Metal oksit (MnO2, Co3O4 ve MnCo2O4) süperkapasitör elektrot malzemelerinin hidrotermal yöntem ile üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında, hidrotermal yöntem ile metal oksit (MnO2, Co3O4 ve MnCo2O4) süperkapasitör elektrot malzemeler, süngerimsi nikel altlıklar üzerine sentezlenmiştir. Nanoyapraklar, nanoteller, mikro ve nanokristaller şeklinde büyüyen bu elektrot malzemeler, birbirlerine göre farklı karakteristik özellikler sergilemiştir. Bu durum, üre (CO(NH2)2) ve amonyum florür (NH4F) kullanılarak hazırlanan çözelti konsantrasyonları ile büyütme sıcaklığı ve süresinden kaynaklanmıştır. Çünkü üre, amonyum florürün daha aktif hale getirdiği altlık yüzeyleri üzerinde daha geniş yüzey alanına sahip nanoyapıların büyümesini sağlamıştır. Bu nanoyapıların morfolojileri, atomik konsantrasyonları ve kristal yapıları, sırasıyla taramalı elektron mikroskopisi (SEM), enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi (EDS) ve x-ışını kırınımı (XRD) ile belirlenmiştir. Buna ek olarak bu nanoyapıların kapasitif özellikleri, döngüsel voltametri (CV) ve galvanostatik şarj/deşarj (GCD) testi ile incelenmiştir. Sonuç olarak elektrotu oluşturan daha geniş yüzey alanına sahip bu nanoyapılar, 1M'lık KOH elektrolit çözeltisi içerisinde süperkapasitör özelliği göstermiştir. 1 A g-1 akım yoğunluğunda MnO2 elektrotun spesifik kapasitans değeri 294 F g-1 iken 0,5 A g-1 akım yoğunluğuda Co3O4 ve MnCo2O4 elektrotlarının spesifik kapasitans değerleri sırasıyla 2083 F g-1 ve 755 F g-1 dır.

In this thesis research, metal oxide (MnO2, Co3O4 and MnCo2O4) supercapacitor electrode materials has been synthesized on nickel (nickel foam) substrate by hydrothermal method. Each growing electrode materials as nanosheets, nanowires, micro and nanocrystalline structures exhibit different properties and characteristics of each other. The source of these differences is the concentration of prepared urea (CO(NH2)2) and ammonium fluoride (NH4F) surfactants along with growth temperature and growth time. Ammonium fluoride surfactants make the substrate surface more active and urea also lead the larger surface area nanostructures. The morphology, atomic concentration and crystallographic structures of the synthesized materials carried out by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) and x-ray diffraction (XRD) techniques respectively. In addition, the capacitive properties of these nanostructures investigated by cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge / discharge (GCD) test. As a result, in 1M of KOH as electrolyte solvent, nanostructures including large surface area which create the electrodes, display supercapacitors feature. While specific capacitance value of MnO2 electrode is 294 F g-1 at 1 A g-1 current density, specific capacitance value of Co3O4 and MnCo2O4 electrodes are 2083 F g-1 and 755 F g-1 at 0,5 A g-1 current density respectively.