Metal katkılı karbon aerojel üretimi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Metal doped carbon aerogel production and investigation of their electrochemical properties
Yazar: BURAK ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. H. CANAN CABBAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Aerojel = Aerogel ; Gözenekli katılar = Porous solids ; Karbon = Carbon ; Kondansatör = Capacitor

Özet:
Bulunduğumuz çağda teknoloji ve sanayinin hızla ilerlemesi enerjiyi depolamaya olan gereksinimi de arttırmaktadır. Bu nedenle oldukça güvenli ve çevre dostu elektrik enerjisi depolama aygıtı olmaları nedeniyle elektrokimyasal kapasitörlere olan ilgi büyümektedir. Karbon aerojeller (KA) yüksek gözeneklilik, düşük elektriksel özdirenç, kontrol edilebilir gözenek yapısı, yüksek yüzey alanı, iyi elektriksel iletkenlik, termal ve mekanik özellikleri gibi cazip özelliklerinden dolayı süperkapasitör elektrot malzemeleri uygulamaları için aday gösterilmektedir.Bu çalışmada KA'nın yapısal ve elektrokimyasal özelliklerine metal katkısının etkisini incelemek için tüm değişkenler sabit tutularak KA üretilmiştir. KA'ya Ni, Co, Cr ve Zn metallerinin tuzları kullanılarak değişik molar oranlarda metal katkıları yapılmıştır.Sentezlenen ve herhangi bir metal katkısı olmayan KA'nın FTIR spektrumu ticari KA'nın FTIR spektrumu ile karşılaştırılmış ve oldukça benzer oldukları görülmüştür. Buradan KA üretiminde başarılı olunduğu sonucu çıkarılmıştır. Metal katkısının KA yapısına etkisini incelemek amacı ile metal katkılı KA'ların FTIR spektrumları alınmış ve metal katkılarının KA yapısına etki ettiği sonucuna varılmıştır. Ayrıca her metal grubunun FTIR spektrumu kendi içinde uyum göstermektedir.Yapılan metal katkılarının KA'nın BET yüzey alanına doğrusal bir etki yapmadığı görülmüştür. Yapılan metal katkılarının BET yüzey alanına etkisi incelendiğinde en belirgin artış Ni katkısı (0,7 mmol/L) ile sağlanmıştır. Zn ve Cr metallerinin de BET yüzey alanı artışında oldukça etkili olduğu görülmektedir. Ancak Co metali incelendiğinde BET yüzey alanını arttırma yönünde bir etkisi bulunmadığı görülmektedir. En yüksek BET yüzey alanı 0,7 mmol/L Ni katkısı yapılan KA için 481 m2/g olarak elde edilmiştir.Metal katkısı yapılan KA'ların kapasitans değerlerinin BET yüzey alanı değerleri ile birebir ilişkili olmadığı ancak benzer bir çizgide hareket ettikleri görülmüştür. En yüksek kapasitans değeri 5 mV/s tarama hızı ve + 1,2 - ?1,2 potansiyel aralıkta 0,3 mmol/L Ni katkısı yapılan KA için 44,6 F/g olarak elde edilmiştir.

Abstract:
As technology and industry grow up rapidly in modern era, the necessity of energy storage also increases. Therefore, because of their quite safe and environmentally friendly properties, the interest in electrochemical capasitors is growing. Carbon aerogels are shown candidate for supercapacitor electrode material applications due to their attractive properties such as high porosity, low electrical resistivity, controllable pore structure, high surface area, good electrical conductivity, thermal properties and mechanical properties.In this study, carbon aerogel is produced when all variables are constant to examine effect of metal impregnation on the structural and electrochemical properties of carbon aerogel. Using Ni, Co, Cr and Zr salts with different molar ratios, metal impregnations are conducted.When FTIR spectra of pure carbon aerogel and commercial carbon aerogel are compared, it is observed that these spectra are quite similar. Hence, it is concluded that successful in the production of carbon aerogel. To examine effect of metal impregnation on structre of carbon aerogel, FTIR spectra of metal impregnated carbon aerogels were taken and it was concluded that metal impregnation was effective on structre of carbon aerogels. In addition, FTIR spectra of each metal group are consistent within each other.It is observed that the metal impregnation has not direct effect on BET surface area of carbon aerogel. Regarding the effect of metal impregnations on BET surface area, the most significant increase in BET surface area is provided with addition of Ni (0,7 mmol/L). It also seems that Zn and Cr metals are quite effective in increase of BET surface area. However, as for Co metal, there is no significant effect on increment of BET surface area. The highest BET surface area is obtained as 481 m2/g for carbon aerogel impregnated 0,7 mmol/L Ni.It is observed that capacitance values and BET surface areas of metal doped carbon aerogels are not related with each other exactly but, they act in a similar line. The highest capacitance value was obtained as 44,6 F/g for 0,3 mmol/L Ni doped carbon aerogel under scan rate of 5 mV/s and potential range of + 1,2 - ?1,2 conditions.