Heteratom katkılı grafen-iletken polimer içeren kompozit malzemelerin hazırlanması ve süperkapasitif özelliklerinin incelenmesi
Preparation of composite materials containing heteratom doped graphene-conductive polymer and investigation of supercapacitive properties
Yazar: OKYAY KUMBAŞI
Danışman: DOÇ. DR. METİN GENÇTEN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİH BEŞİR ARVAS
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, azot katkılı grafen oksit (N-GO), kükürt katkılı grafen oksit (S-GO), klor katkılı grafen oksit (CL-GO) tek adımda üretilmiş ve hazırlanan bu katkılı grafen oksit malzemelerden iki tanesi polianilin (PANI) ile kompozit forma dönüştürülmüştür. Literatürde ilk kez, süperkapasitörler için iki heteroatom katkılı grafen oksit ve PANI içeren üçlü kompozit elektrot malzemeleri hazırlandı. Bu kapsamda heteroatom katkılı grafen oksitler ve PANI spektroskopik ve mikroskobik yöntemlerle karakterize edilmiştir. Oluşturulan üçlü kompozitler ile asimetrik formdaki madeni para tipi süperkapasitörler için anot ve katot elektrot malzemeleri elektrokimyasal yöntemlerle karakterize edilmiştir. Hazırlanan süperkapasitörlerin kapasitif davranışları, döngüsel voltammetri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemi ile incelenmiştir. Kapasitif davranışın çevrim sayısına göre değişimi çevrimsel şarj-deşarj testleri ile belirlendi. Kütlece 20:60:20 oranlarında Skatkılı grafen oksit/N-katkılı grafen oksit/polianilin içeren elektrot kullanılarak hazırlanan asimetrik tip süperkapasitörün 10 mV.s-1 tarama hızında 636,11 F.g-1 'lik bir spesifik kapasitans değerine ulaştığı görülmüş ve bu sistem 1000 döngü sonunda başlangıç kapasitansının %80'nini korumuştur. Elde edilen bu sonuçlar iletken polimerler ve heteroatom katkılı grafen oksitler kullanılarak hazırlanan süperkapasitörlerin sundukları yüksek spesifik kapasitans değeri sebebiyle yeni nesil elektrot malzemesi olarak kullanılabileceklerini göstermektedir.

Abstract:
In this study, nitrogen doped graphene oxide (N-GO), sulfur doped graphene oxide (S-GO) and Clor doped graphene oxide (CL-GO) were produced in one step, and two of these prepared materials were converted into composite form with polyaniline (PANI). For the first time in the literature, triple composite electrode materials with two heteroatom doped graphene oxides and PANI were prepared for supercapacitors. In this context, heteroatom doped graphene oxides and PANI were characterized using spectroscopic and microscopic methods. With the ternary composites formed, anode and cathode electrode materials for coin cell type supercapacitors in asymmetrical form were characterized by electrochemical methods. The capacitive behavior of the prepared supercapacitors was investigated by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) method. The change of capacitive behavior according to the number of cycles was determined by cyclic charge-discharge tests. It was observed that the asymmetric type supercapacitor prepared by using an electrode containing S-doped graphene oxide/N-doped graphene oxide/polyaniline in 20:60:20 ratios by mass reached a specific capacitance value of 636.11 F.g-1 at a scanning speed of 10 mV.s-1. It retained 80% of its initial capacitance after 1000 cycles. These results show that supercapacitors prepared using conductive polymers and heteroatom doped graphene oxides can be used as a new generation electrode material due to the high specific capacitance value they offer.