Biyoatıklardan karbon sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi

Fosil yakıtların tükenmesi, elektrik enerjisi depolama sistemlerine olan ihtiyacı son derece önemli hale getirmiştir. Kesintili yenilenebilir enerji kaynaklarının (rüzgâr, güneş ve dalga gibi) yoğun olmadığı saatlerde sürekli bir enerji akışı sağlayarak elektrik enerjisi şebekesini stabilize etmek için verimli bir enerji depolama sistemi çok önemlidir. Elektriksel enerji depolama teknolojisinin geliştirilmesinde en çok odaklanılan, pilllerdir. Piller şu anda diğer enerji depolama teknolojilerine kıyasla en geniş uygulama alanına sahiptir. Lityum iyon pillerde kullanılan hammaddelerin hızla artan maliyeti, son zamanlarda araştırmacıları farklı pil teknolojilerine yönlendirmiştir. Sodyum iyon piller düşük maliyeti, doğada bol miktarda bulunması ve çevre dostu olması nedeniyle lityum iyon pillere alternatif olarak kabul edilmektedir. Pillerde kullanılan negatif elektrotta, karbon bazlı malzemeler her zaman alkali iyon piller için temel bir rol oynamıştır. Düşük maliyet ve yüksek spesifik kapasite gibi avantajları nedeniyle sert karbon, sodyum iyon piller için önemli bir aday olarak görülmektedir. Ayrıca sert karbonun yenilenebilir biyo-kaynaklardan elde edilebilmesi maliyeti düşürdüğü için büyük ölçekli üretim ve ticarileştirilme açısından büyük avantaj sağlamaktadır. Bu tez çalışmada, sodyum iyon pillerde kullanılan anot malzemesi için biyokütle atıklarından yeni karbon anot elektrot geliştirilmiştir. Sakarya ilinde bol bulunması, düşük maliyeti ve sürdürülebilirlikleri nedeniyle ekonomik açıdan önemli tarımsal bir ürün olan fındık kabuğu biyokütle atığı kullanılmıştır. İlk olarak, H3PO4 ile ön işleme tabii tutulan fındık kabuğunun karbonizasyonu yoluyla sentezlenen yeni sert karbon malzemenin morfolojik, kimyasal ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Bu karbon malzemelerin yapısı, dokusu ve bileşimi, X-ışını kırınımı (XRD) analizi, Raman spektrometresi, alan emilsiyonlu taramalı elektron mikroskobu (FESEM) analizi kullanılarak incelenmiştir. Oluşturulan anodun elektrokimyasal performansı ise galvanostatik şarj-deşarj, çevrimsel voltametri (CV) ve empedans analizleri kullanılarak incelenmiştir. Sonuç olarak, elektrot 0,5C'lik bir akım yoğunluğunda 250 çevrim sonra 247.6 mAh g-1'e varan tersinir kapasite değeri ve %74.7'lik kapasite korunumu göstermektedir. Düşük maliyetli ve sürdürülebilir kaynağa sahip fındık kabuğu biyokütlesi, kolay ve uygun fiyatlı sentez prosedürleriyle birleştirildiğinde, sodyum iyon piller için umut verici bir ham madde olarak görülmektedir.