Elektrokimyasal enerji depolama uygulamaları için nanoyapı-kontrollü elektrot malzemelerinin geliştirilmesi - Sinan Tatlı, Neriman; Ünür Yılmaz, Ece; Bursa Teknik Üniversitesi İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı; Lisansüstü Eğitim Enstitüsü (Bursa, 2024)
Enerji güvenliğinin sağlanması ve yenilenebilir enerji kaynaklarının "kesintili güç arzı" sınırlamasının üstesinden gelinmesi için verimli enerji depolama teknolojilerine ihtiyaç vardır. Süperkapasitörler, uzun çevrim ömürleri ve yüksek spesifik güçleri (hızlı şarj-deşarj) sayesinde anlık güç aktarımı gerektiren uygulamalarda bataryalara göre daha avantajlıdır. Ancak, süperkapasitörlerin ticari uygulamalarının yaygınlaşması için spesifik enerjilerinin arttırılması gerekmektedir. Elektrot malzemelerinin nanoyapılandırılması (difüzyon mesafelerinin kısaltılması) ve elektriksel çift tabaka (EDL) kapasitans ile pseudo-kapasitans mekanizmalarından aynı anda yararlanacak hibrit/kompozit elektrotların üretimi güç performansından ödün vermeden yüksek spesifik enerji değerlerine ulaşılmasını sağlar. Bu çalışmada, yüksek performanslı enerji depolama malzemelerinin geliştirilmesine yönelik yenilikçi yöntemler sunulmuştur. Çalışma kapsamında, "kendi kendini şablonlama" yaklaşımı ile herhangi bir harici şablon kullanılmadan enerji depolama uygulamaları için boşluklu hibrit yapılar sentezlenmiştir. Bu doğrultuda öncelikle "kendi kendini şablonlama" yaklaşımına uygun metal esaslı başlangıç malzemeleri (metal oksit, metal karbonat, metal organik kafesler) sentezlenmiş ve ardından bu malzemeler çeşitli yöntemler ile gözenekli ve içi boş metal oksit nanoyapılara dönüştürülmüştür. Bu içi boş yapılar, iyon/elektron difüzyon mesafelerini kısaltarak ve hacim değişikliklerini tamponlayarak elektrokimyasal performansı arttırmıştır, böylece çevrim ömrünü uzatmıştır. Son olarak üretilen boşluklu nanoyapıların elektrokimyasal performansını arttırmak üzere kompozit/hibrit malzemeler sentezlenmiştir. Sentezlenen malzemelerin fiziksel, kimyasal ve elektrokimyasal özellikleri incelenerek sulu ortamda elektrokimyasal enerji depolama alanında uygulanabilirlikleri test edilmiştir. Sonuç olarak, bu araştırma, kendi kendini şablonlama teknikleri ve kompozit malzeme tasarımları kullanılarak yüksek performanslı süperkapasitörler için yenilikçi elektrot malzemelerinin sentezini ve uygulamasını başarıyla göstermiştir. Tez kapsamında ele alınan dört temel çalışma kapsamında, kısmen içi boş pseudokübik karbon nanoyapıları, Fe katkılı sıkı istiflenmiş grafen, PANI aşılı radyal gözenekli MnO2 ve gözenekli MnFe2O4/MnO2 kompozitleri geliştirilmiştir. Her bir malzeme yenilikçi yöntemler ile sentezlenmiş ve elektrokimyasal testler sonucu spesifik kapasitans, hız kapasitesi ve çevrim ömründe önemli gelişmeler ortaya çıkarılmıştır. Bu çalışmaların genel amacı, yüksek performanslı ve düşük maliyetli enerji depolama malzemeleri geliştirmektir. Bu çalışmalar "kendi kendini şablonlama" yaklaşımı ile herhangi bir harici şablon kullanılmadan yenilikçi elektrot malzemelerinin sentezi ve uygulamasına yönelik kapsamlı bir çalışma sunarak literatüre değerli içgörüler ve katkılar sağlamaktadır. Bu gelişmiş nanoyapılı malzemelerin başarılı sentezi ve karakterizasyonu, enerji depolama uygulamaları için yüksek performanslı, sürdürülebilir ve düşük maliyetli çözümler geliştirmede yenilikçi yaklaşımların önemini vurgulamaktadır.
Tez (Doktora) -Bursa Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü,2024
Kaynakça :144-148 sayfa
Keywords: Enerji depolama; Nanokompozit malzemeler