Aktif karbon temelli enerji depolama sistemlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of activated carbon-based energy storage systems
Yazar: SERAP YUMAK
Danışman: DOÇ. DR. ABDULKERİM KARABULUT
Sinop Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Nükleer Enerji ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Biyokütle = Biomass ; Elektrokimyasal yöntem = Electrochemical method ; Kondansatör = Capacitor

Özet:
Bu tez çalışmasında atık biyokütle olarak seçilen çam kozalaklarından kimyasal aktivasyon tekniği ile üretilen aktif karbonların süperkapasitör uygulamalarında elektrot aktif maddesi olarak kullanımı incelenmiştir. Tez kapsamında öncelikli olarak ticari aktif karbon kullanılarak optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiş olup belirlenen optimum koşullarda biyokütle temelli aktif karbonlar farklı elektrokimyasal testlere tabi tutulmuştur. CR2032 sistemi için optimum elektrot bileşiminin AC:CB:PVDF % kütlece oranının 80:15:05 olduğu, optimum çalışma potansiyel aralığının 0,7-0,9V arasında olduğu ve optimum elektrot kalınlığının 60 mm olduğu belirlenmiştir. Ticari aktif karbon ve biyokütle temelli aktif karbonlar için hem üç elektrotlu sistem hem de CR2032 sisteminde dönüşümlü voltametri, sabit akım şarj-deşarj ve empedans spektroskopisi teknikleri ile analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar spesifik kapasitans, eş-değer seri direnç, Kolombik verim gibi parametreler üzerinden kıyaslanmıştır. Biyokütle temelli aktif karbonlar 1000 mA/g gibi yüksek bir sabit akım yoğunluğunda bile 43,7 F/g spesifik kapasitans ve 105,8 mV ESR değeri ve %98 Kolombik verim sergilemiştir. Sonuç olarak biyokütle temelli aktif karbonların süperkapasitör uygulamalarında elektrot malzemesi olarak kullanımının uygun olduğu ortaya konmuştur.

Abstract:
In this thesis, activated carbons produced by chemical activation technique from pine cones which was selected as waste biomass and their electrochemical performance as an electrode active material in supercapacitor applications was investigated. Within this scope, the optimization study was carried out primarily by using commercial activated carbon, and biomass-based activated carbons were subjected to different electrochemical tests under the determined optimum conditions. It has been determined that the optimum electrode composition for the CR2032 system is AC:CB:PVDF, the mass% ratio is 80:15:05, the optimum operating potential range is between 0.7-0.9V, and the optimum electrode thickness is 60 mm. Commercial activated carbon and biomass-based activated carbons were analyzed by cyclic voltammetry, constant current charge-discharge and impedance spectroscopy techniques in both the three-electrode system and the CR2032 system. The obtained results were compared over parameters such as specific capacitance, equivalent series resistance, and colombic efficiency. Biomass-based activated carbons exhibited a specific capacitance of 43.7 F/g and an ESR of 105.8 mV and a 98% Columbic efficiency even at a high constant current density of 1000 mA/g. As a result, it has been demonstrated that the biomass-based activated carbons are regarded as good electrode material in supercapacitor applications.