Prof. Dr. Murat Ateş danışmanlığındaki tezler
11 tez · Tekirdağ Namık Kemal University
Grafen oksit/polipirol/polivinil alkol nanokompozit ve türevlerinin nanofiber süperkapasitör cihaz uygulamaları
Bu çalışmada süperkapasitörler için elektrot malzemesi olarak geniş yüzey alanlarına ve yüksek spesifik kapasitans değerlerine ulaşılmak amacıyla nanolif yapıların kullanılması tercih edilmiştir. Elektrot materyali olarak kullanılacak olan bu kompozit nanolifleri üretmek için en etkin yöntem olan elektrospin yöntemi tercih edilmiştir. Bu yöntemde, hazırlanan polimer kompozit şırınganın içine yerleştirilir ve şırınga ucuna 25 kV'a kadar gerilim uygulanır. Besleyici ünitedeki şırınganın ucunda duran polimer damlası kritik bir voltaj değerine kadar küresel bir biçimde bulunur. Uygulanan potansiyel fark bir eşik değerine ulaştığı anda ise polimer damlası koni biçimini alır ve voltajdaki çok küçük bir artışla birlikte koni ucundan bir jet fışkırır. Bu jette besleme ünitesine belli bir mesafe uzağına yerleştirilen toplayıcı levhaya doğru farklı yollar izleyerek ilerler ve nanofiber yapıları oluşturulmuştur. Bu yöntemde kullanılan GO, rGO, PPy, GO/PPy/KS, rGO/PPy/KS, GO/PPy/PVA, rGO/PPy/PVA, GO/PPy/PVA/KS, rGO/PPy/PVA/KS malzemelerin sentezleri başarıyla gerçekleştirilmiş ve termogravimetrik analiz (TGA-DTA), BET yüzey analizi, taramalı elektron mikroskobu-enerji dağılımlı X ışınları analizi (SEM-EDX), Raman spektroskopi, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR-ATR), X ışınları kırınımı (XRD), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), katı iletkenlik gibi yöntemlerle karakterize edilmiştir. Ayrıca, devre modeli analizi ile devre parametreleri incelenmiştir. Sentezlenen malzemeler iki elektrot sistemli 1 M H2SO4 çözeltisi ile süperkapasitör cihaz oluşturulmuştur. Cihaz performans testleri 3 farklı methodla döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj/deşarj (GCD), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile test edilmiştir. Ayrıca, spesifik kapasitans (Csp), enerji ve güç yoğunlukları, süperkapasitör cihazın stabilite testlerinden sonra kapasitans koruma değerleri bu tezde raporlandı. Anahtar Kelimeler: Nanolif, Süperkapasitör, Elektrospin, İletken polimer, Grafen.
İndirgenmiş grafen oksit / politiyofen / polivinil alkol nanokompozit ve türevlerinin süperkapasitör cihaz uygulamaları
Süperkapasitörler, normal kapasitörlere göre daha uzun ömürlü yüksek güç enerji yoğunluğuna sahiptir. Karbon ya da karbon bazlı, metal oksitli ve iletken polimerler malzemeler süperkapasitörler de kullanılmaktadır. Bu tezde nanokompozit sentezleriyle elektrokimyasal performanslarını ve süperkapasitör cihazlarını geliştirmek hedeflenmiştir. GO, rGO, PTh, PVA, GO/PTh/KS, rGO/PTh/KS, GO/PTh/PVA, rGO/PTh/PVA, GO/PTh/PVA/KS, rGO/PTh/PVA/KS nanokompozitleri ikili elektrot sistemlerinde gerçek devrelerde uygulanabilmesi için sentezlendi. Elde edilen nanokompozitler taramalı elektron mikroskobu- enerji dağıtıcı x-ışını spektroskopisi (SEM-EDX), fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopis - azaltılmış toplam yansıma (FTIR-ATR), atomik kuvvet mikroskobu (AFM),termogravimetrik analiz- diferansiyel termal analizi (TGA-DTA), BET yüzey analizi karakterizasyon yöntemlerinde karakterize edilmiştir. Galvanostatik şarj/deşarj (GCD), döngüsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EES) ile 3 farklı methodla Cihaz performansları test edildi. 6 M KOH çözeltisi kullanılarak sentezlenen malzemeler süperkapasitör cihaz oluşturuldu. En yüksek spesifik kapasitans, GCD yöntemi ile rGO/PTh/PVA/CB nanokompozit için 10 A×g-1'de Csp= 65 F×g-1 olarak elde edilmiştir.
