Biyokütle temelli yüksek performans süperkapasitör elektrot malzemelerinin üretilmesi ve elektrokimyasal özelliklerinin araştırılması

Süperkapasitörler; hızlı şarj ve deşarj özellikleri olan ve yüksek güç yoğunluğuna sahip enerji depolama araçlarıdır. Süperkapasitörde elektrotlar performansı etkileyen en önemli parçadır. Bu kapsamda tez çalışmasında sürdürülebilir, yenilenebilir, yerli ve temiz karbon kaynağı olarak biyokütleden üretilen elektrot malzemesi ile enerji depolama materyali geliştirilmesi amaçlandı. Kenevir biyokütlesinin önce pirolizi sonrasında KOH ile kimyasal aktivasyonu ile elde edilen aktif karbona azot, kükürt ve fosfor atomları ayrı ayrı katkılandı. Bu şekilde yüzey fonksiyonel gruplarınca zengin olan aktif karbonlar elde edildi ve yüksek performans karbon olarak süperkapasitör enerji depolama uygulamalarına yönelik kullanılabilirliği araştırıldı. Elde edilen aktif karbon malzemelerin amorflaşma miktarı ve mikro yapısı X-ışınları kırınım difraktometresiyle (XRD), morfolojisi alan emisyon taramalı elektron mikroskobuyla (FE-ESEM), kimyasal bileşenleri enerji dağılım spektrometresiyle (EDS), yüzey alanı ve gözenek boyut dağılımları BET yüzey alanı ve gözeneklilik ölçüm cihazıyla ve FTIR spektroskopisiyle ise yapısal karakterizasyonu belirlendi. Üretilen süperkapasitörlerin performansları ise döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve galvanostatik şarj-deşarj (GCD) analizleri ile ayrıntılı olarak test edildi. Süperkapasitörlerin elektrokimyasal kapasitif performansının belirlenmesinde 6 M KOH sulu elektrolit çözeltisi kullanıldı. En yüksek elektrokimyasal performans azot katkılı aktif karbon kullanılarak hazırlanan süperkapasitörde 403 F/g olarak belirlendi. Kimyasal aktivasyon ve katkılama işlemlerinin yapılması ile amorf yapı geliştirilerek, enerji depolama kapasitesinin arttırılması sağlandı. Bu nedenle ekonomik ve sürdürülebilir kenevir talaşından (atık biyokütle) elde edilen katkılı karbon elektrotların yüksek performanslı enerji depolama cihazlarında kullanılabileceği kanıtlandı.