Biyolojik mikroorganizmalardan metal oksit malzemeler üreterek elektrokimyasal kapasitif özelliklerinin araştırılması
Investigation of electrochemical capacitive properties of metal oxide materials from biological microorganisms
Yazar: ALPER BİNGÖL
Danışman: PROF. DR. FUNDA ATALAY
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Süperkapasitörler ve bataryalar üzerine yapılan araştırmalarda, son beş yılda enerji konulu çalışmalara önem verilmesi nedeni ile önemli artış gözlenmiştir. Superkapasitörler enerji depolama için çok elverişli malzemeler olarak görülmektedir. Superkapasitörler bir metal elektrot ve elektrolit arasındaki arayüzeyde oluşturulan elektrik alanda enerji, depolayan sistemlerdir. Yüksek dolma-boşalma oranı, yüksek güç yoğunluğu ve uzun süreli yaşam döngüsüne sahip olması açısından bataryalarla karşılaştırıldığında eşsiz özelliklere sahiptirler.Şimdiye kadar, birçok karbon bazlı malzeme (grafen oksit, aktive edilmiş karbon, karbon nanotabakalar, karbon nanotüpler...), metal oksit malzeme (RuO2, MnO2, NiO, Co3O4, Fe3O4, V2O5, In2O3, Bi2O3) ve metal kalgonit malzeme (Ni3S2, MoS2 ) süperkapasitör elektrot malzemesi olarak kullanılmıştır [1-5]. Araştırmacılar metal oksit malzemeleri üretmek için yeni yaklaşımlar öne sürmektedirler. Bakteriler, bakteri hücre duvarları, funguslar ve virüsler gibi biyolojik yapıların nanoyapıları sentezlemede taban malzeme olarak kullanılması, süperkapsitörlerde elektrokimyasal performansı arttıracağı düşünülmektedir [6-11]. Biyolojik tabanların kullanımı bu malzemelerin ucuz, çevre dostu ve yenilenebilir olması açısından çok önemlidir.
Bu yüksek lisans tezinde, Co, Ru, Mn ve La içerikli nanoyapılı farklı metal oksit malzemeler, Cladosporium cladosporioides fungus hif ve sporlarının üzerine kimyasal çöktürme yöntemi ile kaplanmıştır. Sentezlenen malzemeler superkapasitör elektrot aktif madde olarak kullanılmıştır. Malzemelerin yüzey alanı Brunauer-Emmett-Teller (BET) analiz yöntemi ile incelenmiştir. Süperkapasitörün kapasitif özellikleri; uzun süreli dolma/boşalma testleri ve empedans spektroskobisi ile araştırılmıştır. Sentezlenen malzemenin morfolojik özellikleri ise elektron mikroskobu (SEM, TEM) ile incelenmiştir.

Abstract:
Due to the importance of energy-related work, surveys on supercapacitors and batteries have shown a significant increase in the last five years. Supercapacitors are seen as very suitable materials for energy storage. Supercapacitors are electrical energy storage systems that are formed at the interface between a metal electrode and an electrolyte. Compared to batteries, they have unique properties in terms of high charge-discharge rate, high power density and long life cycle.
Until now, many carbon-based materials (graphene oxide, activated carbon, carbon nanotubes, carbon nanotubes, ...), metal oxide materials (RuO2, MnO2, NiO, Co3O4, Fe3O4, V2O5, In2O3, Bi2O3) and metal kalgonite material (Ni3S2) were used as supercapacitor electrode material. Researchers are suggesting new approaches to producing metal oxide materials [1-5]. Biological structures like bacteria, bacterial cell walls, fungi and viruses used as templates in the synthesis of nanostructures are thought to enhance electrochemical performance in supercapacitors [6-11]. The use of biological templates is very important in terms of being cheap and eco-friendly.
In this thesis, nanostructured different Co-, Ru-, Mn- and La-based metal oxide materials, were produced by chemical precipitation method onto biotemplates like Cladosporium cladosporioides fungal hyphae and spores in aqueous solution. The synthesized materials were used as a supercapacitor active material. The surface area of that was studied by Brunauer–Emmett–Teller (BET) analysis method. Supercapacitor characteristics such as; long-term charging/discharging, and impedance characteristics were examined. The morphological properties of the synthesized material were studied by electron microscope (SEM, TEM).