Fındık kabuğundan üretilen aktif karbonların süperkapasitör elektrotlarında kullanımı

Abstract

Son yıllarda, fosil yakıtların tüketiminin artması ile enerjiye ihtiyaç artmaktadır. Bu enerjinin üretilmesi ve ihtiyaç durumunda kullanılması için enerjinin depolanması gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, elektriksel enerji depolama sistemleri cihazlarından biri olan süperkapasitörlerin elektrot malzemeleri için fındık kabuğundan aktif karbon üretilmiş ve elektrokimyasal analizleri yapılmıştır. Fındık kabuğundan H3PO4 ve ZnCl2 kullanılarak kimyasal aktivasyon yöntemi ile farklı sıcaklıklarda aktif karbon üretilmiştir. Belirlenen sıcaklıkta, aktif karbon ve Fe (II) ve Fe (III) çözeltileri hazırlanarak manyetik aktif karbon üretimi yapılmıştır. Üretimi tamamlanan aktif karbon ve manyetik aktif karbonların karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Elektrot üretimi için, 8:1:1 (% 80 aktif karbon, % 10 iletkenlik arttırıcı madde ve % 10 bağlayıcı) oranında elektrot çözeltisi hazırlanmıştır. Üretilen elektrotların elektrokimyasal analizleri, döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj-deşarj (GCD) ve elektrokimyasal empedans spesktroskopisi (EIS) teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. CV ve GCD analizlerinden hesaplanan spesifik kapasitans değerlerleri, H3PO4 ve ZnCl2 kullanılarak üretilen aktif karbon/manyetik aktif karbon ve farklı bağlayıcı çeşitleri için karşılaştırılmıştır. Sonuçlar değerlendirildiğinde, ZnCl2 aktivasyonu ile üretilen aktif karbon ve PVDF bağlayıcısı ile hazırlanan elektrotun CV analiz sonucunda spesifik kapasitans değeri 118,01 F/g olarak hesaplanmış ve en yüksek değer elde edilmiştir. GCD analizinde, H3PO4 aktivasyonu ile üretilen aktif karbon ve PTFE bağlayıcısı ile hazırlanan elektrotta spesifik kapasitans değeri 247,82 F/g olarak hesaplanmıştır.

In recent years, the need for energy has increased with the increase in the consumption of fossil fuels. In order to produce this energy and use it in case of need, energy must be stored. Within the scope of this thesis, activated carbon was produced from hazelnut shell for the electrode materials of supercapacitors, which is one of the devices of electrical energy storage systems, and electrochemical analyzes were made. Activated carbon was produced at different temperatures by chemical activation method using H3PO4 and ZnCl2 from hazelnut shells. Magnetic activated carbon was produced by preparing activated carbon and Fe (II) and Fe (III) solutions at the determined temperature. The characterizations of activated carbon and magnetic-activated carbons, whose production was completed, were carried out. For the production of electrodes, an electrode solution of 8:1:1 (80% active carbon, 10% conductivity enhancer, and 10% binder) was prepared. Electrochemical analyzes of the produced electrodes were performed using cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. Specific capacitance values calculated from CV and GCD analyzes were compared for activated carbon/magnetic activated carbon produced using H3PO4 and ZnCl2 and for different types of binders. When the results were evaluated, the specific capacitance value of the electrode prepared with activated carbon produced by ZnCl2 activation and PVDF binder was calculated as 118.01 F/g as a result of the CV analysis, and the highest value was obtained. In the GCD analysis, the specific capacitance value of the electrode prepared with activated carbon and PTFE binder produced by H3PO4 activation was calculated as 247.82 F/g.