Hidrotermal yöntem ile elde edilen Co3O4, Cr2O3 ve CoCr2O4 modifiye elektrotların süperkapasitör performansının incelenmesi
Investigation of supercapacitor performance of Co3O4,Cr2O3 and CoCr2O4 modified electrodes obtained by hydrothermal method
Yazar: ZEYNEP ORHAN
Danışman: PROF. DR. ŞAKİR AYDOĞAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Amaç: Bu tez kapsamında, süperkapasitör elektrot malzemesi olarak kobaltoksit (Co3O4), kromoksit (Cr2O3) ve kobaltkromoksit (CoCr2O4) nanoboyutlu yapıların sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal davranışlarının incelenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Co3O4, Cr2O3 ve CoCr2O4 yapıları hiçbir yüzey aktif madde kullanılmadan hidrotermal yöntem ile sentezlenmiştir. Bu sentezlenen maddelerin karakterizasyonu için taramalı elektron mikroskopi (SEM), X-ışını kırınımı (XRD) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) teknikleri kullanılmıştır. Ni-köpük alttaş üzerine 120° ve 180° sıcaklıklarda 3, 6 ve 9 saat süreyle sentezlenen Co3O4, Cr2O3 ve CoCr2O4 yapıların elektrokimyasal davranışları incelenmiştir. Elektrotların spesifik kapasitans ve kapasitans performansı, dönüşümlü voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) testleri ile üç elektrotlu sistemi kullanılarak incelenmiştir. 
Bulgular: Elektrodu oluşturan daha geniş yüzey alanına sahip Co3O4, Cr2O3 ve CoCr2O4 nanoyapılar, 1M'lık KOH elektrolit çözeltisi içerisinde süperkapasitör özelliği göstermiştir. 1 Ag-1 akım yoğunluğunda 180° sıcaklık, 9 saat sentez süresinde Co3O4, Cr2O3 ve CoCr2O4 elektrotlarının spesifik kapasitans değerleri sırasıyla 1129 Fg-1, 2380 Fg-1 ve 2479 Fg-1 dır.
Sonuç: Co3O4, Cr2O3 ve CoCr2O4 yapıları hidrotermal yöntem ile yüksek saflıkta sentezlenmiştir. Co3O4, Cr2O3 ve CoCr2O4 yapıları elektrokimyasal davranışları incelenmiş, süperkapasitörler için elektrot malzemesi olarak kullanılması uygun bulunmuştur. CoCr2O4 nanoyapılarının gelecek de yapılacak modifikasyonlarla enerji depolama ve dönüşüm cihazlarda daha yüksek performanslı materyallere alt yapı oluşturacağı düşünülmektedir.
Anahtar Kelimeler:   Süperkapasitör, Co3O4, Cr2O3 ve CoCr2O4, Hidrotermal Yöntem, CV, GCD, EIS

Abstract:
Purpose: Within the scope of this thesis, it is aimed to examine the synthesis, characterization and electrochemical behavior of cobaltoxide (Co3O4), chromoxide (Cr2O3) and cobaltchromoxide (CoCr2O4) nanosized structures as supercapacitor electrode materials.
Method: Co3O4, Cr2O3 and CoCr2O4 structures were synthesized by hydrothermal method without using any surfactants. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques were used to characterize these synthesized materials. The electrochemical behaviors of Co3O4, Cr2O3 and CoCr2O4 structures synthesized on Ni-foam substrate at 120° and 180° temperatures for 3, 6 and 9 hours were examined. The specific capacitance and capacitance performance of the electrodes were examined using the three-electrode system with cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) tests.
Findings: Co3O4, Cr2O3 and CoCr2O4 nanostructures with larger surface areas forming the electrode showed supercapacitor properties in 1M KOH electrolyte solution. The specific capacitance values of Co3O4, Cr2O3 and CoCr2O4 electrodes are 1129 Fg-1, 2380 Fg-1 and 2479 Fg-1, respectively, at 1 Ag-1 current density, 180° temperature, and 9 hours synthesis time.
Results: Co3O4, Cr2O3 and CoCr2O4 structures can be synthesized in high purity by the hydrothermal method. The electrochemical behaviors of Co3O4, Cr2O3 and CoCr2O4 structures were examined and they were found suitable to be used as electrode materials for supercapacitors. It is thought that CoCr2O4 nanostructures will form the basis of higher performance materials in energy storage and conversion devices with future modifications.
Keywords: Supercapacitor, Co3O4, Cr2O3 and CoCr2O4, Hydrothermal Method, CV, GCD, EIS