Nanomalzeme katkılı süperkapasitörlerin geliştirilmesi
Development of nanomaterial doped supercapacitors
Yazar: HİLAL PEÇENEK HAYAT
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES ; DOÇ. DR. FATMA KILIÇ DOKAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektrokimya = Electrochemistry ; Enerji depolama = Energy storage ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system

Özet:
Fosil yakıtların hızla tükenmesi ve sürekli artan enerji gereksinimleri, çevre dostu, verimli elektrokimyasal enerji depolama cihazlarını gerekli kılmaktadır. Elektrokimyasal enerji depolama sistemleri arasında süperkapasitörler, hızlı şarj/deşarj yeteneği, uzun döngü ömrü ve yüksek güç yoğunlukları ile öne çıkmaktadır. Mevcut enerji araştırmaları, daha çok sürdürülebilir ve yeni nesil elektronik cihazların ihtiyacını karşılayabilecek özelliklere sahip, enerji depolama cihazlarının geliştirilmesine odaklanmaktadır. Bu amaçla, tez çalışmasında, gelişen teknoloji ile ortaya çıkan çok işlevli yapıya sahip sistemler için uygun fonksiyona sahip nano yapılı elektrotların geliştirilmesine odaklanılmıştır. İlk çalışma ile esnek elektroniklere yönelik artan talep doğrultusunda yüksek sıkıştırılabilirliğe sahip, NiO/MnO2/Karbon nanotüp kompozitinin bir sünger üzerine kaplanmasıyla hazırlanan bir süperkapasitör elektrotu geliştirilmiştir. Yapılan ikinci çalışmada, grafitik karbon nitrür ile fonksiyonelleştirilmiş BiFeO3 kompoziti katot olarak, biyoatıktan türetilen aktif karbon anot olarak kullanılarak geniş çalışma voltaj aralığına ve yüksek kapasitansa sahip batarya tipi hibrit süperkapasitör sunulmuştur.  Son çalışma ile MXene ve MoS2 içeren kompozit yapılar ile esnek altlıklar üzerinde elektrotlar hazırlanarak elektrokimyasal performansı değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, elektrot tasarımı, malzeme sentez yaklaşımları ve yeni nesil enerji depolama cihazları için gelecek vaat eden kapasitif malzemelerin yük depolama süreci hakkında detaylı bir araştırma gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
The rapid depletion of fossil fuels and ever-increasing energy requirements necessitate environmentally friendly, efficient electrochemical energy storage devices. Among electrochemical energy storage systems, supercapacitors stand out with their fast charge/discharge ability, long cycle life, and high-power density. Current energy research focuses mostly on the development of energy storage devices that are sustainable and have features that can meet the needs of new generation electronic devices. For this purpose, the thesis study focused on the development of nanostructured electrodes with appropriate characteristics for multifunctional systems that emerged from developing technology. In the first study, a supercapacitor electrode with high compressibility was prepared by coating a NiO/MnO2/Carbon nanotube composite on a sponge, in line with the increasing demand for flexible electronics. In the second study, a battery-type hybrid supercapacitor with a wide operating voltage range and high capacitance was presented by using BiFeO3 composite functionalized with graphitic carbon nitride as the cathode and activated carbon derived from biowaste as the anode. Finally, in the last study, electrodes were prepared on flexible substrates with composite structures containing MXene and MoS2 and their electrochemical performance was evaluated. As a result, detailed research has been carried out on electrode design, material synthesis approaches and the charge storage process of promising capacitive materials for next-generation energy storage devices.