Süper kapasitörlerde hidrojen depolama malzemelerinin kullanılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of the usability of hydrogen storage materials in supercapacitors
Yazar: DİLARA KUTLUER
Danışman: PROF. DR. AYSEL KANTÜRK FİGEN ; DOÇ. DR. ÖNDER YARGI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde, küresel olarak enerji kullanımı giderek artarken, geleneksel fosil yakıtlara dayalı enerji kaynaklarının sınırlı ve çevreye zararlı olması, yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talebi artırmaktadır. Bu talep artışı, yenilenebilir enerji teknolojilerinin gelişimini hızlandırmakta ve enerji depolama çözümlerine olan ihtiyacı daha da önemli hale getirmektedir. Bu noktada, süper kapasitörler, yüksek enerji yoğunluğu, hızlı şarj/deşarj özellikleri ve uzun ömürleri ile dikkat çeken bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Süper kapasitörler, elektrikli araçlar, yenilenebilir enerji sistemleri ve taşınabilir cihazlar gibi birçok alanda kullanılabilirler. Bu çalışma kapsamında, elektrodepozisyon yöntemi ile nikel köpük üzerine kaplanan LiBH4 – metal oksit (metal oksit: Al2O3, CaO, MgO, SiO2) kompozit elektrotların elektrokimyasal performansı araştırılmıştır. Döngüsel voltammetri (CV) ölçümleri 0 – 1,5 V voltaj aralığında 20 – 200 mV/s tarama hızlarında gerçekleştirilmiştir. Galvanostatik şarj/deşarj (GCD) analizi ve kararlılık ölçümleri 0,1 mA ile 3 mA arasında değişen akım yoğunluklarında 2000 döngü boyunca gerçekleştirilmiştir. Tüm elektrotların morfolojik özellikleri ve element dağılımları, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile birlikte enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca, kimyasal bileşimi aydınlatmak için X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizleri yapılmıştır. 
LiBH4 – CaO elektrotu, muhtemelen Ni köpük yüzeyine homojen kaplanması nedeniyle en iyi döngüsel performansı göstermiştir. Ek olarak, LiBH4 ve LiBH4 – metal oksit elektrotlar arasındaki karşılaştırma sonucunda, metal oksitlerin varlığının enerji ve güç yoğunluklarını iyileştirdiği görülmüştür.

Abstract:
Today, as global energy consumption increases, the finite and polluting nature of traditional fossil fuel-based energy sources is driving demand for renewable energy sources. This increase in demand is accelerating the development of renewable energy technologies and making the need for energy storage solutions even more important. At this point, supercapacitors stand out as a remarkable alternative with their high energy density, fast charge/discharge characteristics and long life. Supercapacitors can be used in many areas such as electric vehicles, renewable energy systems and portable devices. In this study, the electrochemical performance of LiBH4 – metal oxide composite electrodes coated on nickel foam by electrodeposition method was investigated. Supercapacitors have attracted significant attention in recent years due to their unique ability to efficiently store and deliver energy, bridging the gap between conventional capacitors and batteries. With their high power density, fast charge-discharge capabilities and long cycle life, supercapacitors offer promising solutions for various energy storage applications. To optimise the performance of supercapacitors, extensive research has focused on the development of advanced electrode materials with improved electrochemical properties. In this study, four different lithium borohydride (LiBH4)-metal oxide (Al2O3, CaO, MgO, SiO2) composites were prepared and electrodeposited on nickel foam. Cyclic voltammetry (CV) measurements were performed at scan rates of 20 – 200 mV/s in the voltage range of 0 – 1.5 V. Galvanostatic charge/discharge (GCD) analysis and stability measurements were performed for 2000 cycles at current densities ranging from 0.1 mA to 3 mA. Morphological features and elemental distributions of all electrodes were studied using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) combined with scanning electron microscopy (SEM). In addition, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses were performed to elucidate the chemical composition.
The LiBH4/CaO composite electrode showed the best cyclic performance, possibly due to its homogeneity. Furthermore Furthermore, the comparison between LiBH4 and LiBH4-metal oxide electrodes showed that the presence of metal oxides improved the energy-power densities.