Atık biyokütle temelli aktif karbonların sentezi, karakterizasyonu ve enerji depolama özelliklerinin incelenmesi
Synthesis, characterization and investigation of the energy storage properties of waste biomass based activated carbons
Yazar: MEHMET ALİ ÖZŞANLI
Danışman: PROF. DR. AHMET TABAK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞRUL YUMAK
Sinop Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Enerji depolama = Energy storage ; Hava stabilizasyonu = Air stabilization ; Kimyasal aktivasyon = Chemical activation

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı elektrokimyasal enerji depolama sistemlerinde kullanılan elektrot malzemelerinin atık biyokütlelerden elde edilerek kullanılabilirliğinin ticari aktif karbonlar ile kıyaslanmasıdır. Atık biyokütle olarak seçilen çam kozalaklarından hem geleneksel kimyasal aktivasyon teknikleri hem de yeni bir ön işlem tekniği olan hava stabilizasyonu tekniği ile aktif karbonlar sentezlenmiştir. Aktif karbonlar yüzey özelliklerinin belirlenebilmesi adına BET, SEM, TEM ve XPS teknikleri ile detaylı olarak karakterize edilmiştir. Tez kapsamında, hava stabilizasyonu tekniğinde ısıtma hızı ve stabilizasyon sıcaklığı, kimyasal aktivasyon tekniğinde ise aktive edicinin karbon kaynağına oranı gibi farklı parametrelerin aktif karbonların gözeneklilik, yüzey alanı, morfolojisi, kimyası ile elektrokimyasal enerji depolama özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Hava stabilizasyonu ön işlemine tabi tutulan çam kozalaklarından direk kimyasal aktivasyon tekniği ile elde edilen aktif karbonların hava stabilizasyonu işlemi kullanılmadan aynı şartlarda elde edilen aktif karbonlara göre daha yüksek BET yüzey alanına sahip olduğu, mikro gözenek alanı ve hacminin arttığı ve yüzey morfolojisinin belirgin ölçüde değiştiği gözlenmiştir. Yüzey özelliklerindeki bu gelişmeler neticesinde spesifik kapasitans değeri 82 F/g'dan 98,4 F/g'a artmıştır. Aynı zamanda ticari aktif ile yapılan kıyaslamalar sonucunda hava stabilizasyonu ön işlemine tabi tutulduktan sonra direk kimyasal aktivasyon tekniği ile çam kabuğundan sentezlenen aktif karbonların enerji depolama alanında oldukça yüksek performans ile kullanılabilecek bir elektrot malzemesi olduğu ortaya konmuştur.

Abstract:
This thesis aims to investigate the usability of waste biomass-derived carbon-based electrodes in electrochemical energy storage systems by comparing the results with commercial activated carbon. Activated carbons were synthesized from pine cones via both chemical activation technique, and air stabilization technique which is a new pretreatment technique. Activated carbons were characterized by BET, SEM, TEM, and XPS techniques to determine the surface characteristics in detail. Within the scope, the effects of different parameters such as heating rate and stabilization temperature, and the ratio of activation agent to carbon source on the porosity, surface area, morphology, chemistry and electrochemical energy storage properties of activated carbons were investigated. It was observed that the activated carbons obtained by direct chemical activation technique from pine cones that were subjected to air stabilization pretreatment had a higher BET surface area, micropore area and volume increased, and the surface morphology changed significantly compared to the activated carbons obtained under the same conditions without using the air stabilization process. As a result of the improvements in surface properties, the specific capacitance increased from 82 F/g to 98.4 F/g. At the same time, as a result of the comparison made with commercial activated carbon, it has been revealed that activated carbons synthesized from pine cone by direct chemical activation technique after being subjected to air stabilization pretreatment are good electrode materials that can be used with very high performance in the field of energy storage.