W18O49 bileşiminde tungsten suboksit sentezi, karakterizasyonu ve süperkapasitörler için elektriksel özelliklerinin incelenmesi

Dünya üzerindeki enerji kaynaklarının giderek azalması ve bununla birlikte gün geçtikçe artan küresel boyuttaki enerji ihtiyacı, araştırmacıları enerji depolama teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik yoğun çalışmalara sevk etmektedir. Enerji depolama cihazları arasından süperkapasitörler, gösterdikleri yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek güç yoğunluğu sayesinde günümüzde kullanımı artan elektrikli otomobiller, insansız hava araçları, dron ve robot teknolojileri gibi alanlara yönelik önemli bir enerji depolama kaynağı olarak görülmektedir. W18O49, tungstenin oksijenli bileşikleri arasında W+5 oksidasyon seviyesinde oluşan suboksit formlarından biridir ve yapısal özellikleri nedeniyle elektriksel iletim gücü henüz son on yıldır keşfedilen yeni nesil bir malzemedir. Diğer tungsten suboksitlere kıyasla yapısında en fazla oksijen eksikliği barındıran bileşiktir ve kristal ağı trigonal, tetragonal ve hekzagonal kanallarla örülmüştür. Bu kanallar elektron iletimini önemli derecede geliştirerek n-tipi geçişlerde elektriksel iletkenliğin ve depolanan enerji miktarının arttırılmasında büyük rol oynamaktadır. Ancak, W18O49'un optimizasyonu, karakterizasyonları ve kimyasal özelliklerinin elektrokimyasal özellikler üzerindeki belirleyiciliği süperkapasitör elektrotlar için literatürde büyük bir boşluk oluşturmaktadır. Tez çalışmasında, süperkapasitörlerde kullanılmak üzere W18O49 bileşiminde elektrot malzemeleri solvotermal yöntem ile sentezlenmiştir. Öncü madde konsantrasyonu, sentez sıcaklığı ve sentez süresi gibi solvotermal parametreler ile optimize edilmiştir. SEM, EDS, XRD, FTIR ve BET analizleri ile yapısal özellikleri açıklığa kavuşturulmuştur. Bu özelliklerin elektrokimyasal davranış üzerindeki etkileri üç elektrotlu bir kurulumda 1M H2SO4'de, Ag/AgCl - Pt ve W18O49 esaslı çalışma elektrotları kullanılarak CV, GCD ve EIS testlerinin yürütülmesi ile detaylı şekilde incelenmiştir. Ayrıca, optimize edilmiş W18O49 bileşiğine samaryum (Sm+3) ve demir (Fe+3) katkısı yapılarak, yapısal ve elektrokimyasal özelliklerdeki değişim detaylı şekilde araştırılmıştır. Sonuçlara göre, optimize edilmiş W18O49 elektrotu 1 mVs-1 tarama hızında 605,6 Fg-1 ve 1,75 Ag-1 akım yoğunluğunda 198,9 Fg-1 ile oldukça yüksek spesifik kapasitans değerleri göstermiştir. Ayrıca, ağırlıkça %5 Fe+3 katkısı ile optimize elektrotun spesifik kapasitansı 1 mVs-1'de %50,17 oranında arttırılırken 2,00 Ag-1'de %70,12 oranında arttırılmış, ağırlıkça %1 Sm+3 katkısı ile ise 1 mVs-1'de %57,7 oranında arttırılırken, 1,25 Ag-1'de %99,6 oranında arttırılmıştır.