Bor katkılı ve biyokütle temelli karbon süperkapasitör enerji depolama malzemelerinin geliştirilmesi
Development of boron doped and biomass based carbon supercapacitor materials
Yazar: AYŞENUR KARAMUSTAFA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKÇEN AKGÜL
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Üretilen enerjiyi daha sonra kullanmak üzere depolamaya enerji depolama denir. Enerji depolamanın birden fazla çeşidi vardır. Süperkapasitör yüksek enerji ve güç yoğunluğu, yüksek çevrim ömrü, hızlı şarj/deşarj özelliklerine sahip enerji depolama sistemlerinden biridir. Süperkapasitörlerin enerji depolama kapasitelerinin ve enerji yoğunluğunun arttırılması ile ilgili elektrot malzemesi geliştirilmesi üzerine birçok çalışmalar yapılmaktadır. Süperkapasitör elektrot malzemesi olarak karbon temelli malzemeler de kullanılmaktadır. Bu çalışmada karbon enerji depolama malzemesi, yenilenebilir biyokütle kaynağından geliştirilmiştir. Yenilenebilir biyokütle olarak yerel çay atıkları kullanılmıştır. Çay atıkları biyokütlesinin pirolizi ile karbonize materyal türetilmiştir. Karbon materyalin enerji depolama kapasitesinin artırılması için grafitizasyon, aktivasyon ve heteroatom/bor katkılama işlemleri uygulanmıştır. Ayrıca nitrik asit ile partikül boyutunun geliştirilmesi ve enerji depolama özelliğinin değişimi de incelenmiştir. Elde edilen elektrot malzemelerinin detaylı karakterizasyonları yüzey alanı ölçümü (BET), taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışınımı kırınım yöntemi (XRD), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), termogravimetrik analiz (TGA), Parçacık Boyutu Dağılımı yöntemleriyle yapılmıştır. Kapasitansların belirlenmesi için üç elektrotlu sistem ile elektrokimyasal ölçümler (CV ölçümü) gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda geliştirilen BC-B-Y-KOH2-B2 materyalinin 69,3 F/g ile en yüksek yarı hücre enerji depolama kapasitesine sahip olduğu gözlenmiştir. Grafitizasyon, aktivasyon ve katkılama işlemleri ile amorf yapının geliştirilip enerji depolama kapasitesinin artırılabileceği ve yenilenebilir çay atığı biyokütlesinin enerji depolama materyali olarak kullanılabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Storing the produced energy for later use is called energy storage. There are various types of energy storage systems. Supercapacitor is one of the energy storage systems with high energy and power density, high cycle life, fast charge / discharge features. Many studies have been carried out on the development of electrode material to increase the energy storage capacity and energy density of supercapacitors. Carbon-based materials are also used as the supercapacitor electrode material. In this study, the carbon energy storage material has been developed from a renewable biomass resource. Local tea wastes were used as renewable biomass. Carbonized material was derived by pyrolysis of tea waste biomass. Graphitization, activation and heteroatom / boron doping processes have been applied to increase the energy storage capacity of the derived carbon material. In addition, the improvement of particle size with nitric acid and the change of energy storage properties were also investigated. Detailed characterizations of the obtained electrode materials were made by Brunauer–Emmett–Teller (BET), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction analysis (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Thermogravimetric analysis (TGA), particle size distribution methods. Electrochemical measurements (CV measurement) were carried out with a three-electrode system to determine capacitances. It was observed that developed BC-B-Y-KOH2-B2 material has the highest half cellenergy storage capacity with 69,3 F / g. With graphitization, activation and doping processes, it has been shown that the amorphous structure can be improved, energy storage capacity can be increased and renewable tea waste biomass can be used as energy storage material.