Süperkapasitör için meşe mazısı temelli ve mikrodalga destekli aktif karbondan elektrot üretimi
Electrode production from quercus infectoria based and microwave aid activated carbon for supercapacitor
Yazar: MUSA ALTINIŞIK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT AKDEMİR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ TÜLİN AVCI HANSU
Siirt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Dünya genelinde artan nüfus ve teknolojik gelişmeler enerjiye olan ihtiyacı her geçen gün artırmaktadır. Enerji talebinin artmasıyla birlikte üretilen enerjiyi depolamak ve sonradan kullanmak büyük önem arz etmektedir. Süper kapasitörler, enerji depolama sistemlerinde yükleri hızlı bir şekilde depolayıp transfer ettikleri için son zamanlarda ilgi odağı olmuştur. Bu tez çalışmasında, meşe mazısından üretilen mikrodalga destekli aktif karbonlar kullanılarak süperkapasitörler için iyi özelliklere sahip olan yeni bir elektrot malzemesi üretilmiştir. Çalışmanın birinci aşamasında, meşe mazısı biyokütlesi karbonizasyon ve baz aktivasyonu yoluyla aktif karbona dönüştürülmüş; ikinci aşamada, elde edilen aktif karbonlar farklı sürelerde ve farklı güç değerlerinde mikrodalga enerjisine tabi tutulmuş; üçüncü aşamada ise elde edilen numuneler kullanılarak hedeflenen elektrotlar üretilmiştir. Üretilen süperkapasitör elektrotlarının elektrokimyasal performansları oda sıcaklığında galvanostatik şarj-deşarj (GCD), Döngüsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) teknikleri kullanılarak test edilmiş olup elektrotların kapasitesi ve kararlılıkları hesaplanmıştır. Üretilen bu elektrotlar kullanılarak toplamda dört farklı süperkapasitör hücresi geliştirilmiştir. Döngüsel voltametri eğrileri incelendiğinde, geliştirilen süperkapasitör hücrelerinin ideal kapasitif davranışı gösteren simetrik dikdörtgensel şekiller oluşturduğu görülmüştür. En iyi spesifik kapasitans değeri, 20 dk boyunca 500 W gücünde mikrodalga enerjisine tabi tutularak üretilen MAQ-4 numunesinin elektrotlarından (1 A/g akım yoğunluğunda 283,9 F/g) elde edilmiştir. 6 M KOH elektrolitinde 4 A/g akım yoğunluğunda 100 GCD döngüsünden sonra MAQ-1, MAQ-2, MAQ-3 ve MAQ-4 elektrotlarının kapasitans tutma oranları sırasıyla %94,4, %99,7, %92,6 ve %94,4 olarak hesaplanmıştır. Alınan sonuçlar, meşe mazısı biyokütlesinden üretilen aktif karbonlara mikrodalga enerjisinin uygulanmasıyla elde edilen elektrotların iletkenliği, kapasitesi, üstün döngüsel kararlılığı, çevre dostu olmaları ve düşük maliyetli olmaları nedeniyle gelecekte enerji depolama teknolojisi için önemli bir alternatif olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Increasing population and technological developments around the world increase the need for energy day by day. With the increase in energy demand, it is of great importance to store and later use the energy produced. Supercapacitors have recently been the focus of attention, as they quickly store and transfer charges in energy storage systems. In this thesis, a new electrode material with good properties for supercapacitors was produced by using microwave supported activated carbons produced from Quercus infectoria. In the first phase of the study, Quercus infectoria biomass was converted to activated carbon via carbonization and base activation; In the second stage, the obtained activated carbons were subjected to microwave energy at different times and at different power values; In the third stage, the targeted electrodes were produced using the obtained samples. The electrochemical performances of the produced supercapacitor electrodes were tested at room temperature using galvanostatic charge-discharge (GCD), Cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques, and the capacity and stability of the electrodes were calculated. A total of four different supercapacitor cells were developed using these produced electrodes. When the cyclic voltammetry curves were examined, it was observed that the developed supercapacitor cells formed symmetrical rectangular shapes showing ideal capacitive behavior. The best specific capacitance value was obtained from the electrodes of the MAQ-4 sample (283,9 F/g at a current density of 1 A/g) produced by exposing it to 500 W microwave energy for 20 minutes. Capacitance retention rates of MAQ-1, MAQ-2, MAQ-3 and MAQ-4 electrodes were calculated as 94,4%, 99,7%, 92,6% and 94,4%, respectively, after 100 GCD cycles in 6 M KOH electrolyte at a current density of 4 A/g. The results showed that the electrodes obtained by applying microwave energy to activated carbons produced from Quercus infectoria biomass may be an important alternative for energy storage technology in the future due to their conductivity, capacity, superior cyclic stability, environmental friendliness and low cost