RGO, rGO/MnO2, rGO/CuO, rGO/MnO2/PANI, rGO/CuO/PANI ikili ve üçlü nanokompozit sentezleri,süperkapasitör uygulamaları
Süperkapasitörler, geleneksel kapasitörlere kıyasla yüksek güç ve enerji yoğunlukları ve uzun ömürleri ile önem kazanmış ve daha fazla kullanılmaya başlamıştır. Süperkapasitörler için genellikle karbon ve karbon bazlı malzemeler, iletken polimerler ve metal oksitli malzemeler kullanılmıştır. Bu tez çalışmasının amacı yeni nanokompozit sentezleriyle süperkapasitör cihazlar geliştirmektir. İkili elektrot sistemleri ile süperkapasitör cihazlar üzerinde uygulanabilirliğini göstermek amacı ile rGO, rGO/MnO2, rGO/CuO, rGO/MnO2/PANI, rGO/CuO/PANI ikili ve üçlü nanokompozitler başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. SEM-EDX, FTIR-ATR, termal gravimetrik analiz (TGA-DTA), 4-nokta prob katı iletkenlik ölçümleri ve yüzey analizi (BET) gibi çeşitli karakterizasyon yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Elde edilen elektroaktif malzemeler süperkapasitör cihazlar yapılarak elektrokimyasal performansları (döngülü voltametri (CV), galvanostatik yükleme / boşalma (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri ile 3 farklı elektrokimyasal performans ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Stabilite testleri 1000 döngüye kadar yapılarak süperkapasitör cihazın kararlılık testleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca eşdeğer devre analizleri R(C(R(QR)))(CR) ile teorik ve deneysel veriler çakıştırılarak elektrik devre parametreleri incelenmiştir.
Pedot bazlı hibrit süperkapasitörler
Tez çalışmasında, poli(3,4-Etilendioksitiyofen) PEDOT sentezi kimyasal yöntem ile gerçekleştirilmiştir. Grafitten yola çıkılarak modifiye grafen oksit (GO) sentezi literatürde iyi bilinen Hummers metoduna göre gerçekleştirilmiştir. GO malzemesi mikrodalga metodu ile indirgenmiş grafen okside (rGO) dönüştürülmüştür. Sonrasında rGO ile PEDOT ikili ve aktif karbon ile üç bileşenli hibrit nanokompozitleri (rGO/PEDOT/Aktif karbon (AK)) ve dört bileşenli (rGO/PEDOT/AK/Fe2O3 ve rGO/PEDOT/AK/RuO2) malzemelerinin sentezleri gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen malzeme karakterizasyonları X-ışını kristalografisi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu-enerji dağılımlı X ışınları (SEM-EDX), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR-ATR), katı iletkenlik ile gerçekleştirilmiştir. PEDOT rGO ve rGO/PEDOT ile kompozitlerinin paslanmaz çelik (SS) elektrotlara çamur yapılıp Dr Blade cihazı ile mikron mertebesinde sürülmesi ile süperkapasitör cihazları yapılarak elektrokimyasal performans testleri (döngülü voltametri (CV), galvanostatik yükleme/boşalma (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopi (EES) ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Stabilite testleri (1000 döngü) CV yöntemiyle 100 mV/s tarama hızı ve 1 M H2SO4 çözeltisi ile gerçekleştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Süperkapasitör, PEDOT, İndirgenmiş Grafen Oksit, Aktif karbon, Nanokompozit
Mantar kullanılarak gümüş-nanopartikül sentezlenmesi ve nanokompozitlerinin süperkapasitör uygulamaları
Süperkapasitörler, yüksek güç sağlama yetenekleri, uzun döngü ömürleri ve çevre dostu olmaları gibi özelliklerinden dolayı büyük ilgi görmektedir. Bunlar, yüksek güç yoğunluğuna sahip geleneksel kapasitörler ile yüksek enerji yoğunluğuna sahip yakıt hücreleri/bataryalar arasındaki enerji-güç farkını dengeleme ve bağlantı sağlama görevini üstlenirler. Bu çalışmada, metalik Ag nano partiküllerin (AgNP) sentezi farklı bir yöntem ile üretilmiştir. Üç çeşit mantar kullanarak farklı yöntemlerle gümüş nanopartiküllerin (AgNP) sentezlenmesi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen AgNP'lerin grafitten başlayarak grafen oksit (GO) sentezi, mikrodalga metodu ile indirgenmiş grafen okside (rGO) indirgenmesi ve rGO ile AgNP ikili ve polianilin ile üç bileşenli nanokompozitleri (rGO/AgNP/polianilin (PANI)) sentezlenmesi gerçekleştirilmiştir. Üç farklı mantar türü (porçini mantarı, kanlıca mantarı ve sığır dili mantarı) başlayarak gümüş nitrat malzemesi muamelesi ve biyosentez yöntemi ile gümüş nanopartiküller elde edilmiştir. Elde edilen AgNP'in kullanımı ile rGO/AgNP ve rGO/AgNP/PANI nanokompozitleri sentezlenemiş ve karakterizasyonları Taramalı Elektron Mikroskobu-enerji dağılımlı X ışınları (SEM-EDX), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Termal gravimetrik analizleri (TGADTA) ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Gümüş nanopartiküllerin rGO ve rGO/PANI ile kompozitlerinin 2032 düğme pil içerisinde süperkapasitör cihazları yapılarak elektrokimyasal performans testleri döngülü voltametri (CV), galvanostatik yükleme/boşalma (GCD) ve elektrokimyasal empedans spektroskopi (EES) ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Stabilite testleri (1000 döngü), CV methodu ile 100 mV/s tarama hızında gerçekleştirilmiştir.
