Grafen temelli esnek kağıtların üretimi ve süperkapateri uygulamaları
Production and supercapattery applications of graphene-based flexible papers
Yazar: ESRA ATALAY MOLLAMEHMETOĞLU
Danışman: PROF. DR. MURAT ALANYALIOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Amaç: Tez çalışması kapsamında, hazırlanan esnek ve dayanıklı indirgenmiş grafen oksit (rGO) kağıtların poliindol (PIN) ve çinko oksit nanopartikül (ZnO-NPs) içeren filmleriyle kaplanması ve böylece hibrit bir enerji depolama sistemi olan süperkapateri tasarımının yapılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Hummers yöntemi ile grafen oksit (GO) sentezlenmiş ve kalıplama yöntemiyle esnek yapıda müstakil GO kağıt hazırlanmıştır.  Hazırlanan GO kağıt HI ile kimyasal olarak indirgenmiş ve rGO kağıt elde edilmiştir. rGO kağıt üzerinde elektropolimerizasyon ile PIN ince film kaplanarak rGO/PIN, ayrıca elektrodepozisyon ile rGO/ZnO, rGO/PIN/ZnO kağıtları üretilmiştir. Üretilen rGO esaslı esnek kağıt materyallerin karakterizasyonları ileri teknikler kullanılarak yapılmıştır. Elde edilen kağıtların enerji depolama kapasitelerini belirlemek için spesifik kapasitans (Cs) değerleri hesaplanmıştır.
Bulgular: Hazırlanan esnek elektrotlar içinde süperkapateri dizaynı için en iyi sonucu veren rGO/PIN kâğıt kullanılarak rGO/PIN//rGO sistemi hazırlanmıştır. rGO/PIN kağıt için Cs değeri; dönüşümlü voltametri (CV) ölçümlerine göre 1 mV.s-1 tarama hızında 80.2 mF.cm-2 olarak ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) çalışmalarına göre 2.2 mA.cm-2 akım yoğunluğunda 413.9 mF.cm-2 olarak belirlenmiştir. 2.2 mA.cm-2 akım yoğunluğuna göre enerji yoğunluğu 74.5 W.h.cm-2 ve güç yoğunluğu ise 2258 W.cm-2 olarak hesaplanmıştır.
Sonuç: Üretilen rGO/PIN//rGO süperkapateri sistemi esnekliği ve stabilitesi ile enerji depolama alanında ve çevreci enerji uygulamalarında potansiyel bir malzeme olabileceği sonucuna varılmıştır.
aktır.

Abstract:
Purpose: Within the scope of the thesis study, produced flexible and durable reduced graphene oxide (rGO) papers were coated with polyindole (PIN) and zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) films to design a supercapattery as a hybride energy storage system.
Method: Firstly, graphene oxide (GO) was synthesized by Hummers method and flexible freestanding GO paper was prepared by mold-casting method. Prepared GO paper was chemically reduced with HI and rGO paper was obtained. rGO/PIN was produced by electropolymerization of indole on rGO paper and also rGO/ZnO, rGO/PIN/ZnO papers were produced by electrodeposition. Characterization of produced rGO based flexible paper materials was carried out using advanced techniques. Specific capacitance (Cs) values were calculated to determine the energy storage capacities of the obtained papers.
Findings: Among the prepared flexible electrodes, rGO/PIN//rGO system was prepared by using rGO/PIN paper which gave the best result for supercapattery design. The Cs value for rGO/PIN paper was determined as 80.2 mF.cm-2 at 1 mV.s-1 scan rate according to cyclic voltammetry (CV) measurements and as 413.9 mF.cm-2 at 2.2 mA.cm-2 current density according to galvanostatic charge-discharge (GCD) studies. According to the 2.2 mA.cm-2 current density, the energy density was calculated as 74.5 W.h.cm-2 and the power density was calculated as 2258 W.cm-2.
Results: It was concluded that the produced rGO/PIN//rGO supercapattery system could be a potential material in energy storage and green energy applications with its flexibility and stability.