Farklı türden grafen bazlı süperkapasitör elektrotlarının üretilmesi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal performanslarının belirlenmesi
Production, characterization and determination of electrochemical performance of different types of graphene-based supercapacitor electrodes
Yazar: CANBERK SARDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. ÖNDER YARGI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Grafen = Graphene ; Kapasite = Capacity ; Kondansatör = Capacitor

Özet:
Bu çalışmada süperkapasitörlerde kullanılmak üzere gözenekli ve ince yapıya sahip nikel köpük elektrot seçilmiş ve elektrot yüzeyi kronamperometri yöntemi ile sırasıyla grafen (Ni-G) ve kronapotansiyometri yöntemi ile çinko-grafen (Ni-Zn-G) kaplanmıştır. Sonrasında sırası ile grafen ve nikel + grafen kaplı elektrotların özellikleri kaplı olmayan nikel elektrot ile birlikte karşılaştırılmıştır. Elektrotların hazırlanmasının ardından elektro kimyasal özellikleri iki farklı türde elektrolit içerisinde incelenmiş ve birbirlerine göre farklılıkları karşılaştırılmıştır. Grafen kaplama, Grafen-Lityum Perklorat (G-LiClO4) dispersiyonu, Zn kaplama işlemi çinko tuzları kullanılarak hazırlanan çözelti kullanılarak yapılmıştır. Ni, Ni-G ve NiZn-G elektrotlar iyonik (LiClO4) ve iyonik + organik (LiClO4 + PVA) elektrolitler içerisinde elektrokimyasal ölçümlere tabi tutulmuştur.  Sırasıyla 25, 50, 100 ve 200 mV/s tarama hızlarında dönüşümlü voltametri (CV) ve 1, 2, 3, 5, 10 mA sabit akımlarında galvanostatik şarj / deşarj işlemi (GCD) uygulanmıştır. Elektrokimyasal ölçümler çözelti ortamında gerçekleştirilmiş ve ölçümler için 2 elektrotlu hücre sistemi kullanılmıştır. Ni, Ni-G ve Ni-Zn-G elektrotlar çalışma elektrotu, Pt karşıt elektrot olarak kullanılmıştır.
Ni, Ni-G ve NiZn-G elektrotların, LiClO4 ve LiClO4 + PVA elektrolitleri içerisindeki spesifik kapasitans, şarj ve deşarj karakteristiği, enerji ve güç yoğunluğu değerleri hesaplanmıştır. Bu çalışma ile birlikte, elektrot yüzeyinde yapılan modifikasyonlar ve çözeltinin değiştirilmesi ile süperkapasitörün kapasitans, enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğu gibi değerlerin artırılabileceği anlaşılmıştır. Anahtar Kelimeler: Enerji depolama, kapasitans, süperkapasitör

Abstract:
In this study, porous and thin nickel foam surface as supercapacitor electrode was coated with graphene (Ni-G) and zinc-graphene (Ni-Zn-G), respectively, using the chronopotentiometry and chronoamperometry method and their properties were compared. Graphene coating was made with the solution prepared using graphene-LiClO4 dispersion, Zn coating was implemented by using zinc salts. At the same time, Ni, Ni-G and NiZn-G electrodes were subjected to electrochemical measurements in ionic (LiClO4) and ionic + organic (LiClO4 + PVA) electrolytes. Cyclic voltammetry (CV) at scanning rates of 25, 50, 100 and 200 mV/s and galvanostatic charge-discharge treatment (GCD) at constant currents of 1, 2, 3, 5, 10 mA were applied, respectively. Electrochemical measurements performed in a solution which has 2-electrode cell system. Ni, Ni-G and NiZn-G electrodes used as working electrode and Pt as counter electrode.
Specific capacitance, charge and discharge characteristics, energy and power density values of Ni, Ni-G and NiZn-G electrodes in LiClO4 and LiClO4 + PVA electrolytes were calculated. It has been understood that with the modifications made on the electrode surface and changing the solution, the values such as capacitance, energy density and power density of the supercapacitor can be increased and as a result of this study, the specified outputs are presented. Keywords: Energy storage, capacitance, supercapacitor