Politiyofen esaslı Nanokompozit malzeme sentezi, Elektrokimyasal Davranışları ve Süperkapasitör Uygulamaları
Elektrokimyasal enerji depolama sistemleri (pil/batarya, süperkapasitörler ve yakıt hücreleri) taşınabilir cihazlar ve giyilebilir elektronik cihazlardan elektrik araçları ve birçok alanda kullanılmaktadırlar. Süperkapasitörler yüksek yük yoğunluğu, döngü stabilitesi ve hızlı yükleme/boşalma karakteristikleri açılarından oldukça önemlidirler. Tezde farklı nano-malzemeler (Titanyum dioksit (TiO₂), Molibden disülfür (MoS₂) ve Demir (III) oksit ( Fe₂O₃)) sentezleri ile indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve bunların farklı miktar ve oranlarda politiyofen (PTh) ile nanokompozitlerinin sentezi, karakterizasyonları (FTIR-ATR, SEM-EDX, katı iletkenlik, TGA-DTA, BET yüzey analizleri, vb.) ve süperkapasitör cihaz yapımı ve bu cihazların elektrokimyasal performans testlerinden oluşmaktadır. Son aşamada ise merdiven devre analizi ([RS(C1(R1(R2C2)))]) (ZSimpWin 3.22) simüle edilerek deneysel ve teorik veriler karşılaştırılmış ve bulunan empedans verilerinden devre parametreleri tespit edilmiştir. Tez çalışmasında, grafitten başlayarak TiO₂/GO/PTh, TiO₂/rGO/PTh, TiO₂/rGO/PTh/KS, MoS₂/GO/PTh, MoS₂/rGO/PTh, MoS₂/rGO/PTh/KS, Fe₂O₃/GO/PTh, Fe₂O₃/rGO/PTh ile Fe₂O₃/rGO/PTh/KS malzemelerinin sentezi, FTIR-ATR, SEM-EDX, BET yüzey analizi ve TGA-DTA ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiş, 2 elektrotlu süperkapasitör cihazları gerçekleştirilmiştir. Süperkapasitör cihazının en yüksek kapasitans değeri Csp= 1588,72 F×g-1 MoS₂/rGO/PTh nanokompozitinde olarak elde edilmiştir. Tez çalışmasında, PTh esaslı süperkapasitör elektrot malzemeleri daha ucuz ve pratik yöntemlerle geliştirilip, süperkapasitörlerde test edilmiştir.
