Süperkapasitör uygulamaları için şeker pancarı küspesinden aktif karbonların hazırlanması

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının yüksek miktarda elektrik ürettikleri süreçte bu elektriği depolayan, daha az elektrik ürettiği süreçte ise depolanan enerjiyi şebekeye sağlayan sistemlerin tasarlanması gerekmektedir. Süperkapasitörler gibi enerji depolama teknolojileri, enerjiyi çok hızlı bir şekilde depolayabilir ve çok kısa sürede yüksek akım sunar. Karbon ve karbon temelli malzemeler içeren süperkapasitör elektrotları, yüksek spesifik yüzey alanları, iyi elektriksel iletkenlikleri ve zorlu ortamlarda mükemmel stabiliteleri gibi sebeplerden dolayı artan ilgi görmektedir. Süperkapasitör uygulamaları için bir elektrot malzemesi olarak biyokütle kaynaklı aktif karbonlara artan bir ilgi bulunmaktadır. Bu çalışmada, şeker pancarı küspesinden elde edilen aktif karbonlar ile süperkapasitör elektrotları hazırlanmıştır. Aktif karbonlar şeker pancarı küspesinden iki aşamalı yöntem ile hazırlanmıştır. İlk aşamada şeker pancarı küspesi mikrodalga destekli hidrotermal karbonizasyon işlemine tabi tutularak hidrochar elde edilmiştir. İkinci aşamada ise aktifleştirici olarak Mg(CH3COO)2 veya ZnCl2 kullanarak 500, 600 ve 700 ⁰C'de piroliz edilmiş ve böylece aktif karbonlar hazırlanmıştır. Aktif karbonlar elementel analiz, FT-IR, PXRD, FE-SEM ve N2 adsorpsiyonu-desorpsiyonu yöntemiyle karakterize edilmiş ardından elektrokimyasal yöntemlerle süperkapasitör elektrotu olarak performansı ölçülmüştür. En yüksek spesifik yüzey alanına 950,31 m2/g ile EZn700 numunesinin sahip olduğu görülmüştür. CV ölçümleri sonucunda aktif karbonların EDLC tipi kapasitif özellikler sergilediği buna ilave olarak psedokapasitif katkının olduğu görülmüştür. GCD ölçümüyle spesifik kapasitans değerleri hesaplanmış ve en yüksek spesifik kapasitansa sahip aktif karbonun 1 A/g'da 205 F/g ile EZn700 numunesinin olduğu belirlenmiştir.

The energy storage systems should be designed to store electricity where renewable energy sources produce high amounts of electricity to supply electricty from storage systems to the grid where it generates less electricity. Energy storage technologies, such as supercapacitors, can store energy very rapidly and offer high current in a very short time. Supercapacitor electrodes containing carbon and carbon-based materials are of increasing interest due to reasons such as high specific surface areas, good electrical conductivity and excellent stability in harsh environments. There is growing interest in biomass-induced activated carbons as an electrode material for supercapacitor applications.In this study, the activated carbons as supercapacitor electrodes were prepared from sugar beet pulp. Activated carbons were prepared from sugar beet pulp by the two-step method. In the first stage, sugar beet pulp was processed by microwave supported hydrothermal carbonization to obtain hydrochar. In the second stage, it was pyrolyzed at 500, 600 and 700 ⁰C by using the Mg(CH3COO)2 or ZnCl2 as the activator, and thus activated carbons were prepared. Activated carbons were characterized by elemental analysis, FT-IR, PXRD, FE-SEM and N2 adsorption-desorption method, and then their performance as supercapacitor electrode was measured by electrochemical methods. EZn700 sample was found to have the highest specific surface area with 950 m2/g. It has been observed that activated carbons exhibit EDLC type capacitive properties with psedocapacitive contribution measured by in CV measurement. Specific capacitance values were calculated by GCD measurement and it was determined that EZn700 sample has the highest specific capacitance with 205 F/g at 1 A/g.