Koyu ötektik çözücülerin süperkapasitör performansı üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of deep eutectic solvents on supercapacitor performance
Yazar: MERAL EJDER
Danışman: PROF. DR. MUZAFFER BALBAŞI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Dünya nüfusunun hızla artması, teknolojik gelişmeler ve beraberinde gelen yükselen yaşam standartları doğal olarak enerji ihtiyacında da artışa neden olmaktadır. Günümüzde enerjinin üretiminin yanı sıra depolanmasının da son derece önemli hale geldiği bir gerçektir. Yüksek güç yoğunlukları, anlık enerji sağlayabilmeleri, uzun çevrim ömürleri ve hızlı şarj-deşarj gibi üstün özellikleriyle süperkapasitörler, diğer enerji depolama sistemleri ile kıyaslandığında, pratik kullanımları açısından pek çok avantajı da beraberinde getirmiştir. Elektrokimyasal potansiyel penceresi genel olarak sulu, organik ve iyonik sıvılar gibi geleneksel elektrolit tiplerine göre değişkenlik göstermekle birlikte, son yıllarda birçok organik, inorganik ve organo-metallik bileşiği çözebilen, uçucu olmayan ve polar özelliğe sahip çevre dostu ötektik karışımlar metal işleme, elektro kaplama ve nanoteknoloji gibi pek çok alanda uygulama alanı bulmaktadır. Geniş yelpazede organik ve inorganik bileşen içerebilen ötektik karışımlar kolay sentezlenebilir, termal olarak kararlı, biyobozunur ve geniş elektrokimyasal pencerelerini karşılayabilen özellikleriyle de elektrokimyasal enerji depolama sistemlerinde elektrolit olarak potansiyel kullanım alanları sunabilir. Bu çalışmada tasarlanan süperkapasitörler; akım toplayıcılar, koyu ötektik elektrolitler aktif karbon bazlı simetrik elektrolardan oluşmaktadır. Süperkapasitörlerin elektrokimyasal performanslarının belirlenmesinde farklı potansiyel aralıklarda çevrimsel voltametri ve sabit akım şarj-deşarj teknikleri kullanılmıştır. Üç aşamada gerçekleştirilen deneylerde; ilk aşamada etilen glikol esaslı amonyum, potasyum ve sodyum iyodür tuzlarının ötektik karışımları elektrolitleri, ikinci aşamada etilen glikol esaslı amonyumun iyodür, bromür ve florür tuzlarının ötektik karışımları ve üçüncü aşamada amonyum iyodür elektrolitinin faklı molar oranları üzerinde çalışıldı. Etilen glikol amonyum iyodür elektroliti 0-2V potansiyel pencerede 5 mV/s tarama hızında en yüksek özgül kapasitans değerlerini vermiştir. Ragon grafikleri bütün potansiyel aralıklarda EG+NH4I ile hazırlanan elektrolit içinde kullanılan süperkapasitörün kullanılan diğer elektrolitlere göre enerji ve güç yoğunluğu açısından en iyi performansa sahip olduğunu göstermiştir

Abstract:
The rapid increase in the world population, technological developments, and the rising standards of living naturally cause an increase in energy demand. Currently, it is a reality that the storage of energy has become extremely important as well as the production of energy. Supercapacitors, with their superior features, such as high-power densities, instant energy supply, long cycle life, and fast charge-discharge have brought many advantages in terms of practical use compared to other energy storage systems. Although the electrochemical potential window generally varies according to traditional electrolyte types such as aqueous, organic, and ionic liquids, in recent years, environmentally friendly eutectic mixtures with non-volatile and polar properties, which can dissolve many organic, inorganic, and organometallic compounds, are used in various areas such as metalworking, electroplating, and nanotechnology. Eutectic mixtures have the potential to be used as electrolytes in electrochemical energy storage systems. Since they contain a wide range of organic and inorganic components, they can be easily synthesized. In addition to that, they are thermally stable, biodegradable, and can meet wide electrochemical windows. Supercapacitors designed in this study are current collectors, deep eutectic electrolytes, and active carbon-based symmetrical electrolytes. Cyclic Voltammetry and Constant Current Charge/Discharge techniques were used in different potential ranges to determine the electrochemical performance of supercapacitors. The experiments are carried out in three stages. In the first stage, eutectic mixtures of ethylene glycol based ammonium, potassium and sodium iodide salts, in the second stage, eutectic mixtures of ethylene glycol-based ammonium iodide, bromide and fluoride salts, and in the third stage, different molar ratios of ammonium iodide electrolyte were studied. Ethylene glycol ammonium iodide electrolyte gave the highest specific capacitance values at a scanning rate of 5 mV/s in the 0-2V potential window. Ragon graphs showed that the supercapacitor used in the electrolyte prepared with EG+NH4I in all potential ranges had the best performance in terms of energy and power density compared to the other electrolytes used.