Bazı metal oksit / grafen temelli malzemelerin süperkapasitör uygulamaları
Günümüzde süperkapasitörler enerji depolamada önem kazandı. Süperkapasitörler, geleneksel kapasitörlere nazaran daha yüksek güç ve enerji yoğunluğuna sahiptir ve onlardan daha uzun ömürlüdür. Süperkapasitör elektrot malzemeleri yüzey alanı yüksek karbonlar, geçiş metal oksitler ve iletken polimerler arasından seçilebilir. Tez çalışmasında yeni nanokompozitlerin sentezlenmesi ve sentezlenen nanokompozitlerin yüksek elektrokimyasal performansa sahip süperkapasitör cihazlarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. NiO, MnO2, Co3O4, GO, rGO, PANI, rGO/NiO, rGO/MnO2, rGO/Co3O4, rGO/NiO/PANI, rGO/MnO2/PANI, rGO/Co3O4/PANI malzemeleri eşdeğer devre sistemleri üzerinde uygulanabilirliğini göstermek amacı ile sentezlenmiştir. Sentezlenen malzemeler SEM-EDX, FTIR-ATR, termal gravimetrik analiz (TGA-DTA), 4-nokta prob katı iletkenlik ölçümleri, yüzey analizi (BET) ve Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) gibi çeşitli yöntemler kullanılarak karakterize edilmiştir. Sentezlenen elektroaktif malzemelerden süperkapasitör cihazlar yapılarak elektrokimsayal performansları döngüsel voltametri (CV), galvanostatik şarj/deşarj (GCD), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EES) methodları ile elektrokimyasal performans testleri gerçekleştirilmiştir. ZSimpWin 3.22 devre simülasyon programı ile teorik ve deneysel EES verilerinden MnO2 ve NiO bazlı malzemeler için merdiven devresi [R1(C1(R2(C2(R2(C3R3))))] ve Co3O4 bazlı malzemeler için [R1(C1(R2(C2R3)))] devre analizleri kullanılmıştır.
Simetrik süperkapasitör cihaz performansları ve analizleri
Sentezlenen rGO/RuO2/PVK, rGO/MnO2/PTTh ve rGO/TiO2/PEDOT nanokompozit malzemelerin DV, GCD, EES gibi çeşitli yöntemlerde çalışmalar yapılarak elde edilen nanokompozit malzemelerin spesifik güçleri ve enerji yoğunlukları, ve stabiliteleri hakkında bilgiler edinildi. Elektrokimyasal performans ölçümleri sırasında 1 M H2SO4 elektrolit çözeltisi kullanıldı. Bu çeşitli yöntemler sonucunda EES değerlerine ulaşıldı bu değerlerden yola çıkılarak ZSimpWin simülasyon devre programı kullanıldı. Bu programdaki verilerden yararlanılarak nanokompozitlerde uygulanabilecek gerçek devreler kuruldu. Tezde, ileride ticari süperkapasitörler de de uygulanabilecek devre modelleri hakkında bilgiler verilmektedir. rGO / RuO2 / PVK nanokompozit için LR1Q(CR2), LR1(QR2(CdlR3)), LR(QR), LRQ(CR), R(CR) ve LR(CR)(QR) gerçek devre modelleri ile uygulandı. rGO/MnO2/PTTh nanokompozit için ise; R(QR), R(CR), RQ, LR(QR) devre modelleriyle uyumlu olduğu tespit edildi. Son olarak rGO/TiO2/PEDOT nanokompozitler için; R(CR), R(QR), LR1(C1(R2(C2R3))), LR1Q(CR2), LR1(QR2), LR(Q(R(CR))) devre modeli ile uyumlu olduğu sonucuna varıldı . Anahtar kelimeler: Süperkapasitör, Nanokompozit, Gerçek devre, ZSimpWin devre programı 2020, 140 sayfa
KS/MnO2/PPy VE rGO/MnO2/PTTh nanokompozitlerinin sentezi, karakterizasyonu ve süperkapasitör uygulamaları
Dünyadaki enerji sorunlarına çözüm üretebilmek için geliştirilen malzemelere katkı sağlamak ve yeni bir bakış açısı kazandırmak amacıyla nanokompozitler (KS, KS/MnO2, MnO2/PPy, KS/PPy, KS/MnO2/PPy, rGO/MnO2, MnO2/PTTh, rGO/PTTh, rGO/MnO2/PTTh) başarılı bir şekilde sentezlendi ve bu sentezlenen nanokompozitler BET yüzey analizi, SEM-EDX, Raman, TEM, XRD, FTIR, TGA-DTA ve UV-Vis gibi çeşitli karakterizasyon yöntemleri kullanılarak karakterize edildi. Nanokompozitler, elektrokimyasal performansları (enerji yoğunluğu, spesifik kapasitans değeri, güç yoğunluğu ve % döngü kararlılığı) hakkında bilgi edinilmesi amacıyla DV, Döngü kararlılığı, EİS ve GCD testlerine tabii tutuldu. Elektrokimyasal performans testleri 1 M H2SO4 