Fındık kabuklarından hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile karbon malzemelerinin eldesi ve sodyum-iyon bataryalar için kullanım potansiyelinin incelenmesi

Abstract

Tez çalışması kapsamında, sodyum iyon bataryalarda kullanım potansiyeli incelenmek üzere biyokütle kaynaklı karbon anot malzemesi elde edilmiştir. Hammadde olarak, ülkemizde bol miktarda bulunan fındık kabuğu (HS) seçilmiştir. Fındık kabukları toz haline getirildikten sonra sulu ortamda gerçekleştirilen hidrotermal karbonizasyon (HTC) işlemi ve ardından yüksek sıcaklıkta ileri karbonizasyon işlemi uygulanmıştır. Elde edilen karbon esaslı malzemenin sodyum iyon bataryalarda anot elektrot olarak elektrokimyasal potansiyeli incelenmiştir. Elektrokimyasal performansını artırmak amacıyla bağlayıcı etkisi, kimyasal aktivasyon ve asit ile ön muamele etkisi test edilmiştir. Elde edilen malzemelerin yapısal ve morfolojik karakterizasyonları (FT-IR, XRD, SEM) yapılarak sodyum-iyon yarım hücre batarya testlerine hazır hale getirilmiştir. En son aşamada ise elde edilen yarım hücre bataryaların elektrokimyasal testleri (EIS, C-hızı, Galvanostatik şarj/deşarj) gerçekleştirilmiştir. 100 çevrim boyunca, C/10 (şarj-deşarj 10 saatte) çevrim hızında pil performansları karşılaştırılmıştır. Yapılan detaylı analizlerle 100 çevrim sonunda kapasitesi Na-Aljinat bağlayıcılı elektrot ile en iyi sonuç elde edilmiştir.In the scope of the thesis, biomass derived hard carbon materials were synthesized to investigate electrochemical potential as an anode material for sodium-ion batteries. Hazelnut Shell (HS) which is abundant in our country was chosen as a raw material. Hazelnut Shell was pulverized prior to hydrothermal carbonization process, after that resulting hydrocarbon samples were pyrolysed at high temperature. In order to increase electrochemical performance of the carbon based anode material; binder effect, chemical activation and acid pre-treatment effect were tested. Structural and morphological characterizations (FT-IR, XRD, SEM) of the obtained materials were made and prepared for sodium-ion half cell battery tests. At the last stage, electrochemical tests (Electrochemical Impedance Spectroscopy, C-rate, Galvanostatic charge/discharge) of the obtained half cell batteries were performed. At the end of 100 cycles, the best result was obtained with Na-Alginate binder.