Metal oksit elektrotlarının süperkapasitör performansları üzerindeki etkisinin araştırılması
Investigation of porous electrodes on supercapacitors
Yazar: BENAN AKSOY
Danışman: DOÇ. DR. ÖNDER YARGI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Bakır = Copper ; Elektrotlar = Electrodes ; Performans = Performance ; Çinko = Zinc

Özet:
Bu tezin amacı yüksek enerji ve güç yoğunluklu ve çevrim kararlığına sahip süperkapasitörlerde kullanılan elektrotların üretimininin başarılmasıdır. Çalışma da malzemelerin elektrokimyasal indirgenmesive alaşımsızlandırma gibi nanoüretim süreçleri geliştirilmiştir. Bu amaçla nikel köpüküzerinde direkt olarak sırasıyla çinko biriktirilmesi ardından Ni köpük üzerinden alaşımsızlaştırma yapılarak Ni köpük üzerinde nano gözenekli nikel(np-Ni) elektroaktif malzeme olarak biriktirilmiştir. Nikel köpük bazik sulu elektrolitte çalışan süperkapasitörlerde mükemmel elektrokimyasal kararlılığı ile iyi bir akım toplayıcısıdır. Nanogözenekli nikel(np-Ni) yüksek gözeneklilik, yüzey/hacim oranı ile iyon taşınımı için kısa difüzyon yolları sağlayan geçirgen bir malzemedir. Np-Ni malzeme NF üzerinde özgülkapasitansı artırmak amacıyla katot elektrot olarak kullanılmıştır. Anot ve katot elektrotlarda sulu potasyumhidroksit (KOH) elektrolit kullanılması uygun görülmüştür. Elektrokimyasal ölçümler, döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve empedans spektroskopisi teknikleri kullanılarak aygıt tasarımı gerçekleştirilmiştir. Süperkapasitör elektrot sisteminin akım-potansiyel davranışı ve yük depolama mekanizmasının tersinirliği ile ilgili bilgi veren CV ölçümleri için en sade elektrottan başlayarak hedeflenen
katotota doğru modifiye edilmiş elektrotların her biri için ayrı ayrı analiz yapılmıştır. Elektrokimyasal ölçümler için başlangıçta en sade elektrottan başlayarak hedef katot elektrota doğru yani Nikel, Nikel-Çinko, NikelÇinkosuz;(Katot) ve Anot (bakır ve platin) elektrotlar için üç elektrot konfigürasyonu 6M KOH elektroliz içinde gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada ise (Katot/Anot) ikili elektrot sistemi kullanarak aynı analizler yapılmış olup üçlü elektrot sistemi ile mukayese etme imkânı oluşmuştur. Bazik elektrolitik ortamda elektroaktif malzemelerin indirgenme-yükseltgenme tepkimeleri, kapasitifözellikleri ve çevrim kararlılıkları dönüşümlü Voltametri (CV)ve
galvanostatik şarj-deşarj çevrimi (GCD) ölçüm teknikleri kullanılarak incelenmiştir.

Abstract:
The overall aim of this thesis is to achieve the production of electrodes used insupercapacitors with high energy and power density and cycle retention. Nanofabrication processes of these materials such as electrochemical
reductionand dealloying will be develope. Also, electrode structure and its design principles for supercapacitors with large effective surface area per unit will be discussed.For this purpose, zinc was deposited directly on nickel and copper foam, followed by unalloyed on Ni foam, and nanoporous nickel (np-Ni) was deposited as electroactive material on Ni foam.The mesoporous NF is a good current collector in alkaline supercapacitors with well electrochemical stability. Nanoporous Ni (np-Ni) is permeable material that has a very high porosity with their high surface to volume ratio and short path length for ion transportation. npNi on NF will be used to maximize the specific capacitance as cathode electrode. The aqueous KOH electrolyte with proper ions are selected to be used together with anode and cathode electrodes for supercapacitors. Producing of device was suplied using electrochemical measurements, cyclic voltameter (CV), galvonasttaic charge-discharge (GCD) andempedance spectroscopy techniques. CV measurements which give information about current-potenatial behavior of supercapacitor electrot system and reversibility of charge storage was analyzed separetely for each electrode starting from the base electrot to catode which is targeted modified electrode. At first, three electrode sysyem was used in 6M KOH electrolite starting from elemanter electrode to catode electrode for Nickel, NickelZinc, and anodeelectrodes. In seceond stage, two electrode system was compared with that of three electrode system. Cyclic voltammetry (CV)and galvanostatic charge–discharge cycling (GCD) measurements was used to investigate redox couple, capacitive properties and cycling stability of electroactive materials in alkaline electrolyte, respectively.