elektrolit çözeltisi kullanılarak gerçekleştirildi. Elde edilen EİS verileri ve ZSimpWin simülasyon devre programı kullanılarak nanokompozitler için en uygun devreler belirlendi. KS/MnO2/PPy nanokompozitleri için R(CR) devre modeli belirlenirken, rGO/MnO2/PTTh nanokompozitleri için LR(QR) devre modeli en uygun devre modeli olarak belirlendi. Böylece üretimi kolay ve ucuz olan karbon siyahı ve yüksek çevresel stabiliteye sahip politertiyofen malzemeleri kullanılarak hem ucuz hemde kararlı süperkapasitör cihazlarının geliştirilmesi sağlanmıştır. Anahtar kelimeler: Karbon siyahı, MnO2, indirgenmiş grafen oksit, politertiyofen, polipirol
CuO Sentezi, rGO/CuO ve rGO/CuO/PEDOT nanokompozitlerinin süperkapasitör ve eşdeğer devre model uygulamaları
rGO, CuO, PEDOT ve rGO/CuO nanokompozitinin [rGO]o/[CuO]o= 1:1; 1:1.5; 1:2 ve rGO/CuO/PEDOT nanokompozitinin [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o= 1:1:1; 1:1:3; ve 1:1:5 oranlarında GO'nun kimyasal indirgenmesi ve in-situ polimerizasyon işlemi ile araştırılmıştır. Nanokompozit sentezleri Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışınları analizi (EDX), yüksek çözünürlüklü geçirgenlik elektron mikroskobu (HR-TEM), Brunauer-Emmett-Teller (BET) yüzey alan analizi gibi yöntemlerle karakterize edilmiştir. Nanokompozit malzemeler spektroskopik ve termo-gravimetrik analizlerde (FTIR-ATR, Raman ve TGA-DTA) incelenmiştir. Elektrokimyasal performansları galvanostatik yükleme / boşalma (GCD), döngülü voltametri (DV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EES) ile ölçülmüştür. En yüksek spesifik kapasitans rGO/CuO/PEDOT nanokompozitinin [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o =1:1:5 oranlarında 2 mV/s tarama hızında Csp= 156.7 F/g olarak elde edilmiştir. rGO/CuO/PEDOT nanokompoziti için [rGO]o/[CuO]o/[EDOT]o=1:1:5 oranında 2 elektrotlu süperkapasitör cihazın maksimum, spesifik enerji (E= 14.15 Wh/kg, 20 mA) ve speifik güç (P= 24730 W/kg, 50 mA), elektrik seri direnci (ESR= 13.33 Ω) ile 3000 döngüde kapasitif kayıp fazla olmadan elde edilmiştir. LR1(CR2)(QR3) eşdeğer devre modeli EES verilerle incelenmiştir. rGO/CuO/PEDOT nanokompozit elektrodunun süperkapasitör performansı hibrid süperkapasitör olarak sinerjik etki oluşturur. Anahtar kelimeler : Süperkapasitörler, indirgenmiş grafen oksit, iletken polimerler, Bakır oksit, poli(3,4-etilendioksitiyofen)
Karbon bazlı Rutenyum (IV) oksit nanokompozit sentezleri, karakterizasyonları ve süperkapasitör uygulamaları
Karbon bazlı (indirgenmiş grafen oksit, çok duvarlı karbon nanotüp, fulleren) Rutenyum (IV) oksit (RuO2) ile iletken polimerlerden (polianilin, poli9-vinilkarbazol) kullanılarak elde edilen nanokompozitler (rGO / RuO2, rGO / RuO2 / PANİ, MWCNT / RuO2, Fulleren / RuO2 ve rGO / RuO2 / PVK) sentezlenmiştir. Sentezlenen bu nanokompozitler karakterizasyonları (SEM-EDAX, FTIR-ATR, BET, CV, GCD, EES) gibi yöntemlerle incelenmiştir. Her bir elektroaktif nanokompozitin iki elektrotlu süperkapasitör cihazları yapılarak 1 M H2SO4 iyonel çözeltisinde elektrokimyasal ölçümleri CV, GCD ve EES ile spesifik kapasitans (Csp), enerji (E) ve güç (P) yoğunlukları ve stabilite sonuçları alınmıştır. En uygun olan elektrokimyasal devrelerle örneğin, (LRQ(CR), LR(QR)(CR), LR(QR(CR)) ve LR(QR)(QR) deneysel ile teorik veriler simüle edilerek aralarında karşılaştırmalar yapılmıştır. Enerji depolamanın son derece önemli olduğu günümüzde karbon bazlı yüksek spesifik kapasitans değerleri veren RuO2 gibi bir metal oksit ile maliyeti azaltmak, yeşil doğayı korumak için kullanılan iletken polimer (polianilin, poli9-vinil karbazol) ile özellikli bir elektroaktif nanokompozit geliştirip süperkapasitör cihaz uygulamaları gerçekleştirilmiştir.