Fosil yakıt temelli aktif karbon – karbon nanotüp kompozitlerden süperkapasitör hazırlanması
Preperation of supercapacitors from fossil fuel based activated carbon – carbon nanotube composites
Yazar: SAVAŞ YAĞLIKÇI
Danışman: PROF. DR. ZEKİ AKTAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Enerji, yaşamımız ve hayatta kalmamız için çok önemlidir. Günümüz enerji gereksinimini karşılayabilmek için enerji üretim yöntemleri kadar enerji depolama sistemlerinin gelişimi de kilit role sahiptirler. İhtiyaç duyulan enerji depolama sistemleri yüksek özgül güce ve özgül enerjiye sahip olmalıdır. 
Süperkapasitörler sahip oldukları yüksek özgül güç ile potansiyel enerji depolama sistemlerinin başında gelmektedirler. Ancak bu sistemlerin üretim maliyetinin düşürülmesi ve enerji yoğunluğunun artırılması gerekmektedir. Son yıllarda aktif karbon temelli düşük maliyetli süperkapasitörler üretilmiştir. Ancak bu tür cihazların enerji yoğunlukları yeterli düzeyde değildir. Enerji yoğunluğunun arttırılabilmesi için aktif karbon temelli süperkapasitörlere heteroatom, metal oksit vb. malzemelerin katkılanmasına çalışılmaktadır.
Bu çalışmada farklı kömür kaynaklarından yüksek yüzey alanına sahip aktif karbon üretimi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen aktif karbonlara heteratom ve karbon nanotüp (KNT) katkılaması yapılarak katkılı kompozit yapılar elde edilmesi hedeflenmiştir. Katkılı bu ürünlerden enerji yoğunluğu yüksek süperkapasitörlerin üretilmesi amaçlanmıştır. Örnekler, BET yüzey alanı, gözenek boyutu dağılımı, elemental analiz, FT-IR, SEM-EDS, XPS gibi analiz yöntemleriyle karakterize edilmiş ve süperkapasitörlerin elektrokimyasal performansları CV, EIS, GCD teknikleri ile belirlenmiştir.
Elde edilen veriler kömür temelli aktif karbonların yüzey alanından ziyade heteroatom içeriğinin (özellikle kükürt) süperkapasitörlerin elektrokimyasal performansı üzerinde önemli etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda kükürt katkılı süperkapasitör hücrelerinden 172.4 F/g spesifik kapasitans ve 23.42 Wh/kg enerji yoğunluğu değerleri elde edilmiştir. Kükürt katkılı aktif karbon – KNT kompozit yapılardan ise istenilen düzeyde performans elde edilememiştir.

Abstract:
Energy is crucial to our life and survival. In order to meet today's energy needs, the development of energy storage systems has a key role as well as energy generation methods. Required energy storage systems should have high specific power and specific energy.
Supercapacitors are one of the most promising energy storage systems with their high specific power. However, the production cost of these systems should also be reduced, and the energy density should be increased. In recent years, low-cost supercapacitors based on activated carbon have been produced. However, the energy density of such devices is not sufficient. In order to increase the energy density, materials such as heteroatom, metal oxide etc. should be added to activated carbon-based supercapacitors.
In this study, high surface area activated carbon was produced from different coal sources. It was aimed to obtain doped composite structures which have high energy density by adding heteratom and/or CNT to the activated carbons. It was proposed to produce high energy density supercapacitors by using these doped products. The samples were characterised by analysis methods such as BET surface area, pore size distribution, elemental analysis, FT-IR, SEM-EDS, XPS and electrochemical performances of supercapacitors were determined by CV, EIS, GCD techniques. 
The experimental results show that the heteroatom content (especially sulfur) of coal-based activated carbons has a significant effect on the electrochemical performance of supercapacitors rather than the surface area. As a result of the studies carried out, 172.4 F/g specific capacitance and 23.42 Wh/kg energy density values were obtained from the sulfur doped activated carbon supercapacitor cells. The desired electrochemical performance could not be obtained from sulfur-doped activated carbon-CNT composites.