Farklı biyokütle kaynaklarından hard karbon eldesi ile enerji depolamada uygulanabilirliği

Bu tez çalışması kapsamında doğada hazır şekilde bulunan biyokütle kaynakları olarak nar kabuğu ve nar çekirdeği ile birlikte doğada doğal, hazır olarak bulunmayan sentetik biyokütle kaynağı olarak atık itfaiye elbisesi baz alınarak iki farklı kategoride olan ilgili biyokütle kaynaklarının enerji depolama uygulamalarında kullanımı çalışılmıştır. Bu kapsamda nar kabuğu, nar çekirdeği ve atık itfaiye elbisesinden öncelikle son yıllarda oldukça güncel olan ve araştırmacıların yoğun ilgisini çeken bir konu olan hard karbon direkt karbonizasyon, çift aşamalı karbonizasyon ve hidrotermal karbonizasyon metodları ile sentezlenmiş ve karakterizasyonları yapılmıştır. Akabinde nar çekirdeği ve nar kabuğundan ürtilen hard karbonlar süper kapasitörde uygulanır iken atık itfaiye elbisesinden üretilen hard karbonlar ise ve Na-iyon bataryada elektrot malzemesi olarak çalışılarak elektrokimyasal performansları incelenmiştir. Üretilen hard karbonların uygulanan fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), X-ışını difraksiyonu (XRD), raman spektropisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Enerji Dağıtıcı X-Işını Analizi (EDX) ve Brunauer-Emmett-Teller (BET) karakterizasyon işlemleri neticesinde sentezlenen ürünlerin karbon temelli, düzensiz bir yapıya sahip olduğu görülmekle birlikte sentezlenen ürünlerin hard karbon olduğu teyit edilmiştir. Nar kabuğu ve nar çekirdeğinden üretilen hard karbonların süper kapasitör uygulamasında CV sonuçları üretilen elektrotların şarj ve deşarj kabiliyetinin olduğunu göstermekle birlikte en yüksek spesifik kapasite nar çekirdeğinden 5 mV/s tarama hızında 5,8 F/g, nar kabuğundan da yine 5 mV/s tarama hızında 11,4 F/g olarak elde edilmiştir. Na-iyon batarya uygulamasında ise öncelikle üretilen hard karbonların anot olarak kullanıldığı yarım hücre batarya oluşturulmuştur. Bu uygulamada birinci ve ikinci döngüde sırasıyla 410 ve 233 mAh g-1 kapasite değerleri edinen en yüksek kapasiteler olmuştur. Farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilen galvonastatik döngü testleri sıcaklığın yarım hücre batarya kapasitesine doğrudan etki ettiğini göstermiştir. Ayrıca yarım hücre batarya işleminde katı elektrolit ara yüzü (SEI)'nün oluşması esnasında büyük miktarda sodyum iyonunun tüketildiği gözlenmiştir. Bu sodyum iyon kaybını telafi etmek için yarım hücre sonuçlarından en iyi performans gösteren iki hard karbon numunesi seçilerek elektrokimyasal işlemle ön sodyumlama tekniği uygulandıktan sonra Na0.67Mn0.5Fe0.45Ti0.07O2 katot olmak ve ön-sodyumlaştırılmış hard karbon numuneleri birleştirilerek tam hücreler üretilmiştir. Tam hücre testleri sonucunda en yüksek kapasite 2–4 V voltaj aralığı ve C/10 koşulları altında 114,9 mAh g-1 olarak elde edilmiştir.