Genişletilebilir grafit/hegzagonal bor nitrür esaslı köpük elektrotların yüksek performanslı süperkapasitör uygulamaları için geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of expandable graphite/hexagonal boron nitride based foam electrodes for high performance supercapacitor applications
Yazar: HAMİT ALİ REİS
Danışman: DOÇ. DR. FATİH ERDEMİR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrokimya = Electrochemistry ; Enerji depolama = Energy storage ; Süperkapasitör = Supercapacitor

Özet:
Bu tez çalışmasında, elektrokimyasal performansı artırılmış ve geniş sıcaklık aralığında daha kararlı davranan süperkapasitör elektrotlarının üretimi hedeflenmiştir. Bunun için köpük formda serbest duran genişletilebilir grafit/h-BN kompozitler sentezlenmiştir. Çalışma, h-BN takviyesinin elektrotların fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki etkilerini incelemektedir. Elektrotların süperkapasitif davranışları, 10-60°C arası sıcaklıklarda yapılan çevrimsel voltametre (CV), galvanostatik şarj/deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknikleriyle değerlendirilmiştir. Bulgulara göre, köpükleştirici ajan olarak kullanılan polivinilpirolidonun (PVP) parçalanması sonucunda grafitik matrisi pirolik ve piridinik azot ile katkılandırdığı gözlemlenmiştir. h-BN takviyesi ile elektrotların spesifik yüzey alanı, termal iletkenliği ve sıcaklık hassasiyeti geliştirmesine rağmen elektrotların spesifik kapasitansını olumsuz etkilemiştir. Düşük sıcaklıklarda yapılan çevrimsel kararlılık testlerinde, h-BN takviyesinin çevrimsel kapasiteyi olumsuz yönde etkilediği; buna karşın yüksek sıcaklıklarda h-BN'in olumlu etkiler yarattığı gözlemlenmiştir. Son olarak, simetrik bir süperkapasitör cihazı oluşturularak, bu elektrotların gerçek uygulamalarda nasıl performans gösterdiği incelenmiştir.

Abstract:
This dissertation study aims to produce supercapacitor electrodes with increased electrochemical performance and more stable behavior in a wide temperature range. For this purpose, free-standing expandable graphite/h-BN composite foams were synthesized. The study investigates the effects of h-BN reinforcement on the physical and chemical properties of the electrodes. The supercapacitive behaviors of the electrodes were evaluated by cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge/discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques at temperatures between 10-60°C. According to the findings, it was observed that the graphitic matrix was doped with pyrrolic and pyridinic nitrogen as a result of the decomposition of polyvinylpyrrolidone (PVP) used as a foaming agent. Although h-BN reinforcement improved the specific surface area, thermal conductivity, and temperature sensitivity of the electrodes, it negatively affected the specific capacitance of the electrodes. In the cyclic stability tests performed at low temperatures, it was found that h-BN reinforcement negatively affected the cyclic capacity; However, it was observed that h-BN had positive effects at high temperatures. Finally, a symmetric supercapacitor device was constructed, and how these electrodes performed in real applications was investigated.