Yüksek Enerji Yogunluklu Asimetrik Süperkapasitör Üretimi

Abstract

Bu projenin amacı yüksek enerji ve güç yogunluklu ve çevrim kararlıgına sahip süperkapasitörlerin basarılmasıdır. Ana çalısma elektroaktif malzeme gelistirilmesi üzerinden yürütülmüstür. Bu malzemelerin elektrokimyasal indirgenmesi, klik tepkimeleri ve alasımsızlandırma gibi nanoüretim süreçleri gelistirilmistir. Ayrıca süperkapasitörler için küçük boyutlarda genis akfit alana sahip elektrot yapısı ve tasarım prensipleri degerlendirilmistir. Bu amaçla nikel ve bakır köpük üzerinde direkt olarak sırasıyla nanogözenekli nikel(np-Ni) ve kobalt(II,II)oksit(Co3O4/grafen) elektroaktif malzeme olarak biriktirilmistir. Anot elektroaktif malzemesi olarak kovalent baglı Co3O4/grafen iki basamakta sentezlenmistir. Azid modifiye grafenoksit (GO-N3) malzeme bakır köpük üzerinde tek asamada elektrokimyasal olarak ERGO-N3(elektrokimyasal indirgenmis azid modifiye grafenoksit) olarak indirgenmistir. Co3O4 nanopartiküller alkin fonksiyonlandırılmıstır. Anot elektrot ERGO-N3 ve alkin modifiye Co3O4 nanopartiküller arasında klik tepkimeleri saglanarak hazırlanmıstır. Nikel köpük bazik sulu elektrolitte çalısan süperkapasitörlerde mükemmel elektrokimyasal kararlılıgı ile iyi bir akım toplayıcısıdır. Nanogözenekli nikel(np-Ni) yüksek gözeneklilik, yüzey/hacim oranı ile iyon tasınımı için kısa difüzyon yolları saglayan geçirgen bir malzemedir. Np-Ni malzeme NF üzerinde özgül kapasitansı artırmak amacıyla katot elektrot olarak kullanılmıstır. Anot ve katot elektrotlarda sulu potasyumhidroksit(KOH) elektrolit kullanılması uygun görülmüstür. Elektrokimyasal ölçümler, döngüsel voltametri (CV), galvanostatik sarj-desarj (GCD) ve empedans spektroskopisi teknikleri kullanılarak aygıt tasarımı gerçeklestirilmistir. Süperkapasitör elektrot sisteminin akım-potansiyel davranısı ve yük depolama mekanizmasının tersinirligi ile ilgili bilgi veren CV ölçümleri için en sade elektrottan baslayarak hedeflenen katotota dogru modifiye edilmis elektrotların her biri için ayrı ayrı analiz yapılmıstır. Elektrokimyasal ölçümler için baslangıçta en sade elektrottan baslayarak hedef katot elektrota dogru yani Nikel, Nikel-Çinko, Katot ve Anot elektrotlar için üç elektrot konfigürasyonu 6M KOH elektroliz içinde gerçeklestirilmistir. Ikinci asamada ise asimetrik süperkapasitörü(Katot/Anot) ikili elektrot sistemi kullanarak aynı analizler yapılmıs olup üçlü elektrot sistemi ile mukayese etme imkânı olusmustur. Daha sonra üretilen bu elektrotlar kullanılarak süperkapasitör aygıt tasarımıda basarıyla gerçeklestirilmistir. Bazik elektrolitik ortamda elektroaktif malzemelerin indirgenme-yükseltgenme tepkimeleri, kapasitif özellikleri, ve çevrim kararlılıkları sırasıyla dönüsümlü Voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik sarj-desarj çevrimi (GCD) ölçüm teknikleri kullanılarak incelenmistir.