a nano sponge-like structure, and the presence of g-C3N4 and GNPs was confirmed. According to electrochemical measurements, the highest performance was observed with the triple combination, achieving a specific capacitance of 989 mF/cm² at a current density of 2 mA/cm². The addition of graphene and graphitic carbon nitride increased the specific capacitance by 87% and 152%, respectively. The cycle life performance was measured as 73% after 1500 cycles. Additionally, the energy and power density per-formances were determined to be 27.8 mWh/cm² and 300 mW/cm², respectively. Based on these results, it was concluded that this CuFe2O4-based electrode exhibits higher specific capacitance performance compared to similar electrodes in the literature but requires improvement in terms of cycle life.