Elektrikli araçlara yönelik olarak nanoyapılı süperkapasitörlerin geliştirilmesi
Development of nanostructured supercapacitors for electric vehicles
Yazar: SEVDA YETİMAN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES ; PROF. DR. ERTUĞRUL ŞAHMETLİOĞLU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Süperkapasitör = Supercapacitor

Özet:
İklim değişikliği ile mücadele ve yeşil büyüme kapsamında karbon emisyonlarının azaltılması için ulaştırma sektörünün elektrifikasyonu büyük önem arz etmektedir. Enerji depolama sistemleri elektrikli araçların gelişimindeki en kritik bileşenler olup, bu alandaki ihtiyaçların karşılanması için yeni nesil kompozit malzemelerin tasarlanması ve geliştirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında yüksek güç ve enerji yoğunluğuna sahip enerji depolama sistemleri olarak özgün mimarilere sahip nanoyapılı Zn iyon hibrit süperkapasitörler geliştirilmiştir. İlk olarak α-Fe2O3 ile sıfır boyutlu nanomalzemeler olan karbon noktalar kullanılarak kompozit elektrotlar hazırlanmış ve tam hücrede 0.7-2.2 V potansiyel aralığında ve 1 A g1 akım yoğunluğunda 449 F g-1 kapasite elde edilmiştir. Yüksek potansiyel aralığında çalışan hibrit malzemeler üzerinde araştırmalar yapılan ikinci kısımda katot aktif madde olarak BaFe2O4@Cu2O kompozit yapısı sentezlenmiş ve süperkapasitörler geliştirilmiştir; BaFe2O4@Cu2O için 1 Ag-1 akım yoğunluğunda 803 F g-1 kapasite elde edilmiştir. Son olarak ise özgün bir elektrolit kompozisyonu geliştirilmiş ve MXene içeren üçlü bir kompozit elektrot kullanımıyla 2.5 Ag-1 akım yoğunluğunda 1697 F g-1 kapasiteye ulaşılıp, 104 W kg-1 mertebesinde güç yoğunluğuna ve 102 Wh kg-1 mertebesinde enerji yoğunluğuna sahip batarya tipi hibrit bir enerji depolama sistemi geliştirilmiştir.

Abstract:
The electrification of the transportation sector is of great importance for combating climate change and reducing carbon emissions as part of green growth. Energy storage systems are the most critical components of electric vehicles, and advancement in this field require the design and fabrication of new generation composite materials. In this thesis, nanostructured Zn ion hybrid supercapacitors with unique architectures have been developed as energy storage systems with high power and energy density. Initially, composite electrodes were prepared by combining α-Fe2O3 with zero dimensional carbon dots and supercapacitors with a specific capacitance of 449 F g-1 was obtained at a current density of 1 A g-1 and a potential range of 0.7-2.2 V in the full cell. In the second part, research was carried out on hybrid materials operating in the high potential range and BaFe2O4@Cu2O composite structure was synthesized as the cathode active material and supercapacitors were developed with a specific capacitance of 803 F g-1 at a current density of 1 A g-1. Finally, a novel electrolyte composition was developed and a battery-type hybrid energy storage system with a power density of 104 W kg-1 and energy density of 102 Wh kg-1 was developed with a specific capacitance of 1697 F g-1 at a current density of 2.5 Ag-1 by using a ternary composite electrode containing MXene.