Yarı-katı polimer elektrolitlerin simetrik bir süperkapasitörde elektrokimyasal karakterizasyonu
Electrochemical characterization of semi-solid polymer electrolytes in a symmetrical supercapacitor
Yazar: DURUL BÜŞRA DİLDEN
Danışman: PROF. DR. MUZAFFER BALBAŞI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Enerji = Energy ; Kondansatör = Capacitor ; Ksantan zamkı = Xanthan gum ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Küresel ekonomideki hızlı büyüme, yaşam kalitesi standartlarındaki önemli artış ve fosil yakıt rezervlerinin hızla tükenmesi önemli çevresel problemlere yol açmaktadır. Bu sebeple, sıfır emisyonlu ve yenilenebilir enerji teknolojilerine eğilim kaçınılmaz bir sonuç olarak ortaya çıkmakta ve enerji depolama cihazları enerji naklinin gerekli olduğu yerlerde başarılı bir enerji yönetim sisteminin kilit unsurlarından biri haline gelmektedir. Günümüzde, yüksek performanslı elektrokimyasal enerji depolama materyalleri ve cihazları yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. Bu bağlamda, pil ve süper kapasitörler gibi EDS cihazları, yüksek verimlilik, kararlılık ve çevresel uyumluluk nedeniyle daha çok tercih edilmektedir. Süperkapasitörler, yüksek özgül güç yoğunlukları, hızlı şarj / deşarj çevrimleri ve uzun servis ömürleri nedeniyle yüksek güç yoğunluğu gerektiren uygulamalarda (elektrikli araçlar, uydular, robotlar vb.) ön plana çıkmaktadır. Son dönemlerde çalışmalar, süperkapasitörlerin fonksiyonel kullanımının ve uygulamalarının artması ile mekanik olarak
kararlı, kullanımı güvenli ve esnek elektrolit materyallerinin geliştirilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Bu çalışmada tasarlanan süperkapasitörler, yarı katı elektrolit (XG-LiPF6 ve XG-Na2SO4), paslanmaz çelik akım toplayıcılar ve %80 aktif karbon içeren simetrik elektrotlardan meydana gelmektedir. Süperkapasitörlerin elektrokimyasal performansları farklı potansiyel aralıklarda çevrimsel voltametri (CV), sabit akım şarj deşarj (CCCD) ve self-deşarj teknikleri ile değerlendirilmiştir. Süperkapasitörler en yüksek kapasitans değerlerini 0-1,25 V aralığında göstermiştir. XG-Na2SO4 içeren süperkapasitör için 5 mV/s tarama hızında 1,25 V potansiyelde CV ve CCCD yöntemine göre en yüksek özgül kapasitans değeri sırasıyla 30,80 F/g ve36,18 F/g'dır. XG-LiPF6 içeren süperkapasitör için ise bu değerler sırasıyla 36,12 F/g ve 37,50 F/g'dir. XG- LiPF6 elektroliti en yüksek enerji ve güç yoğunluğu değerlerini 0-1,25 V aralığında XG-Na2SO4 ise en yüksek enerji yoğunluğu değerlerini 0-1,25 V, en yüksek güç yoğunluğu değerlerini 0-0,5 V aralığında göstermiştir. Self-deşarj deneylerinde 0,03 A sabit akımda XG-LiPF6 % 97 daha yüksek performans sergilemiştir.

Abstract:
The rapid growth in the global economy, the significant increase in the quality of life standards and the rapid depletion of fossil fuel reserves cause serious environmental problems. Therefore, the trend towards zero-emission and renewable energy technologies is an inevitable consequence, and energy storage devices become one of the key elements of a successful energy management system where energy transport is required. Today, highperformance electrochemical energy storage materials and devices are intensively researched. In this context, energy storage devices such as batteries and supercapacitors are more preferred due to their high efficiency, stability and environmental compatibility. Supercapacitors come to the fore in applications that require high power density (electric vehicles, satellites, robots, etc.) due to their high specific power densities, fast charge/discharge cycles and long service life. Recently, with the increase in the functional use and applications of supercapacitors, studies have focused on the development of mechanically stable, safe, and flexible electrolyte materials. The supercapacitors designed in this study consist of semi-solid electrolyte (XG-LiPF6 and XG-Na2SO4), stainless steel current collectors and symmetrical electrodes containing 80% activated carbon. Electrochemical performances of supercapacitors were evaluated with cyclic voltammetry (CV), constant current charge-discharge (CCCD) and self-discharge techniques at different potential ranges. Supercapacitors showed the highest capacitance values in the range of 0-1.25 V. For the supercapacitor containing XG-Na2SO4, the highest specific capacitance value is 30.80 F/g and 36.18 F/g, respectively, according to the CV and CCCD method, at a potential of 1.25 V at a scanning rate of 5 mV/s. For the supercapacitor containing XGLiPF6, these values are 36.12 F/g and 37.50 F/g, respectively. XG-LiPF6 electrolyte showed the highest energy and power density values in the range of 0-1.25 V, XG-Na2SO4 showed the highest energy density values in the range of 0-1.25 V and the highest power density values in the range of 0-0.5 V. In self-discharge experiments, XG-LiPF6 showed 97 % higher performance at a constant current of 0.03 A.