Asimetrik süperkapasitör uygulamaları için biyokütle temelli elektrot malzemelerinin geliştirilmesi

Yenilenebilir enerji kaynaklarının birincil enerji tüketimindeki payı arttıkça farklı enerji depolama teknolojilerine duyulan ihtiyaç da her geçen gün artmaktadır. Bu depolama teknolojileri arasında özellikle süperkapasitörler sahip oldukları oldukça yüksek güç yoğunlukları, hızlı şarj-deşarj oranları ve oldukça uzun döngü ömürleriyle yakıt hücreleri ve bataryalara göre farklı kullanım senaryolarında çok büyük avantajlar sağlamaktadır. Buna karşılık süperkapasitörlerin enerji yoğunlukları halen yeterli seviyede değildir ve bu durum süperkapasitörlerin kullanım alanlarını kısıtlamaktadır. Bu amaçla bilim insanları son yıllarda süperkapasitörlerin enerji yoğunluğunu arttırmayı amaçlayan çeşitli çalışmalar gerçekleştirmiştir. Bu çalışmalardan biri de asimetrik süperkapasitör uygulamalarıdır. Teorik sınırlarına ulaşan Elektrokimyasal Çift Tabaka Süperkapasitörler (EDLC) ve Psödokapasitörlerin aksine asimetrik süperkapasitörler, iki farklı elektrotun farklı çalışma potansiyel aralıklarından yararlanarak süperkapasitörün çalışma potansiyeli aralığını genişletmeyi ve bu şekilde enerji yoğunluğunu arttırmayı hedeflemektedir. Bu tez çalışması kapsamında da üç farklı atık biyokütleden kimyasal aktivasyon yoluyla üretilen aktif karbonların (AC) negatif elektrot malzemesi (anot) ve sentezlenen metal oksit-iletken polimer nanokompozitlerinin (PANI-MnO2 ve PPy-MnO2) pozitif elektrot malzemesi (katot) olarak kullanıldığı asimetrik süperkapasitörler geliştirilmiştir. Farklı aktivasyon sıcaklıklarında üretilen aktif karbonların karakterizasyonları elementel analiz, BET yüzey alanı ve gözenek dağılımı, SEM, XPS, RAMAN, TGA gibi analiz yöntemleri ile yapılmıştır. Sentezlenen nanokompozitlerin karakterizasyonları ise XRD, FTIR, CTEM ve SEM analizleri ile yapılmıştır. Elektrot malzemesi olarak kullanılan aktif karbonların ve nanokompozitlerin elektrokimyasal performansları simetrik ve asimetrik hücre kurulumlarında CV, GCD ve EIS yöntemleri ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar özellikle PPy-MnO2 nanokompoziti ile hazırlanan asimetrik süperkapasitörlerin özgül kapasitans değerlerinden ödün vermeden 1.2 V ve 1.5 V potansiyelde kararlı çalışabildiklerini göstermiştir.